DE3238886C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallreinigungsein­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 40 71 376 bekannt. Dort wird ein zu reinigender Brennelementtrans­ portbehälter in einen oben offenen Behälter eingesetzt, wobei in einem zwischen dem Brennelementtransportbehäl­ ter und der Behälterwand verbleibenden Ringraum ein die Ultraschallschwinger tragender Ring angeordnet ist. Der Behälter wird nun mit Wasser gefüllt, wobei der schwimm­ fähig ausgebildete Ring mit dem Wasserspiegel nach oben bewegt wird und durch Beschallen zur Reinigung des Brennelementtransportbehälters beiträgt. Nach erfolgtem Reinigungsvorgang wird das Wasser aus dem Behälter abge­ lassen und der Brennelementtransportbehälter entnommen.

Der Brennelementtransportbehälter ist bei dieser Ein­ richtung vor seiner Reinigung über einen langen Zeitraum ohne Wasserabdeckung, so daß diese Einrichtung nur für schwach oder überhaupt nicht aktivierte Bauteile aus Kernreaktoranlagen zum Einsatz kommen kann.

Bei der allgemein bekannten Ultraschallreinigung von Metallteilen arbeitet man mit Frequenzen oberhalb von 18 kHz. Da zum Reinigen die Teile unter Wasser angeord­ net sind, hat man es mit Longitudinal-Wellen zu tun, die zur periodischen Verdichtung der Materie Wasser führen. Aufgrund der großen Energie reißt das Wasser während der Zugphase an Instabilitätsstellen auseinander. In der folgenden Druckphase brechen die Bläschen mit großer Geschwindigkeit in sich zusammen, wobei in der nächsten Umgebung dieser sehr kleinen Bläschen Energie frei wird, die sich als Überdruck der Größenordnung von 1000 bar und als Mikroströmung bemerkbar macht. Die Grenzflächen von Flüssigkeit zu Festkörper stellen Instabilitätsstel­ len und somit Kavitationskeime dar. Dieser Vorgang wird mit Mikroschruppen bezeichnet, da auch die kleinsten Fremdteilchen von der Festkörperoberfläche durch rein mechanische Kräfte entfernt werden.

Aus der Zeitschrift "NUCLEONICS", Band 7, Juli 1958, Seite 104 und 105, ist eine Einrichtung zum Reinigen eines Kernreaktorbrennstabes bekannt. Dort sind auf ver­ schiedenen Ebenen am Umfang des Behälters Ultraschall­ schwinger angeordnet. In der jeweiligen Ebene wird das Brennelement offenbar nur aus einer Richtung beschallt, so daß auch hier die Nachteile der Beschallung aus einer Richtung auftreten. Bei der in der Zeitschrift "NUCLEO­ NICS" dargestellten Einrichtung läßt es sich ferner nicht vermeiden, daß die von der Brennelementoberfläche bereits entfernten Ablagerungspartikel die Intensität des weiteren Reinigungsvorganges beeinträchtigen oder nach außerhalb des Behälters gelangen. Dies ist insbe­ sondere dann von Nachteil, wenn der Behälter aus Ab­ schirmgründen in einem Wasserbecken angeordnet ist.

Ferner ist aus der Zeitschrift "Chemical Engieneering Pro­ gress" Vol. 58, Nr. 4, April 1962, Seite 96 bis 98, die Ultraschallreinigung von kontaminierten Bauteilen einer Urananreichungsanlage bekannt. Die Bauteile sind in of­ fenen Behältern angeordnet und werden offenbar von einer Seite aus beschaltet. Die Reinigungsflüssigkeit wird von einer Pumpe umgewälzt und dabei durch einen Wärmetau­ scher geleitet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei schonender Behandlung des Brennelementes bereits während des Reini­ gungsvorganges die Entfernung der Ablagerungspartikel aus dem Behälter sicherstellt und diese Partikel aus dem den Behälter umgebenden Wasser fernhält.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Mit einer solchen Einrichtung wird eine schonende Ent­ fernung von Ablagerung bei Wahrung einer ausreichenden Abschirmung erzielt. Die entfernten Ablagerungspartikel werden ausgefiltert und eine Beeinträchtigung der Ultra­ schallintensität vermieden. Nach Erreichen eines vorgeb­ baren Reinheitsgrades des Wassers wird der Beschallungs­ vorgang beendet.

Vorzugsweise sind die Ultraschallschwinger unter Zwi­ schenschaltung einer Schwingerplatte an dem Behälter befestigt.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Einrichtung ergibt sich dadurch, daß zur Aufnahme des Brennelementes ein in wassergekühlten Kernreaktoranlagen vorhandener Sipping-Behälter verwendet wird. Ein Verfahren zum wahl­ weisen Verwenden einer derartigen Einrichtung zum Ent­ fernen von Ablagerungen und zum Durchführen eines Sip­ ping-Testes zeichnet sich dadurch aus, daß zuerst die Entfernung der Ablagerungen erfolgt und dann der Sip­ ping-Test durchgeführt wird. Damit wird sichergestellt, daß eventuell in den Ablagerungen enthaltene Aktivitä­ ten, die aus anderen defekten Brennelementen des ur­ sprünglichen Kernverbandes stammen, nicht zu Fehlschlüs­ sen bei dem Sipping-Test führen.

Anhand von Ausführungsbeispielen und der schematischen Zeichnungen der Fig. 1 und 1a wird die erfindungsge­ mäße Einrichtung und ein Verfahren zur Verwendung der Einrichtung beschrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 ein in einem geschlossenen Behälter angeordne­ tes Brennelement und

Fig. 1a einen Schnitt entlang der Linie a-a der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Teilbereich eines Wasserbeckens 1, das zur Aufbewahrung von abgebrannten Brennelementen unter Wahrung ausreichender Abschirmbedingungen durch das Wasser dient. Bekanntlich ist hierzu eine Wasser­ schicht erforderlich, die oberhalb der eingelagerten Brennelemente noch eine Dicke von mehreren Metern auf­ weist. Am Boden des Wasserbeckens ist ein Behälter 3 zur Aufnahme eines Brennelementes 4 wassergekühlter Kernre­ aktoren angeordnet. Das komplett montierte Brennelement 4 war bereits im Reaktorkern eingesetzt und soll nach erfolgter Entfernung der auf den Oberflächen seiner Bau­ teile haftenden Ablagerungen auf seine Wiederverwendbar­ keit im Reaktorkern überprüft werden. Es besteht aus dem Fuß- 5 und dem Kopfstück 6, die über nicht dargestellte Steuerstab­ führungsrohre miteinander verbunden sind und das Gerippe des Brennelementes bilden. Zwischen dem Fuß- und dem Kopfstück erstreckt sich eine Vielzahl von ca. vier Meter langen Hüll­ rohren 7, die eine große Anzahl von Brennstofftabletten aus Urandioxid enthalten und an ihren Enden mit nicht dargestell­ ten Endstopfen verschlossen sind. Mehrere über die Länge der Hüllrohre verteilte Abstandshaltegitter 8 halten die Hüllroh­ re in ihrer Position. Insbesondere die Brennstofftabletten und die mit feingliedrigen Federungen ausgestatteten Abstandshal­ tegitter sind durch die zur Reinigung erforderlichen energie­ reichen Frequenzen einer schädlichen Belastung ausgesetzt. Durch die nach dem Verfahren vorgesehene gleichzeitige Be­ schallung mit gegenüber angeordneten Ultraschallschwingern gleicher Leistung, werden die auf die Bauteile des Brennele­ mentes einwirkenden Kräfte gegenseitig aufgehoben bzw. zumin­ dest reduziert. Wie auch aus der Fig. 1a zu ersehen ist, sind an den vier Seitenwänden 9, 10, 11 und 12 des aus Stahl bestehenden geschlossenen Behäl­ ters 3 Schwingerplatten 13 befestigt. Jede Schwingerplatte trägt neun Ultraschallschwinger 14 gleicher Leistung und glei­ cher geometrischer Anordnung. Jeweils vier paarweise gegenüber­ liegende Schwingerplatten 13 sind auf gleicher Höhe angeordnet, so daß sich die von ihnen getragenen Ultraschallschwinger 14 gegenüberliegen. Der Behälter ist mit vier mal drei solcher Schwingerplatten ausgerüstet, die in ihrer senkrechten Er­ streckung betrachtet einen solchen Abstand zueinander haben, daß eine optimale Reinigung der Oberflächen des Brennelementes erfolgt. Ein mit Drehgelenken 15 ausgestattetes Halteelement 16 trägt einen hydraulisch betätigten Zylinder 17 und ist mit seinem einen Ende 18 am Behälter 3 und mit seinem anderen Ende 19 an einem Deckel 20 zum Verschließen des Behälters 3 befe­ stigt. Die Steuerleitungen 21 des Zylinders 17 sind mit einer außerhalb des Wasserbeckens 1 befindlichen Steuereinheit 22 verbunden, so daß der Deckel 20 zur Be- bzw. Entladung des Be­ hälters mit einem Brennelement ferngesteuert geöffnet oder ge­ schlossen werden kann. Auch die Ultraschallschwinger werden, wie mit der Verbindungsleitung 23 angedeutet, von der Steuer­ einheit bedient. Damit die aufgrund der Ultraschalleinwirkung bereits entfernten und in dem innerhalb des Behälters angeord­ neten Wasser vorhandenen Ablagerungspartikel den Reinigungspro­ zeß nicht stören, weist der Behälter eine mit einem Filter und einer Umwälzpumpe versehene Bypassleitung auf. Die Bypassleitung 26 ist mit ihrem einen Ende in der Nähe des Behälterbodens 27 und mit ihrem anderen Ende in der Nähe des Deckels 20 mit dem Behälter 3 verbunden. Die Umwälzpumpe 25 bewirkt einen Umlauf des im Behälter befindlichen und zur Ultraschallreinigung er­ forderlichen Wassers, so daß darin enthaltene Partikel im Fil­ ter 24 zurückgehalten werden. Eine über die Kabelverbindung 28 mit der Steuereinheit 22 verbundene und in Durchflußrichtung gesehen vor dem Filter in die Bypassleitung eingebaute Vorrich­ tung 29 dient zur Überwachung des Reinheitsgrades des im Be­ hälter 3 angeordneten Wassers. Das Erreichen eines vorgebba­ ren Reinheitsgrades ist ein Indiz dafür, wie weit die Ablage­ rungen von den Oberflächen des Brennstoffelementes entfernt sind. Ist das den Anforderungen entsprechende Ergebnis erreicht, wird die Beschallung beendet und das gereinigte Brennelement entnommen.

Die in den Fig. 1 und 1a beschriebene Vorrichtung ist beson­ ders vorteilhaft, wenn als Behälter 3 ein in wassergekühlten Reaktoranlagen üblicherweise bekannter Sippingbehälter ver­ wendet wird. Der Sippingbehälter nimmt ebenfalls ein Brenn­ element auf. Durch die Wirkung der Nachzerfallswärme treten aus defekten Hüllrohren radioaktive Spaltprodukte in das Be­ hälterwasser aus. Eine Wasserprobe ergibt dann Aufschluß dar­ über, ob Hüllrohre des Brennelementes defekt sind und ausge­ tauscht werden müssen. Ein solcher Sippingbehälter wäre nur mit Ultraschallschwingern 14 und der Bypassleitung 26 zu er­ tüchtigen, um zusätzlich für die Ultraschallreinigung verwend­ bar zu sein. Bei einer solchen kombinierten Anwendung ist es von Vorteil, zuerst die Ultraschallreinigung vorzunehmen und dann erst den Sippingtest durchzuführen. Diese Vorgehensweise ist folgerichtig, da in den an den Oberflächen des gerade im Sippingbehälter befindlichen Brennelements anhaftende Ablage­ rungen aktivitätsführende Stoffe enthalten sein können, die aus anderen beschädigten Brennelementen des Kernverbandes stammen. Ein Brennelement könnte als defekt bezeichnet werden obwohl es gar keine defekten Hüllrohre enthält. Werden die Ablagerungen jedoch vor dem Sippingtest entfernt und im Fil­ ter festgehalten, so werden falsche Aussagen des Sippingtestes vermieden.

Claims (6)

1. Ultraschallreinigungsvorrichtung zum Entfernen von Ablagerungen von Bauteilen von Kernreaktoranlagen

• a) mit einem wassergefüllten Behälter (3), in dem das Bauteil angeordnet ist,
• b) bei dem Ultraschallschwinger (14) an wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten befestigt sind,
• c) bei dem die jeweils gegenüberliegenden Ultraschall­ schwinger (14) auf einer gemeinsamen Mittenachse (31) liegen,
• d) bei dem sich der Behälter (3) in einem Wasserbecken befindet,

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß der Behälter (3) geschlossen ist und zu Ab­ schirmzwecken dient,
• f) daß die Ultraschallschwinger (14) mit gleicher Lei­ stung abstrahlen,
• g) daß der Behälter (3) mit einer Bypassleitung (26) zur Umwälzung des innerhalb desselben befindlichen Wassers versehen ist,
• h) daß in der Bypassleitung eine Umwälzpumpe (22) und ein Filter (24) in Reihe geschaltet sind, und
• i) daß in der Bypassleitung (26) bzw. in der Lei­ tung (32) in Durchflußrichtung gesehen vor dem Fil­ ter (24) eine Meßvorrichtung (29) zur Überprüfung des Reinheitsgrades des den Behälter (3) verlassen­ den Wassers vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ultraschallschwinger (14) unter Zwi­ schenschaltung einer Schwingerplatte (13) an dem Behäl­ ter (3) befestigt sind.

3. Einrichtung nach Anpruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet,

• k) daß als Behälter (3) zur Aufnahme des Brennelemen­ tes (4) ein in wassergekühlten Kernreaktoranlagen vorhandener Sippingbehälter verwendet wird.

4. Verfahren zur wahlweisen Verwendung einer Ein­ richtung nach Anspruch 3,

• l) zum Durchführen eines Sippingtestes und
• m) zum Entfernen von Ablagerungen,

dadurch gekennzeichnet,

• n) daß zuerst das Entfernen der Ablagerungen erfolgt und
• o) dann der Sippingtest durchgeführt wird.