DE3232552C2

DE3232552C2 - Ansatz für einen Kernbrennstoffstab zum Messen seines Gasinnendruckes

Info

Publication number: DE3232552C2
Application number: DE3232552A
Authority: DE
Inventors: Saverio Pisa Granata
Original assignee: AGIP NUCLEARE SpA ROM/ROMA IT; Agip Nucleare SpA Rom/roma
Current assignee: Agip SpA
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1982-09-01
Publication date: 1986-04-24
Also published as: BE894261A; US4581197A; IT8123705A0; SE458322B; NO159626B; JPS5847295A; FR2512260A1; SE8204985L; GB2105468B; IT1194089B; GB2105468A; NO822923L; FR2512260B1; SE8204985D0; JPH0259440B2; DE3232552A1; NO159626C

Abstract

Vorrichtung zum Anbringen eines Meßkopfes, der mit einem Meßinstrument versehen ist, an einem Kernbrennstoffstab. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse (20), das eine Bohrspitze (11) enthält, und eine Einrichtung zum Anhalten der Bohrspitze, wenn eine Bohrung durch den Brennstoffstabstopfen (14) ausgebildet ist, sowie ein Meßgerät, wie beispielsweise ein Druckmeßgerät (3) zum Messen des Druckes der freigegebenen Spaltungsgase oder ein anderes Instrument, das einen Parameter messen kann, der von Interesse ist. Verfahren zum Anbringen eines ein Meßinstrument enthaltenden Meßkopfes an einem Kernbrennstoffstab.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ansatz für einen Kernbrennstoffstab zum Messen seines Gasinnendruckes mit einem geschlossenen Gehäuse, das gasdicht mit einem Ende des Kernbrennstoffstabes verbunden ist und irr dem eine Druckmeßeinrichtung und eine Einrichtung zum Durchbohren des Abschlußstopfens des Kern-

brennstoffstabes aufgenommen sind.

Ein derartiger Ansatz ist aus der DE-OS 28 35 162 bekannt und dient dazu, bei der Fertigung von Kernbrennstoffstäben stichprobenartig zu überprüfen, ob der im Kernbrennstoffstab vorzusehende Druck tatsächlich erreicht ist oder nicht, um in dieser Weise eine Qualitätsprüfung während der Herstellung der Kernbrennstoffstäbe durchzuführen.

Es ist weiterhin bekannt, VgL die DE-OS 22 54 285, Kernbrennstoffstäbe mit Meßgeräten auszurüsten, um ihr Verhalten in Kernreaktoren gegenüber der Strahlung als Funktion der Zeit zu ermitteln. Derartige Meßgerate werden üblicherweise in neue Kernbrennstoffstäbe während der Herstellung, d. h. vor dem Einsetzen in einen Kernreaktor und vor der anschließenden Bestrahlung eingebaut

Es ist andererseits vom äußersten Interesse, den Gasdruck im Inneren der Kernbrennstoffstäbe zu kennen, die nicht vorher mit einem Meßgerät ausgerüstet wurden und eine hohe Strahlungsdosis aufgenommen haben, um beispielsweise die Ursache von Betriebsunregelmäßigkeiten zu ermitteln.

Es besteht somit die Schwierigkeit ein geeignetes Meßgerät an den Kernbrennstoffstäben anzubringen, nachdem diese einer Strahlung im Reaktor ausgesetzt worden sind.

Dazu ist es bekannt die Kernbrennstoffstäbe nach dem Herausnehmen aus dem Reaktor, in dem sie bestrahlt wurden, entweder teilweise oder insgesamt in einem Strahlenschutzkasten aufzuarbeiten und anschließend die Brermstoffstäbe immer noch im Strahlschutzkasten vollständig neu zusammenzusetzen und dabei die Brennstoffstäbe mit einem zusätzlichen geeigneten Gerät, d. h. einem Gerät zum Messen des Druckes der Spaltungsgase auszurüsten. Das hat ersichtlich den Nachteil, daß der gesamte Brennstoffstab vollständig neu zusammengesetzt werden muß, was mit Kosten verbunden ist, die die Herstellungskosten von neuen BrennStoffstäben erheblich übersteigen, und daß darüber hinaus die Verhältnisse des Brennstoffes und der Spaltungsgase im Inneren des neu zusammengesetzten Brennstoffstabes am Ende des Arbeitsvorganges vollständig von den Verhältnissen am Anfang des Arbeits-Vorganges verschieden sind, so daß sie nicht mehr die ursprüngliche Beschaffenheit des Brennstoffes wiedergeben können.

Es ist zwar grundsätzlich möglich, den bekannten Ansatz der eingangs genannten Art auch bei bestrahlten Kernbrennstoffstäbe.-i anzuwenden, dabei würden sich jedoch aufgrund der Ausbildung des Ansatzes in Form einer einzigen Meßkammer, in die wiederholt die zu messenden Kernbrennstoffstäbe mit einem Ende eingeführt werden, erhebliche Kontaminationsprobleme ergeben. Das betrifft insbesondere das nach dem Messen eines Kernbrennstoffstabes in der Meßkammer verbleibende radioaktive Gas.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Ansatz für einen Kernbrenn-Stoffstab zum Messen seines Gasinnendruckes der eingangs genannten Art zu schaffen, der es erlaubt, ohne Kontaminationsprobleme den Gasinnendruck bestrahl» ter Kernbrennstoffstäbe zu messen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Durchbohren des Abschlußstopfens einen elektromagnetisch bewegbaren Stößel aufweist und daß die Druckmeßeinrichtung einen innerhalb des Gehäuses angeordneten beweglichen Teil umfaßt, dessen Lage von dem nach Durchbohren

des Abschlußstopfens herrschenden Gasdruck im Inneren des Kembrennstoffstabes abhängt und von außerhalb des Gehäuses induktiv ermittelt wird.

Aufgrund der beim Erfindungsgemäßen Ansatz vorgesehenen elektromagnetisch bewegbaren Ausbildung des Stößels und der Möglichkeit der induktiven Messung des Gasdruckes von außen können alle Betätigungen des Meßansatzes kontaktfrei von außen erfolgen. Der Stößel wird elektromagnetisch über ein äußeres

vorgesehen ist, damit die Gase hindurchströmen können, während das andere Ende frei beweglich ist. An diesem Ende ist ein Kern 2 befestigt, der die Induktivität einer Spule 15 beeinflußt. Ein sehr dünnwandiges Rohr 1, das mit dem Zylinder 23 eine feste Dichtung bildet, enthält den Kern 2 und trennt den Kern 2 von der Spule 15. Wern der Druck im Inneren des Zylinders 23 zunimmt, wird der Metallfaltenbalg 3 verkürzt und somit der Kern 2 eingezogen. Diese Bewegung wird durch die

anliegendes elektromagnetisches Feld bewegt, während io Veränderung der Induktivität wahrgenommen, die bei die Meßgröße induktiv vom Meßansatz ausgekoppelt einer geeigneten Eichung direkt die Höhe des Druckes

angibt Das Rohr 1 hat zwei getrennte Funktionen, nämlich eine Eichung des Druckmessers zu ermöglichen, indem dort Gas mit einem bekannten Druck eingeführt

Die einzige Figur zeigt das Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht.

Der in der Zeichnung dargestellte Ansatz weist ein 15 wird, und weiterhin nach der Eichung für die gewünschgeschlossenes Gehäuse mit einem Durchmesser auf, der te Atmosphäre im Inneren des Ansatzes, d h. einen Unterdruck oder irgendeine geeignet eingestellte Atmosphäre, zu sorgen. Wenn die gewünschten Verhältnisse einmal eingestellt sind, wird das Rohr 1 durch Punkt-Der untere Teil des Ansatzes hat einen Metallstopfen 20 schweißen an seinem oberen Teil vollständig dicht ver-19, der an der Stelle 12 mit einem Metallzylinder 20 schlossen.

verschweißt ist. Er weist vorzugsweise einen zyiindri- Der Ansatz kann vor seinem Verschv aißen mit dem

sehen Vorsprung auf, der in eine Blindbohrung einge- Kernbrennstoffstab in einem »kalten« Laboratorium setzt wird, die vorher in dem Stopfen 14 des Brennstoff- zusammengesetzt, geprüft und geeicht werden. Die Prüstabes ausgebildet ist, um eine zufriedenstellende Posi- 25 fung erfolgt dadurch, daß ein Inertgas, vorzugsweise

vorzugsweise im unteren Teil gleich dem Durchmesser des Stopfens 14 des Brennstabes 18 ist und im oberen Teil kleiner wird.

tionierung und Zentrierung zu erzielen. Der Metallstopfen des Ansatzes 19 hat eine Innenbohrung (Blindbohrung), die als Führung für eine Bohrspitze 11 dient, wenn diese gedreht und axial verschoben wird.

Mit der Bohrspitze 11 und mit dem Inneren des Metallzylinders 20 ist y-.arr ein Weicheisenzylinder und/ oder ein Magnetdipol 9 verbunden, in dessen zentraler Bohrung die Bohrspitze aufgenommen ist und dessen Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser

Heliurr durch das Rohr 1 eingeführt wird. Es besteht somit die Möglichkeit, mögliche Leckstellen mit einem Massenspektrometer für Helium aufzusuchen, um die Dichtheit sicherzustellen. Wenn der Ansatz in dieser 30 Weise zusammengebaut, geprüft und geeicht ist, wird er in einen Strahlenschutzraum eingebracht, in dem sich bereits ein bestrahlter und daher extrem aktiver Kernbrennstoffstab befindet, der entweder von einem Versuchsreaktor oder von einem Leistungsreaktor kommt, des Zylinders 20 ist. Der Weicheisenzylinder und/oder 35 Das Anbringen des Ansatzes am Brennstoffstab erfolgt der Magnetdipol bewirkt aufgrund der Treibkraft eines dann mit folgenden Arbeitsschritten:
elektromagnetischen Feldes 10 sowohl eine Axiaibeive-

gung als auch eine Drehbewegung der Bohrspitze und a) sorgt für den notwendigen Druck für den Bohrvorgang. Der Zylinder und/oder der Dipol hat eine geeignete 40 b) Bohrung 21, damit die Spaltungsgase hindurchströmen c) können. Am oberen Teil der Bohrspitze 11 ist fest ein weiterer Zylinder 7 angebracht, der einen magnetischen d) Dipol darstellt, der durch die Treibwirkung eines elek- e) tromagnetischen Feldes 16 die Spitze 11 axial in Dre- 45 f) hung versetzt, um die notwendige Bohrwirkung zu erzielen. Auch der zweite Zylinder 7 hat eine Bohrung 8, damit die Spaltungsgase hindurchströmen können. Der obere Endabschnitt der Bohrspitze ist mit einem geeigneten Schraubengewinde 6 versehen und bildet zusam- 50 g) men mit der kombinierten Wirkung der elektromagnetischen Felder 10 und 16 eine Anordnung zum Blockieren h) der Bohrspitze, wenn der Bohrvorgang beendet ist, wobei die Spitze in das Gewindeloch 24 geschraubt ist, das in einem oberen Stopfen 22 ausgebildet ist.

Als Bohranordnung kann ein Schwingbohrer, ein Drehbohrer, ein Dehnungsbohrer, ein Schlagbohrer oder eine Kombination dieser Bohrtypen verwandt werden, wobei gleichfalls auch ein Schlagbohrer mit ab-

Einführen des bestrahlten Kembrennstoffstabes in den Strahlenschutzraum;
Abflachen des Stopfens 14 des Stabes; Bohren einer Blindzentrierungsbohrung durch einen Teil des Stopfens des Brennstoffstabes; Zusammenfügen von Stab und Ansatz; Verschweißen von Stab und Ansatz bei 13; Vorsehen von einem oder mehreren, insbesondere von zwei äußeren elektromagnetischen Feldern, um einen Bohrvorgang möglich zu machen und Vorbereiten der Instrumente zum Messen des Druckes im Inneren des Ansatzes; Durchbohren des Bodens des Stopfens 19 und des Stopfens 14 des Brennstoffstabes und Abziehen der Bohrspitze und Blockieren der Bohr spitze, um das gebohlte Loch freizulassen.

Bei dem obigen Vorgehen erfolgt ein Durchbohren der Bodenwand des Ansatzes und des Stopfens des Brennstoffstabes durch eine Drehung und eine Vorwärtsbewegung einer Bohrspitze, was durch die von außen angelegten Hektromagnetischen Felder hervor

gedichtetem Metallfaltenbalg vorgesehen sein kann, auf 60 gerufen wird. Der axiale Vorschub der Bohrspitze kann

d_ie von außen eingewirkt wird, entweder fortlaufend oder durch Axialschwingungen

Der obere Teil des geschlossenen Gehäuses nimmt erfolgen.

einen Druckmesser3 auf. Dazu ist ein Zylinder23 ander Man kann aber auch den Brennstab mit Ansatz in

Stelle 4 an den Zylinder 20 geschweißt. Der Druckmes- Drehung versetzen, während ein äußeres Magnetfeld

ser besteht vorzugsweise aus einem dünnen axial elasti- 65 die Bohrspitze an einrr festen Stelle blockiert, so daß die

sehen Metallfaltenoa'g 3, der an seinen beiden Enden Bohrung durch eine Kombination der Drehbewegung

geschlossen ist. Ein EnHe ist in einem Stück mit dem mit einer Axialvorschubbewegung des Brennstoffstabes

Stopfen 22 ausgebildet, in dem gleichfalls eine Bohrung erfolgt.

32 32 552 5	IO	6	)	I
Der in dieser Weise mit einem Meßinstrument ausge rüstete Brennstoffstab ist dann für einen erneuten Ein satz in einen Reaktor bereit, um einer neuen Bestrah lung ausgesetzt zu werden.	15	I	I
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen	20
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Claims

Patentansprüche:

1. Ansatz für einen Kernbrennstoffstab zum Messen seines Gasinnendruckes mit einem geschlossenen Gehäuse, das gasdicht mit einem Ende des Kernbrennstoffstabes verbunden ist und in dem eine Druckmeßeinrichtung und eine Einrichtung zum Durchbohren des Abschlußstopfens des Kernbrenn-Stoffstabes aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Durchbohren des Abschlußstopfens (14) einen elektromagnetisch bewegbaren Stößel (11) aufweist und daß die Druckmeßeinrichtung einen innerhalb des Gehäuses (20) angeordneten beweglichen Teil (2) umfaßt, dessen Lage von dem nach Durchbohren des Abschlußstopfens (14) herrschenden Gasdruck im Inneren des Kernbrennstoffstabes abhängt und von außerhalb des Gehäuses (20) induktiv ermittelt wird.

2. Ansatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichuet, daß der Stößel (11) nach Durchbohren des Abtchlußstopfens (14) rückziehbar angeordnet ist, um die gebildete Bohrung freizugeben.

3. Ansatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch getennzeichnet daß der Stößel (11) axial verschiebbar und drehbar angeordnet ist

4. Ansatz nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Eisenzylinder (9) und einen zylindrischen mafnetischen Dipol (7), die beide mit dem Stößel (11) starr verbunden sind und jeweils einem äußeren elektromagnetischen Feld (10, 16) zur Erzeugung der axialen Verschiebung und der Drehung ausgesetzt sind.

5. Ansatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenzylinder (&) unc ier Dipol (7) einen Durchmesser haben, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des in diesem Bereich ebenfalls zyiindrisch ausgebildeten Gehäuses (20) ist und mit axialen Bohrungen versehen sind.

6. Ansatz nach Anspruch !,dadurchgekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem Stopfen (19) verseken ist, der einen Vorsprung mit zylindrischer Form aufweist und in eine entsprechende Aussparung im Stopfen des Kernbrennstoffstabes paßt, und daß der Stopfen (19) und dessen Vorsprung mit einer Blindbohrung versehen sind, die eine Führung für die Bewegung des Stößels (11) liefert.

7. Ansatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil der Druckmeßeinrichlung an einem axial elastischen Metallfaltenbalg (3) ausgebildet ist, der an beiden Enden geschlossen ist und dessen eines Ende ortsfest angebracht ist, während das gegenüberliegende Ende frei beweglich ist, wobei am beweglichen Ende ein Kern (2) angebracht ist, der den beweglichen Teil einer veränderlichen Induktivität (15) biidet.