DE3145442A1

DE3145442A1 - "verfahren und vorrichtung zur entnahme von natriumproben aus dem core eines natriumgekuehlten kernreaktors"

Info

Publication number: DE3145442A1
Application number: DE19813145442
Authority: DE
Inventors: Eginhard 5000 Köln Kranz
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1981-11-16
Publication date: 1983-05-26
Also published as: FR2516693B1; FR2516693A1

Description

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Internationale Atomreaktorbau GmbH D-5O6O Bergisch Gladbach 1

Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Natriumproben aus dem Core eines natriumgekühlten Kernreaktors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entnahme von Natriumproben direkt aus dem Core eines natriumgekühlten Kernreaktors. Zur Untersuchung der Verunreinigung des Kühlmittels ist es beim Betrieb eines Reaktors nötig, Kühlmittelproben zu entnehmen und im Labor zu untersuchen. Bei natriumgekühlten Kernreaktoren erfolgt eine solche Probenentnahme bisher aus dem Reinigungskreislauf, wobei aber nicht sichergestellt ist, daß die Verunreinigungen im Reinigungskreislauf exakt die gleichen sind, wie im Core selber. Insbesondere wird die nach der bisherigen Methode gezogene Probe aus sicherheitstechnischen Gründen ca.

zwei Wochen bei 200° C mit dem Schutzgasraum des Ablaßtanks in Verbindung gehalten, bis die Natrium-24-Aktivität abgeklungen ist. In diesem Falle diffundiert jedoch eine der Verunreinigungen, nämlich Tritium bzw. Wasserstoff aus der Probe heraus, so daß diese nicht mehr repräsentativ ist.

Es ist auch schon eine Methode diskutiert worden, bei der ein Tiegel an einem Stab in den Reaktortank hinabgelassen wird und der gefüllte Tiegel wieder heraufgezogen wird. Bei dieser Methode kann aber die Erdbebensicherheit, wie sie aus sicherheitstechnischen Gründen gefordert wird, nicht gewährleistet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe eine Natrium-

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probe direkt aus dem Core entnommen werden und anschließend schnell abgekühlt werden kann. Dabei soll die Erdbebensicherheit und die Betriebssicherheit des Reaktors nicht beeinflußt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen s das Natrium durch eine Rohrleitung aus dem Druckbehälter herauszusaugen und mit dem Ansteigen des Natriumspiegels einen in der Ansaugleitung angebrachten Tiegel zu füllen, wobei das überschüssige Natrium wieder abgelassen wird und der Tiegel nach einer geeigneten Abklingzeit mit einem Stück der Ansaugleitung zur v/eiteren Untersuchung herausgenommen werden kann. Für dieses Verfahren werden keinerlei bewegliche Einbauten im Reaktortank benötigt? so daß insbesondere im Hinblick auf die Erdbebensicherheit keinerlei Bedenken entstehen. Es tritt auch weder Schutzgas noch flüssiges Natrium aus dem System aus, da das Probenentnahmesystem geschlossen ist-

Im Anspruch 2 wird vorgeschlagen, die Ansaugleitung und eine Rückführleitung für das abgepumpte Schutzgas mit einem besonderen Probenentnahmeeinsatz durch den kleinen Drehdeckel des Reaktors zu führen. Ein System aus großem und kleinem Drehdeckel dient normalerweise beim Stillstand des Reaktors zur Handhabung der Brennelemente. Dazu kann die Öffnung im kleinen Drehdeckel durch Drehung beider Drehdeckel in beliebige Positionen verfahren werden. Sie enthält ein absenkbares Führungsrohr, welches während des Reaktorbetriebes durch einen Stopfen verschlossen ist. Nach dem Vorschlag des Anspruchs 3 soll dieser Stopfen durch einen für die Probenentnahme geeigneten Stopfen ausgewechselt werden, welcher dann auch während des Reaktorbetriebes eingebaut bleiben könnte. Durch diesen Stopfen führt dann eine Ansaugleitung bis in das flüssige Natrium und eine weitere

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Rückführleitung bis in den Schutzgasraum oberhalb des Natriumspiegels. Aus abschirmungstechnischen Gründen können diese Leitungen gewendelt verlegt werden. An der Ansaugleitung ist dann eine Ansaugvorrichtung angeschlossen, welche das Natrium mittels Unterdruck in der Ansaugleitung nach oben saugt. In einem herausnehmbaren Teilstück der Ansaugleitung ist ein Probentiegel befestigt, welcher sich beim Ansteigen des Natriums füllt und nach Ablassen des überschüssigen Natriums entnommen werden kann. Wegen der erheblichen Aktivität verschiedener Natriumisotope und einiger Verunreinigungen wird das Probenentnahmesystem in einem geeigneten Abschirmbehälter untergebracht, in welchem die Probenentnahme mittels eines Manipulators durchgeführt werden kann, wobei die Probe dann i^v% einem geeigneten Abschirmbehälter und durch eine Schleuse zur /eiteren Untersuchung transportiert werden kann. Je nach den Anforderungen kann diese Ab— schirmbox auch mit Schutzgas gefüllt oder evakuiert sein.

Pumpsystem und Probenentnahmebox liegen dabei oberhalb der Reaktorabschirmung an einer zugänglichen Stelle.

Im Anspruch 4 wird das Ansaugsystem beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf der einfachen Handhabung und der Betriebssicherheit des Systems liegt. Deshalb wird die Vakuumpumpe nicht direkt an die Ansaugleitung angeschlossen, sondern zunächst ein Unterdruckbehälter mit einem größeren Volumen als die Ansaugleitung evakuiert und anschließend zur Ansaugleitung hin über ein Magnetventil geöffnet. Die genaue Funktionsweise der im Anspruch 4 beschriebenen Anordnung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Der Anspruch 5 betrifft die eigentliche Probenentnahmevorrichtung, d.h. die Stelle, an der sich ein Probentiegel mit Natrium füllt und später entnommen wird.

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Dazu wird die' Ansaugleitung an einer Stelle aufgeweitet und in der Aufweitung ein Probentiegel befestigt. Die aufgeweitete Stelle ist aus dem Rest der Leitung herausnehmbar, wobei die Verbindung zu der Rohrleitung durch einen Manipulator zu lösen sein muß. Im Anspruch 6 wird dazu vorgeschlagen, das herausnehmbare Teilstück durch Überwurfmuttern mit der restlichen Rohrleitung zu verbinden. Es sind geeignete natriumdichte Verbindungen mit Überwurfmuttern im Handel«

In Anspruch 7 und 8 werden induktive Füllstandsmesser an verschiedenen Stellen des herausnehmbaren Teilstückes vorgeschlagen. Diese Füllstandsmesser dienen zur überwachung des Probenentnahmevorganges und zur Verhinderung eines Ansteigens von Natrium bis zum Unterdruckbehälter. Wie in der Zeichnungsbeschreibung erläutert wird, helfen diese induktiven Füllstandsmesser bei der überwachung und Automatisierung des Probenentnahmevorganges. Solche Füllstandsmesser bestehen üblicherweise aus einer Primär- und einer Sekundärspule, wobei die Primärspule von einem Wechselstrom erregt wird und die transformatorische Kopplung zur Sekundärspule durch ein Ansteigen des Natriums und die dann entstehenden Wirbelströme verhindert wird. Die benötigten Spulen können leicht um das herausnehmbare Teilstück des Ansaugrohres gewickelt werden. Die elektrischen Verbindungen werden als Steckverbindungen ausgelegt, so daß ein Lösen bei der Entnahme der Probe einfach möglich ist.

Zur Überwachung der Temperatur der Probe ist an der Außenseite des herausnehmbaren Teilstückes ein Temperaturfühler vorgesehen, welcher ebenfalls mit leicht lösbaren Steckverbindungen versehen ist. Auf diese Weise läßt sich der Temperaturverlauf bei der Abkühlung der Probe aufzeichnen, was für die Laboruntersuchungen

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-*?"- 24.562.8 unter Umständen wichtig ist.

Um ein Eindringen von Natrium oder Natriumdampf in das Unterdrucksystem zu verhindern, sieht der Anspruch 10 eine Filterkerze und/oder eine Gefrierstrecke zwischen dem Ansaugrohr und Unterdruckbehälter vor. Diese Maßnahmen haben sich in anderen Fällen als wirksam gegenüber Natriumverunreinigungen erwiesen und tragen hier dazu bei, daß die Vakuumpumpe und der Unterdruckbehälter nicht in größerem Maße kontaminiert werden. Da das von der Vakuumpumpe aus dem Unterdruckbehälter abgesaugte Schutzgas wieder in den Reaktortank zurückgeführt wird und das überschüssige Natrium wieder in den Tank abgelassen wird, ist ein unkontrolliertes Austreten von Aktivität bei der Probenentnahme nicht zu befürchten. Nach Beendigung der Probenentnahme und vor dem Herausnehmen des Teilstückes mit der Probe werden die doppelt vorhandenen Sicherheitsventile in der Ansaug- und Rückführleitung geschlossen, wodurch die üblichen Sieheheitsanforderungen erfüllt werden.

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Die Funktionsweise der Erfindung und ein Ausführungsbeispiel werden in der Zeichnung erläutert. Die Fig. 1 zeigt den Verlauf der Probenentnahmeleitungen im oberen Bereich des Reaktors, die

Fig. 2 zeigt das Ansaug- und Belüftungssystem und in Fig. 3 ist die eigentliche Probenentnahmevorrichtung dargestellt.

Fig. 1 zeigt den oberen Bereich eines natriumgekühlten Kernreaktors mit den nicht näher spezifizierten Abschirmungen .und Abdeckungskonstruktionen. In diesem Bereich befindet sich der große Drehdeckel 9 in dem der kleine Drehdeckel 10 gelagert ist. In dem kleinen Drehdeckel befindet sic¹^ die Auswechselöffnung, welche normalerweise zum Auswechseln von Reaktorkernelementen an verschiedenen Positionen dient. Diese Auswechsele Öffnung ist mit einem Probenentnahmeeinsatz 8 verschlossen, durch welchen die Probenentnahmeleitungen geführt werden. Zwei Probenentnahmeleitungen 3 und 4 führen nun durch die Abschirmung hindurch in den Bereich oberhalb des Drehdeckels, über verschiedene, aus Sicherheitsgründen erforderliche Ventile V6 bis V1 führen diese Leitungen durch den kleinen Drehdeckel hindurch und innerhalb des Führungsrohres 7 nach unten. Die eine Probenentnahmeleitung hat eine Öffnung 5 unterhalb des Natriumspiegels, während die andere Leitung oberhalb des Natriumspiegels im Schutzgasraum in einer Auslaßöffnung 6 endet. Sämtliche eingezeichneten Ventile

V6 bis V9 sind normalerweise geschlossen

und zum Schutz des Systems gegen Austritt von Aktivität vorgesehen. Nur für die Zeit der Probenentnahme werden die Ventile geöffnet, so daß durch die Leitung 4 Natrium angesaugt und durch die Leitung 3 Schutzgas zurückgeführt werden kann. Die Ventile V10 und V11 werden beim Ziehen des Stopfens benötigt. Bei dieser Anordnung befinden

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sich keine beweglichen Teile im Inneren des Reaktors, so daß ein Herabfallen von Einzelteilen ausgeschlossen ist. Auch die Erdbebensicherheit dieser Vorrichtung ist gegenüber mechanischen Probenentnahmemethoden erheblich verbessert.

In Fig. 2 wird das eigentliche Ansaugsystem dargestellt welches an die beiden aus dem Reaktor kommenden Leitungen angeschlossen ist. Das Ansaugsystem 1 besteht aus dem in Fig. 3 genauer beschriebenen Probenentnahmebehälter 2, der Schutzgasrückführungsleitung 3, der Ansaugleitung und dem Pumpsystem. Ein Vakuumbehälter 11 wird von einer Vakuumpumpe 12 evakuiert und ist über eine Gefrierstrecke 13 und eine Filterkerze 14 mit dem Probenentnahmebehälter verbunden. Ein Flansch 15 für ein Lecktestgerät ist vorgesehen und der Unterdruck im Vakuumbehälter wird mit einem Meßgerät 16 abgelesen. Die verschiedenen Ventile werden bei der Probenentnahme wie weiter unten beschrieben, benutzt.

In Fig. 3 ist der eigentliche Probenentnahmebehälter im Längsschnitt dargestellt. Die Probenentnahmeleitung 4 wird in einem Übergangsstück 21 auf den erforderlichen Durchmesser aufgeweitet und am oberen Ende des Behälters befindet sich wiederum ein Übergangsstück 23 welches wieder auf den Leitungsdurchmesser reduziert. Ein Rohr 22 ist mit Hilfe von Überwurfmuttern 24 auf die beiden Übergangsstücke 21 und 23 geschraubt. Im Inneren des Rohres 22 ist mit Hilfe einer Aufhängung 28 ein Behälter 29 mit einem Fassungsvermögen für etwa 4 g Natrium angebracht. Unterhalb dieses Probenbehälter 29 ist eine induktive Füllstandssonde 25 angebracht u, 1 oberhalb des Probenbehälters ist ebenfalls eine induktive Füll-Standsmeßsonde 26 befestigt. Ist der Probenbehälter 29 mit Natrium gefüllt, so kann durch Lösen der Überwurf-

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muttern 24 und Lösen der elektrischen Steckverbindungen für die Füllstandsmeßsonden das Rohr 22 mit der Probe entnommen werden. Zur überwachung der Temperatur kann ein Temperaturfühler 27 an dem Probenentnahmebehälter vorgesehen werden. Die ganze Vorrichtung ist so gebaut, daß eine Handhabung mit Hilfe eines Manipulators sicher möglich ist.

Im folgenden seien die einzelnen Funktionsabläufe bei der Probenentnahme beschrieben;

Die Probenentnahmevorrichtung wird während des Stillstands des Reaktors eingebaut. Dabei sind die entsprechenden Sicherheitsvorschriften, die zum Ziehen des in der Auswechselöffnung befindlichen Abschirmstopfens vorgeschrieben sind, zu beachten. Zur Probenentnahme wird ein gut gereinigter Probenentnahmebehälter 22 mit eingebautem Edelstahltiegel 29 in die Ansaugleitung eingeschraubt. Danach wird das Magnetventil V1 geöffnet und der Vakuumbehälter 11 mittels der Vakuumpumpe 12 evakuiert. (Die Ventile V4 und V5 sind im Normalfall geöffnet.) Nach erfolgter Evakuierung wird das Magnetventil V1 geschlossen. Der Unterdruck im Behälter 11 kann an dem Meßgerät 16 abgelesen werden. Nun werden die Magnetventile V2, V6 und V7 geöffnet und das Natrium steigt in der Leitung 4 hoch. Sobald das Natrium sich im Bereich der Füllstandssonde 25 befindet, spricht diese an und zeigt an, daß ein Füllen des Tiegels 29 unmittelbar bevorsteht. Der Natriumspiegel steigt weiter an, bis die Füllstandssonde 26 anspricht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Tiegel 29 bereits mit Natrium gefüllt. Beim Ansprechen der Füllstandssonde 26 wird das Ventil V2 geschlossen und das Magnetventil V3 wird geöffnet. Dadurch strömt Schutzgas mit leichtem überdruck in den Probenentnahmebehälter ein, wodurch das überschüssige Natrium in den Reaktortank zurückfließt. Der Tiegel 29 bleibt ge-

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füllt. Die Füllstandssonde 2 5 registriert, daß der Probenentnahmebehälter 22 nicht mehr mit Natrium gefüllt ist und schließt nach einer Zeitverzögerung von ca. 3 Min. für den Ablauf des Restnatriums alle Ventile. Die Probe wird nun abgekühlt, was mit dem Temperaturfühler 27 überwacht werden kann. Schließlich werden die Überwurfmuttern 24 gelöst und der Probenentnahmebehälter 22 mit dem Tiegel 29 kann entnommen werden. Noch innerhalb des Abschirmbehälters, in dem sich die-ganze Vorrichtung befindet, wird die Probe in einen Transportbehälter gesetzt und kann zur Analyse ins Labor transportiert werden. Zur Reinigung der Ansaugleitung 4 kann man das Natrium auch mehrmals bis zur Füllstandssonde 25 ansteigen und wieder abfließen lassen, um dadurch eine Spülung zu erreichen. Zum Schutz der Vakuumpumpe vor Natrium ist ein Natriumabscheider 14 und exne Gefrierstrecke 13 vorgesehen. Mit dieser Vorrichtung kann eine Probenentnahme in einer Zeit von etwa einer halben bis einer Stunde durchgeführt werden.

Claims

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Internationale Atomreaktorbau GmbH
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Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Natriumproben aus dem Core eines natriumgekühlten Kernreaktors

Patentansprüche
10

/i/o Verfahren zur Entnahme von Natriumproben aus dem Core eines natriumgekühlten Kernreaktors, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmales

a) Es Wird flüssiges Natrium durch eine Rohrleitung (4) aus dem Druckbehälter herausgesaugt.

b) Beim Erreichen eines bestimmten Pegels füllt sich ein in der Ansaugleitung (4) angebrachter Tiegel (29).

c) Das überschüssige Natrium wird wieder abgelassen.

d) Der Tiegel (29) wird mit einem Stück (22) der Leitung herausgenommen.

2 ο Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Ansaugleitung (4) und eine Rückführleitung (3) für das abgepumpte Schutzgas werden mit einem besonderen Probenentnahmeeinsatz durch den kleinen Drehdeckel (10) des Reaktors geführt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) In der Auswechselöffnung des kleinen Drehdeckels (10) ist ein Probenentnahmeeinsatz (8) vorgesehen, in dem eine Natriumansaugleitung (4) bis zu einer öffnung (5) unterhalb des Natriumspiegels führt.

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b) Eine Rückführleitung (3) führt ebenfalls in den Probenentnahmeeinsatz (8) bis zu einer Öffnung (6) im Schutzgasraum.
c) Es ist eine Ansaugvorrichtung (1) vorhanden, welche das Natrium mittels Unterdruck in der Ansaugleitung (4) nach oben saugt.

d) In der Ansaugleitung befindet sich oberhalb der Reaktorabschirmung ein herausnehmbares Teilstück (22) in welchem ein Probentiegel (29) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das Ansaugsystem besteht aus einer Vakuumpumpe (12), einem Unterdruckbehälter (11) und drei Magnetventilen (V1, V2, V3).

b) Der Unterdruckbehälter ist über ein Magnetventil (V1) mittels der Vakuumpumpe (12) evakuierbar.

c) Der Unterdruckbehälter (11) ist über ein Magnetventil (V2) mit der Ansaugleitung (4) verbindbar.

d) Die Ansaugleitung (4) ist über ein Magnetventil (V3) mit der Schutzgasrückführleitung (3) verbindbar.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) In der Ansaugleitung befindet sich an einer durch Übergangsstücke (21, 23) aufgeweiteten Stelle ein herausnehmbares Teilstück (22), in welchem mit einer Aufhängung (28) ein Probentiegel (29) befestigt ist. 30

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das herausnehmbare Teilstück (22) ist durch Überwurfmuttern (24) mit den Übergangsstücken (21, 23) verbunden.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) An dem herausnehmbaren Teilstück (22) ist oberhalb der Oberkante des Probentiegels (29) ein induktiver Füllstandsmesser (26) angebracht.

8= Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder I₁ gekennzeichnet durch folgende Merkmales a) Unterhalb des Probentiegels (29) ist an dem herausnehmbaren Teilstück (22) mindestens ein weiterer induktiver Füllstandsmesser angebracht.

9= Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) An der Außenseite des herausnehmbaren Teilstückes (22) ist ein Temperaturfühler (27) befestigt.

b) Die elektrischen Verbindungen von Temperaturfühlern

und induktiven Füllstandsmessern sind mittels Steckverbindungen leicht lösbar.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Zum Schutz des Unterdrucksystems vor Natrium sind oberhalb der Probenentnahmevorrichtung (2) eine Filterkerze (14) und/oder eine Gefrierstrecke (13) vor dem Anschluß an den Unterdruckbehälter (11) vorhanden. 30