DE3744787A1

DE3744787A1 - Method and device for measuring the burnup of fuel elements

Info

Publication number: DE3744787A1
Application number: DE19873744787
Authority: DE
Inventors: Masoud Dr Saad; Bernd Dieter Dipl Ing Hahn
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1987-09-12
Filing date: 1987-09-12
Publication date: 1989-06-29

Abstract

For measuring the burnup of fuel elements the drum of a centrifugal clarifier is charged with radioactive liquids from nuclear installations and the gamma radiation of the liquids and/or solids contained therein is measured spectroscopically during the filling phase in a measuring phase lying between the beginning of filling and the beginning of a sedimentation. The gamma spectrum obtained is evaluated for determining the burnup.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Abbrandes von Brennelementen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Messung des Abbrandes von Brenn elementen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 4.The invention relates to a method for measuring the Burning of fuel elements according to the preamble of the claim 1 and a device for measuring the burn-up of burning elements according to the preamble of claim 4.

Abbrandmessungen von Brennelementen sind u. a. von Be deutung für den Betrieb eines Kernkraftwerkes, zur Kontrolle von Reaktorbetriebsdaten sowie zur Überprüfung von entspre chenden Verwaltungsaussagen.Burn measurements of fuel assemblies are a. from Be interpretation for the operation of a nuclear power plant, for control of reactor operating data and to check the corresponding appropriate administrative statements.

Es ist bereits bekannt, den Abbrand von Brennelementen aus dem Gamma-Spektrum von Spaltprodukten zu berechnen, indem ein zu untersuchendes Brennelement in eine bleiabgeschirmte Meßkammer eingebracht, dort an seinen Enden in einer Positio niereinrichtung eingespannt und schrittweise an einem Blei kollimator und einem Detektor vorbeigeführt wird ("Messung des Abbrandes bei Nulleistungsversuchen durch Gamma-Spektro metrie" von J. Knot et al, Atomkernenergie, 13. Jahrgang, (1980), Seite 67-71). Nachteilig bei diesen bekannten Verfah ren ist, daß die Abbrandmessung durch die spezielle Geometrie des Brennelements verfälschbar ist. Außerdem ist diese Art der Abbrandmessung mit relativ großem Aufwand verbunden.
It is already known to calculate the burn-up of fuel elements from the gamma spectrum of fission products by introducing a fuel element to be examined into a lead-shielded measuring chamber, clamping it there at its ends in a positioning device and gradually passing a lead collimator and a detector ("Measurement of the erosion in zero power tests by gamma spectrometry" by J. Knot et al, Atomkernerneergie, 13th year, (1980), pages 67-71). A disadvantage of these known procedural ren is that the erosion measurement can be falsified by the special geometry of the fuel assembly. In addition, this type of erosion measurement is associated with relatively great effort.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges und mit relativ geringem Aufwand durchzufüh rendes Verfahren zur Ermittlung des Abbrandes von Brennele menten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The object of the present invention is an innovative and to carry out with relatively little effort process for determining the burn-up of fuel elements and a device for performing the method specify.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 4 angegeben.This task is accomplished through the teaching according to the characteristics of the Claim 1 solved. A device for carrying out the The method is specified in claim 4.

Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung hat den Vorteil, daß spezielle Geometrien des Brennelements die Abbrandmessung nicht verfälschen können. Besonders vorteilhaft ist, daß die Abbrandmessung bei der Wiederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen beim mittels Klärzentrifuge ausgeführten Klär vorgang der Brennstofflösung durchführbar ist. Auf zusätzli che Einrichtungen zur Handhabung von Brennstäben kann ver zichtet werden.The task solution according to the invention has the advantage that special geometries of the fuel element the burn measurement cannot falsify. It is particularly advantageous that the Burn measurement during the reprocessing of spent Fuel elements in the clarifier using a clarifier process of the fuel solution is feasible. On additional che devices for handling fuel rods can ver to be waived.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.Advantageous and expedient further developments of the inventions Appropriate task solution are ge in the subclaims indicates.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.The invention will now be described with reference to the accompanying Drawing will be explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Ermittlung des Abbrandes von Brennelementen unter Ver wendung einer mit radioaktiven Flüssigkeiten aus kerntechnischen Anlagen beschickbaren Klärzentrifuge und Fig. 1 shows schematically a device for determining the burnup of fuel assemblies using a clarifying centrifuge which can be loaded with radioactive liquids from nuclear plants and

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem der Aktivitätsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit und dem Be schickungs-/Beladungszustand der Klärzentri fuge und die Meßzeit für die Ermittlung des Brandes erkennbar sind. Fig. 2 is a diagram from which the activity curve as a function of time and the loading / loading condition of the Klärzentri fuge and the measuring time for determining the fire can be seen.

Die Fig. 1 zeigt eine Klärzentrifuge 2 im Schnitt mit einem Gehäuse 4 und einer Trommel 6, die von einem Motor 8 angetrieben wird. Die Trommel weist auf ihrer Oberseite eine Ringnut 10 auf, die über auswärts gerichtete Bohrungen 12 mit dem Hohlraum 14 der Trommel in Verbindung steht. Fig. 1 shows a clarifier 2 in section with a housing 4 and a drum 6 , which is driven by a motor 8 . The drum has an annular groove 10 on its upper side, which is connected to the cavity 14 of the drum via outwardly directed bores 12 .

Ein Zuführrohr 15 für radioaktive Abwässer ragt frei mit seinem Ende in die Ringnut 10 hinein.A feed pipe 15 for radioactive waste water projects freely into the annular groove 10 with its end.

Eine Ableitung 16 ist für den geklärten Flüssigkeitsan teil der zugeführten radioaktiven Flüssigkeit vorgesehen.A discharge line 16 is provided for the clarified portion of the liquid radioactive liquid supplied.

Ein sich auf der Innenwandung der Trommel absetzender, einen Kuchen 24 bildender Feststoffanteil wird mit Hilfe von Wasser über ein mit Sprühdüsen 18 ausgestattetes Spülrohr 20 ausgespült und fließt mit dem Spülwasser nach unten über einen Auslaßstutzen 22 aus dem Gehäuse 4 heraus. Beim Ausspü len des sedimentierten Feststoffes wird die Trommeldrehzahl stark reduziert, wobei der größte Teil der in der Trommel befindlichen Flüssigkeit noch in eine Flüssigkeitsauf fangrinne gelangt und über die Abgabeleitung 16 abfließen kann.A solid portion which settles on the inner wall of the drum and forms a cake 24 is rinsed out with the help of water via a rinsing pipe 20 equipped with spray nozzles 18 and flows downward out of the housing 4 with the rinsing water via an outlet connection 22 . When the sedimented solid is flushed out, the drum speed is greatly reduced, the majority of the liquid in the drum still entering a liquid channel and being able to flow off via the discharge line 16 .

Im Bereich der Trommel ist ein Detektor 26 eines Gamma- Spektrometers 28 angeordnet, das an eine Auswerteeinheit 30, vorzugsweise einen sogenannten intelligenten Rechner, ange schlossen ist zur Ermittlung des Abbrandes (außerdem kann die zugeführte Flüssigkeitsmenge (Gesamtbefüllung) sowie Menge des sedimentierten Feststoffanteiles und/oder der Flüssig keitsanteil aus den aufgenommenen Gamma-Linien ermittelt wer den).In the area of the drum, a detector 26 of a gamma spectrometer 28 is arranged, which is connected to an evaluation unit 30 , preferably a so-called intelligent computer, for determining the erosion (the amount of liquid supplied (total filling) and the amount of the sedimented solid fraction and / or the liquid fraction from the recorded gamma lines who who).

Der Detektor befindet sich - wie an sich bekannt - hin ter einem Bleikollimator 32 und ist vorzugsweise entlang der Trommel an einem Gestell 34 oder dergleichen verfahrbar aus gebildet (vgl. Pfeil 36). Es können auch mehrere Detektoren vorgesehen werden, die vorzugsweise übereinander entlang der Trommel angeordnet sind und zusätzlich verfahrbar ausgebildet sein können (nicht dargestellt). The detector is located - as is known per se - behind a lead collimator 32 and is preferably designed to be movable along the drum on a frame 34 or the like (see arrow 36 ). A plurality of detectors can also be provided, which are preferably arranged one above the other along the drum and can also be designed to be movable (not shown).

Die zugeführte radioaktive Flüssigkeit enthält u. a. Cäsium-137/134, Cer-144 und Rhodium-106. Die Zusammensetzung der Flüssigkeit sowie die relativen Mengen der Bestandteile sind bekannt.The supplied radioactive liquid contains u. a. Cesium-137/134, Cer-144 and Rhodium-106. The composition of the liquid as well as the relative amounts of the components are known.

Die Fig. 2 zeigt den Verlauf einer Befüllungs/Bela dungsmessung der Zentrifugentrommel. Die Meßdaten und -parameter sind der Fig. 2 entnehmbar. Zunächst nimmt die Ak tivität entsprechend der zugeführten Menge an radioaktiver Flüssigkeit bis zur vollständigen Füllung der Trommel schnell zu (Kurve A) . Cäsium-137/134 und Cer-144 sedimentieren nicht. Rhodium-106 sedimentiert. Man erkennt, daß sich die Gesamtak tivität durch den sich bildenden Sedimentationskuchen erhöht (Kurve B), während der Aktivitätsanteil des Flüssigkeitsan teiles praktisch gleich bleibt und nur geringfügig fällt, und zwar um ca. 5% bei maximaler Beladung (in der Zeichnung nach einer Klärzeit von ca. 6 Stunden). Wenn nach Beendigung des Klärvorganges die Flüssigkeit abgezogen wird, so verringert sich die Aktivität entsprechend, siehe Kurve C. Die Kurve D zeigt den schnellen Abfall der Aktivität in der sich an schließenden Spülphase, in der der sedimentierte Kuchen aus der Trommel ausgespült wird. Fig. 2 shows the course of a filling / loading measurement of the centrifuge drum. The measurement data and parameters can be seen in FIG. 2. First, the activity increases rapidly in accordance with the amount of radioactive liquid supplied until the drum is completely full (curve A ). Cesium-137/134 and Cer-144 do not sediment. Rhodium-106 sedimented. It can be seen that the overall activity increases as a result of the sedimentation cake that forms (curve B ), while the activity portion of the liquid portion remains practically the same and only drops slightly, namely by about 5% at maximum load (in the drawing after a clarification time of about 6 hours). If the liquid is drawn off after the clarification process has ended, the activity decreases accordingly, see curve C. Curve D shows the rapid decrease in activity in the subsequent rinsing phase, in which the sedimented cake is rinsed out of the drum.

Zur Ermittlung des Abbrandes wird in der anfänglichen Beschickungs- bzw. Füllphase (Kurve A des Diagramms nach Fig. 2) das Gamma-Spektrum von Cäsium und/oder Cer mit Hilfe des Spektrometers 28 aufgenommen. Der intelligente Rechner 30 er rechnet dann aus den Gamma-Linien des Gamma-Spektrums Peak- Höhe und Peak-Fläche und ermittelt aus diesen Größen den Ab brand in an sich bekannter Weise.To determine the burnup, the gamma spectrum of cesium and / or cerium is recorded in the initial loading or filling phase (curve A of the diagram in FIG. 2) with the aid of the spectrometer 28 . The intelligent computer 30 then calculates the peak height and peak area from the gamma lines of the gamma spectrum and determines the fire from these variables in a manner known per se.

Claims

1. A method for measuring the erosion of fuel elements, characterized in that the drum of a clarifier is charged with radioactive liquids from nuclear facilities that the gamma radiation of the liquids and / or solids contained therein during the filling phase in one between the start of filling and the beginning of a Sedimentation lying measurement phase is measured spectroscopically and that the gamma spectrum obtained is evaluated to determine the burnup.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Gamma spectrum of cesium and / or cerium is measured.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the peak height and the peak Area of the gamma lines measured and from these sizes the Burning is determined in a manner known per se.

4. An apparatus for performing the method according to any one of the preceding claims, with a clarifier for processing radioactive liquids from nuclear facilities, characterized by

- A gamma spectrometer ( 28 ), the detector ( 26 ) is arranged at the height of the drum ( 6 ) of the clarifier ( 2 ) for detecting the gamma radiation, and
- An evaluation device ( 30 ) for determining the peak height and peak area of the lines of the gamma spectra of certain predeterminable nuclides of the radioactive liquid and for determining the burnup.

5. The device according to claim 4, characterized in that the detector ( 26 ) along the drum ( 6 ) is movable out.

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that a plurality of detectors along the drum ( 6 ) are net angeord.