DE3803481A1 - Detektor fuer reaktorkerne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor für Reaktorkerne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es gibt mittlerweile eine beträchtliche Anzahl von Kern­ kraftwerken, die in diesem Land und in der übrigen Welt in Betrieb genommen oder im Bau sind und von verschiede­ nen Herstellern konstruiert wurden. Beim gegenwärtigen öffentlichen Klima in bezug auf Kernkraftwerke und die damit einhergehenden Befürchtungen (seien sie nun begrün­ det oder nicht), ist zumindest in diesem Land zu erwarten, daß wenigstens in der nächsten Zukunft die Geschwindigkeit klein sein wird, mit der zusätzliche Kernkraftwerke ge­ plant werden.

Die in Betrieb befindlichen Kernkraftwerke und diejenigen, die nicht weit von der Inbetriebstellung entfernt sind, werden laufend auf verschiedene Weise verbessert oder aufgerüstet. Der Wunsch, derartige Kernkraftwerke zu verbessern, wird manchmal offensichtlich dadurch behin­ dert, daß festgelegte Konstruktionsparameter vorhanden sind, die auf früherem Wissen basieren und zu der damaligen Zeit als wünschenswert aufgefaßt wurden. Dieser Fall kann beispielsweise bei festgelegten Ab­ messungen auftreten, die aufgrund von durch die Ab­ messungen bedingten Einschränkungen die Durchführung von gewissen Maßnahmen zu verhindern scheinen.

Der Inhaber der vorliegenden Patentanmeldung war und ist ein Marktführer in bezug auf die Anzahl von Kernkraft­ werken, die von ihm ausgelegt wurden oder die von seiner Konstruktion abgeleitet wurden. Die weitaus größte Zahl der Kernkraftwerke des Anmelders weisen einen Aufbau auf, bei dem Fingerhut-Führungsröhren, durch die Finger­ hutröhren (oder kurz Fingerhüte) für den Reaktorkern eingeführt und entnommen werden können, einen Innendurch­ messer von ungefähr 0,0102 m aufweisen; eine relativ geringe Anzahl von Kernkraftwerken enthält jedoch der­ artige Führungsröhren mit einem Innendurchmesser von un­ gefähr 0,0112 m. Die Abmessungen der Fingerhutröhren für den Reaktorkern, die auch häufig als herausziehbare Fingerhutröhren bezeichnet werden, sind in ihren Abmessungen durch die Abmessungen des Brennelements bestimmt, in das das Führungsrohr für die Fingerhutröhre eingeführt wird (und von dem es während des Brennelement­ wechsels herausgezogen wird). Die Querschnittsabmessungen in transversaler Richtung des Brennelements sind im wesentlichen genormt, und zwar wegen der Normung der Abmessungen der Komponenten, die den gesamten Querschnitt des Brennelements ausmachen.

Typischerweise wurden die Fingerhüte für den Reaktorkern in den Kernkraftwerken des Anmelders dazu verwendet, die Einführung von beweglichen Kleindetektoren zu er­ lauben, die durch diesen Fingerhut geführt wurden, um die aktiven Längen des jeweiligen Brennelements abzu­ tasten, in dem der Fingerhut liegt. Die im Reaktorkern liegende Fingerhutröhre für den Fluß weist einen nomi­ nalen Außendurchmesser (OD) von 0,0076 m auf und einen minimalen Innendurchmesser (ID) von 0,0050 m; sie dient als Hochdruckbarriere für das Kühlmittel des Reaktors und erfüllt die Anforderungen des ASME Codes für die normale Umgebungsbedingung im Reaktorkern eines Druck­ wasserreaktors von 2500 psia (17,23 e⁺⁶ Pa) bei 650°F (343 °C). Ein standardmäßiger beweglicher Miniaturdetektor für eine derartige Fingerhutröhre weist einen Außendurch­ messer von 0,0048 m auf und ist am Ende eines hohlen schraubenförmig aufgewickelten Antriebskabels ange­ schweißt, das den gleichen nominalen Außendurchmesser hat wie der Detektor.

Die Kabelantriebssysteme für diese Installationen sind ziemlich kompliziert, und zwar in bezug auf ihre Fähig­ keiten, durch verschiedene Transfer- und Schaltvorrich­ tungen die Wege der Detektoren durch beispielsweise un­ gefähr 60 verschiedene Pfade zu ändern und andere ge­ wünschte Resultate zu erzielen. Dementsprechend sind diese Antriebssysteme relativ teuer.

Kernkraftwerke, die von anderen als dem Inhaber dieser Anmeldung konstruiert wurden, können Führungsröhren und Fingerhutröhren aufweisen, deren Abmessungen größer ist als die Mehrheit der vom Anmelder konstruierten Kern­ kraftwerke, so daß Probleme mit den Abmessungen weit­ gehend vermieden werden.

Die existierende Anordnung in den vom Anmelder kon­ struierten Kernkraftwerken, bei der eine Fingerhutröhre nur dazu verwendet wird, einen Durchgang für einen beweglichen Detektor zur Verfügung zu stellen, führt zu keinerlei Beschränkungen bezüglich der Abmessungen. Trotzdem besteht gegenwärtig ein Trend dahin, mehr Instrumentarien in den verfügbaren Plätzen für Instru­ mentarien unterzubringen, d. h. an den Stellen, an denen Fingerhutröhren eingebaut sind. Zu diesem zusätz­ lichen Instrumentarium gehören typischerweise stationäre, sich selbst mit Energie versorgende Neutronendetektoren und Thermoelemente. Die zusätzlichen Instrumentarien beseitigen aber nicht die Anforderung, daß bewegliche Detektoren verfügbar sein müssen, mit denen die Höhe des Reaktorkerns abgetastet werden kann.

Wenn es die Abmessungen in einem bestimmten Kernkraft­ werk erlauben, wird das zusätzliche Instrumentarium zusammen mit dem beweglichen Detektor in einer Anord­ nung zur Verfügung gestellt, die aus koaxialen inneren und äußeren Röhren besteht. Die innere Röhre wird als Kalibrationsröhre bezeichnet, da der bewegliche Detek­ tor in ihr entlang bewegt werden kann, um Meßwerte an verschiedenen Stellen zu erhalten. Der Innendurchmesser der äußeren Röhre (die manchmal als Gehäuseröhre bezeich­ net wird) ist so weit größer als der Außendurchmesser der Kalibrationsröhre, daß der dazwischenliegende ring­ förmige Raum eine genügend große Querabmessung aufweist, um darin stationäre Thermoelemente und sich selbst mit Energie versorgende Detektoren aufzunehmen.

Bei einer einzigen Röhre oder einer "nackten" Fingerhut­ röhre, die nur einen Durchgang für einen beweglichen Detektor zur Verfügung stellt, liefert die Fingerhutröhre die erforderliche Druckbarriere. Bei der konzentrischen Röhrenanordnung für das Multiinstrumentarium wurde unseres Wissens die innere Kalibrationsröhre als einziges Element dazu ausgewählt, die Druck- und Temperaturan­ forderungen zu erfüllen, so daß deren Wanddicke einer der wichtigen Faktoren in dem Bemühen wird, das ge­ wünschte stationäre Instrumentarium unterzubringen, und zwar zusammen mit einem ausreichenden Außendurchmesser der Kalibrationsröhre, um den Durchgang eines beweg­ lichen Detektors zu ermöglichen.

Für die wenigen vom Anmelder konstruierten Kernkraft­ werke mit Führungsröhren eines Innendurchmessers von 0,0112 m oder für die anderen Kernkraftwerke mit gleichen oder größeren Führungsröhren ergibt sich kein besonderes Problem, da der Außendurchmesser der äuße­ ren Gehäuseröhre kleiner ist als der Innendurchmesser von 0,0112 m der Führungsröhre; der Außendurchmesser der Gehäuseröhre liegt beispielsweise bei 0,0107 m.

Für die große Mehrzahl der vom Anmelder konstruierten Kernkraftwerke, bei denen der Innendurchmesser der Führungsröhren 0,0102 m beträgt und in denen die üblichen Antriebssysteme mit bewegten Detektoren und Kabeln eines Außendurchmessers von 0,0048 m verwendet werden, ergibt sich insoweit ein ernstes Problem, als der Innendurchmesser der Kalibrationsröhre (ungefähr 0,0035 m) kleiner ist als der Außendurchmesser des standardisierten beweglichen Detektors und des Kabels des Antriebssystems. Ein Weg zur Lösung dieses Pro­ blems besteht darin, die größeren (0,0048 m) beweg­ lichen Detektoren durch Detektoren kleineren Außen­ durchmessers von ungefähr 0,0030 m zu ersetzen und das Kabelantriebssystem mit standardisierter Größe durch ein neues Antriebssystem zu ersetzen, dessen Kabel einen Außendurchmesser von 0,0030 m aufweist, wobei die Abmessungen der zugehörigen Komponenten ebenfalls auf das kleinere Kabel abgestimmt werden. Diese Lösung für das Problem ist vom Konzept her zwar einfach und wurde auch tatsächlich eingesetzt, doch betragen die zusätzlichen Kosten pro Kernkraft­ werk ungefähr eine Viertelmillion Dollar. Außerdem wird der Detektor mit kleinerem Durchmesser und dessen Antriebssystem als etwas weniger verläßlich angesehen als das Original mit den größeren Abmes­ sungen.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, insbesondere für die vom Anmelder konstruierten Kernkraftwerke mit Führungsröhren kleineren Durchmessers eine kon­ zentrische Fingerhutanordnung anzugeben, in der das gewünschte zusätzliche Instrumentarium untergebracht werden kann, bei der die vorhandenen beweglichen Detek­ toren und Kabelsysteme mit größeren standardisierten Ab­ messungen verwendet werden können und die die Anforde­ rungen als Druckbarriere in einer Reaktorumgebung er­ füllt, in der 17, 23 E+6 Pa bei 343°C erreicht werden.

Dieses Ziel wird von der Erfindung erreicht, wie sie im Anspruch 1 definiert ist; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine stark schematisierte Seitenansicht eines Reaktorgefäßes mit Antreibsystem und zugehörigen Kompo­ nenten, um die allgemeine Umgebung anzuzeigen, in der die Erfindung zur Anwendung kommt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Anordnung, in der die innere, die Kalibrationsröhre, die primäre Druckbarriere (Abschottung) bildet;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch einen außerhalb des Reaktorkerns gelegenen Teils eines Beispieles einer Anordnung gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 einen aufgebrochenen Teillängsschnitt durch eine Anordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel für einen Kern­ reaktor, hier ein Druckwasserreaktor des Typs ausge­ wählt, wie er vom Anmelder entworfen wurde; darin weist ein Reaktorgefäß 10 einen Raum 12 für einen Reaktorkern auf, der aus einer großen Anzahl von Brenn­ elementen 14 bekannter Konstruktion besteht. Eine nicht unbeträchtliche Anzahl dieser Brennelemente an ausge­ wählten Stellen sind dazu eingerichtet, Fingerhutanord­ nungen 16 in Durchgängen der Brennelemente aufzunehmen. Führungsröhren 18 für die Fingerhuteinrichtungen er­ strecken sich von dem unteren Bereich des Reaktorkerns durch Dichtungen aus dem Basisteil des Reaktorgefäßes heraus und verlaufen bis zu einer sogenannten Dichtplatte 20. Obwohl in Fig. 1 nur eine begrenzte Anzahl der Füh­ rungsröhren dargestellt ist, die sich bis in den unteren Teil des Reaktorraums im Reaktorgefäß erstrecken und nur eine einzige Führungsröhre in der Darstellung bis zur Dichtplatte verläuft, soll damit doch die allgemeine An­ ordnung angedeutet werden, bei der eine große Anzahl, beispielsweise ungefähr 60, Führungsröhren und Fingerhut­ anordnungen von der Dichtplatte bis zum Reaktorgefäß vor­ gesehen sind. Die Führungsröhren sind zum Innenraum des Reaktorgefäßes offen und stellen somit im wesentlichen Verlängerungen des Reaktorgefäßes bezüglich der Innen­ drucke im Gefäß dar und müssen in dichter Weise mit der Dichtplatte 20 verbunden werden. Mechanische Dichtungen sind ebenfalls zwischen den Führungsröhren 18 und der Dichtplatte 20 vorgesehen.

Die Anordnung in Fig. 1 enthält auch den in schemati­ scher Weise dargestellten Fingerhutselektor 22 und die Antriebseinheit 24. Es handelt sich dabei um eine stark vereinfachte Darstellung, da in einem typischen System mit einem einzigen Reaktor beispielsweise sechs getrenn­ te Antriebseinheiten zum Antrieb von sechs verschiedenen beweglichen Detektoren vorgesehen werden können, wobei jeder Detektor zuerst eine Transfervorrichtung mit fünf Pfaden durchläuft und dann durch Y-Transfervorrichtungen zu sechs Transfervorrichtungen mit zehn Pfaden, die einen einzigen beweglichen Detektor zu jeder von zehn getrennten Fingerhutanordnungen führen kann. Das Fingerhutselektorsystem erlaubt es auch, jeden be­ liebigen oder alle der sechs beweglichen Detektoren zu einem (nicht dargestellten) Speichergebiet zu führen, das außerhalb des Reaktorgefäßes liegt. Fig. 1 stellt somit eine sehr stark vereinfachte Darstellung eines tatsächlichen Antriebsystems und einer Selektor­ anordnung dar. Die anhand von Fig. 1 dargestellte und oben beschriebene Anordnung ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und aus dem Stand der Technik bekannt; sie wurde hier nur kurz dargestellt, um ein besseres Ver­ ständnis der Umgebung zu vermitteln, in der die Er­ findung eingesetzt wird. US-Patent 37 51 333 kann wegen weiterer Information über den allgemeinen Typ des Systems konsultiert werden.

In der Einleitung wurde schon erwähnt, daß die große Mehrzahl der bisher vom Anmelder konstruierten Kern­ kraftwerke eine schlichte Fingerhutröhre aufwiesen, die durch die Führungsröhren 18 in das Reaktorgefäß und den Reaktorkern hineinragten. Es gibt darin keine Fingerhut­ "anordnungen", wenn damit eine innere konzentrische Kalibrationsröhre und andere Elemente verstanden werden, die innerhalb des äußeren Fingerhuts vorgesehen sind. Der schlichte Fingerhut dient dazu, einen beweglichen Detektor aufzunehmen, mit dem der Fluß über die ganze Höhe des Reaktorkerns 12 abgetastet werden kann. Der bewegliche Detektor und sein Antriebskabel weisen einen Außendurchmesser von 0,0048 m auf. Diese Anordnung funktioniert ganz zufriedenstellend, solange keine stationären, auf Umgebungsbedingungen ansprechende Elemente erforderlich sind, beispielsweise Detektoren mit eigener Energieerzeugung oder Thermoelemente, die in dem Fingerhut untergebracht werden müssen, durch den der bewegliche Detektor hindurchgehen muß.

Bei einem System, in dem stationäre Geräte vorgesehen werden müssen, die auf Umgebungsbedingungen ansprechen, wurde eine Anordnung verwendet, deren allgemeine Kon­ figuration in Fig. 2 dargestellt ist, wo ein Querschnitt durch einen außerhalb des Reaktorkerns liegenden Teil der Anordnung wiedergegeben ist. In dieser Ansicht ent­ hält die äußere Gehäuseröhre 26 eine konzentrisch dazu liegende innere Kalibrationsröhre 28 mit einem Außen­ durchmesser, der bezüglich des Innendurchmessers der äußeren Röhre so gewählt ist, daß zwischen beiden Röhren ein ringförmiger Raum 30 entsteht. Durch die innerste Bohrung 32 wird der bewegliche Detektor geführt, während die erforderliche Anzahl von auf Umgebungseinflüsse an­ sprechenden Geräten, wie beispielsweise Detektoren mit eigener Energieerzeugung und Thermoelemente 34 und 36, durch den ringförmigen Raum 30 in einer Richtung verlau­ fen, die im allgemeinen longitudinal ist.

Wird angenommen, daß die Fingerhutanordnung von Fig. 2 in einer Installation verwendet werden soll, deren Führungsröhren einen Nenninnendurchmesser von 0,0102 m aufweisen, so würde der Nennaußendurchmesser der Ge­ häuseröhre 26 ungefähr 0,0081 m betragen müssen, damit die freie Bewegung durch die Führungsröhre sicherge­ stellt ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß beim Einsatz einer Führungsröhre mit einem Nenninnendurchmesser von 0,0102 m nicht sichergestellt ist, daß alles mit einem kleineren Außendurchmesser ungehindert durch die Füh­ rungsröhre hindurchwandern kann. Das liegt daran, daß die Führungsröhre einem Kugeltest unterworfen wird, bei dem eine Kugel mit einem Außendurchmesser von 0,0086 m durch die Führungsröhre geführt wird, um sicherzustel­ len, daß sie die gesamte Länge der Führungsröhre durch­ laufen kann, einschließlich der Biegungen, der Schweiß­ verbindungen usw.

In der Anordnung von Fig. 2 stellt die Kalibrationsröhre 28 die hauptsächliche Abschottung dar und weist eine Wanddicke auf, die alleine ausreicht, um den Druck­ temperaturbedingungen im Reaktorkern zu genügen. Aus diesem Grund und unter Berücksichtigung der Außendurch­ messer von 0,0010 m der auf die Umgebungsbedingungen ansprechenden Elemente 34 und 36, die zu den Wanddicken der Röhren 26 und 28 hinzugezählt werden müssen, weist die Kalibrationsröhre 28 einen Innendurchmesser von 0,0035 m auf, der offensichtlich zu klein ist, um einen beweglichen Detektor und ein Kabel aufzunehmen, die einen Außendurchmesser von 0,0048 m aufweisen.

Eine oben schon erwähnte Lösung besteht nun darin, den beweglichen Detektor und seine zugehörigen Selektoren und Antriebssysteme mit einem kleineren Detektor und einem Kabel auszustatten, die einen Außendurchmesser von 0,0030 m aufweisen, und dementsprechen die Teile der Selektoren und des Antriebsystems so zu ändern, daß sie mit diesen Abmessungen arbeiten können. Dies ist die oben erwähnte sehr teure Lösung, bei der ein Austausch erfolgt.

Würde die Fingerhutanordnung von Fig. 2 alternativ dazu mit einer Führungsröhre ausgestattet, deren Nenn­ innendurchmesser 0,0112 m beträgt, so würde sie sehr ähnlich zu der in Fig. 2 dargestellten Fingerhutanord­ nung. Der große Unterschied bestünde dann darin, daß die Kalibrationsröhre 28 einen ausreichenden Innendurch­ messer aufweisen würde, um den größeren standardmäßigen beweglichen Detektor mit einem Außendurchmesser von 0,0048 m und die zugehörigen Kabel aufzunehmen. Auch in diesem Fall würde die Kalibrationsröhre 28 als pri­ märe Druckabschottung dienen und es bestände keine Notwendigkeit, von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung Gebrauch zu machen, da die Antriebssysteme nicht ersetzt zu werden bräuchten. Unglücklicherweise ist jedoch die Anzahl der vom Anmelder konstruierten Kernkraftwerke mit großen Führungsröhren vernach­ lässigbar.

Die Aufgabe, die von der Erfindung gelöst wird, be­ steht also darin, den Druck- und Temperaturerforder­ nissen mit einer Fingerhutanordnung zu entsprechen, in der stationäre, auf Umgebungsbedingungen ansprechende Elemente sowie ein Durchgang für einen beweglichen Detektor vorgesehen sind, und zwar unter der Bedingung, daß die beweglichen Detektoren und Antriebselemente verwendet werden können, die die sogenannten größeren Standardabmessungen aufweisen.

Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept besteht darin, eine Fingerhutanordnung anzugeben, bei der die Druckabschottung sowohl aus dem äußeren Gehäuse und der inneren Kalibrationsröhre besteht, die als Doppelab­ schottung dienen und dabei durch einen konzentrischen Ring von Stützelementen in den ringförmigen Zwischen­ raum zwischen den beiden Röhren getrennt sind. Die Stützelemente umfassen die im jeweiligen Fall gewünschte Anzahl von auf Umgebungseinflüsse ansprechenden Ele­ menten und zusätzlich eine ausreichende Anzahl von nicht operativen Elementen, die aus einem Mantel und einer Isolierung aus einer hochverdichteten Mineral­ füllung bestehen und den gesamten ringförmigen Raum in einigermaßen dichter Packung im wesentlichen so ausfüllen, daß zwischen den Elementen keine wesent­ lichen Lücken bestehen. Diese konzentrische Konfigu­ ration ergibt auf effektive Weise eine feste voll­ ständig unterstützte Anordnung, bei der das Druck­ wasser im Innern des Reaktors durch eine Begrenzung oder Abschottung aus zwei dünnwandigen Röhren zurück­ gehalten wird, die mit den dazwischenliegenden Ele­ menten zusammenwirken, um die äquivalente Stärke einer einzigen dickeren Druckabschottung zu liefern. Die Aus­ drucksweise ohne wesentliche Lücken besagt nicht, daß jedes Element jedes benachbarte Element berühren muß, sondern vielmehr, daß der Abstand zwischen Berühungs­ punkten von benachbart liegenden Elementen mit den Röhren nicht größer ist als der Abstand, bei dem ent­ sprechend der Formel für die Balkenbiegung ein Balken unter den nominalen Druckbedingungen brechen würde.

In den Fig. 3 und 4 sind die Elemente, die im wesent­ lichen den in Fig. 2 dargestellten Elementen entsprechen, mit identischen Bezugszeichen und dem Suffix A versehen. Der in Fig. 3 dargestellte Querschnitt gibt das allge­ meine Aussehen eines Querschnitts wieder, der entweder durch den im Reaktorkern oder durch den außerhalb des Reaktorkerns gelegenen Teil einer einzigen Fingerhutan­ ordnung gelegt wird. Wie man feststellt, liegt ein wesent­ licher Unterschied in den Darstellungen der Fig. 2 und 3 darin, daß der gesamte ringförmige Raum 30 a in Fig. 3 im wesentlichen mit Elementen gefüllt ist, die entweder auf die Umgebungsbedingungen ansprechen, wie beispiels­ weise sich selbst mit Energie versorgende Detektoren 34 a oder Thermoelemente 36 a oder nicht operative Elemente 38, die dazwischen angeordnet sind; diese Elemente dienen als Stützelemente, um Lücken zwischen den auf Umgebungs­ bedingungen ansprechende Elemente im ringförmigen Raum 30 der Fig. 2 zu vermeiden. Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß die Elemente nicht nur im Kernbereich des Reaktorgefäßes vorhanden sind, son­ dern auch in den Fingerhutanordnungen über die ganze Strecke durch die Führungsröhren 18 (Fig. 1) bis zur Dichtplatte 20. Das liegt daran, daß die Führungsröhren tatsächlich eine Verlängerung des Reaktorgefäßes dar­ stellen, und zwar bezüglich der Drucke, die innerhalb der extern vom Reaktorgefäß verlaufenden Führungsröhren vorliegen.

Abhängig von der jeweiligen Installation und der Menge der Information, die von den auf die Bedingungen des Reaktorkerns ansprechenden Elementen gewünscht wird, kann die Anzahl der auf die Bedingungen ansprechenden Elemente in der Fingerhutanordnung sehr stark variieren. Das Beispiel von Fig. 3 soll eine Fingerhutanordnung mit vielen Instrumenten darstellen, mit der Neutronen­ flußmessungen an beispielsweise acht verschiedenen Niveaus und Temperaturen an vier verschiedenen Niveaus abgenommen werden sollen. Damit wären sechzehn Elemente 34 a, acht Elemente 36 a und elf nicht operative Elemente 38 erforderlich, um den Raum auszufüllen. Da im Beispiel der Fig. 3 der Außendurchmesser der Elemente 34 a, 36 a und 38 nur 0,0006 m und nicht 0,0010 m wie bei den Elementen von Fig. 2 beträgt, ist es wünschenswert, daß jedes operative Element nur eine einzige Mittelzufüh­ rung aufweist, die zum operativen Teil des Elements führt. Ein Element 34 a enthält somit eine Mittelzu­ führung, die mit dem empfindlichen Längenteil des Emitters an der gewünschten longitudinalen Stelle der Fingerhutanordnung verbunden ist, während das benach­ barte Element 34 a nur die Kompensationsleitung enthält, die in der Fingerhutanordnung bis zur Stelle gleicher Höhe verläuft, die dem Beginn des empfindlichen Emitter­ teils im benachbarten Element entspricht.

Man kann daran denken, daß bei gewissen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung von einigen der Kon­ zepte Gebrauch gemacht wird, die im US-Patent 41 40 911 beschrieben sind. Dazu gehört das Konzept, eine Vielzahl von in longitudinaler Richtung sich er­ streckender Detektoren mit eigener Energieversorgung zu verwenden, die neutronenempfindliche aktive Teile längs eines longitudinalen Pfades relativ zueinander aufweisen, wobei Verlängerungen mit geringer Neutronenabsorption von den aktiven Teilen der in einem Abstand angeordneten Detektoren in symmetrischer longitudinaler Beziehung mit den in Abständen angeordneten aktiven Detektorteilen jedes aufeinanderfolgenden Detektors liegen und am Ende der Anordnung aufhören. In diesem Patent wird erläutert, daß die Verlängerungen mit geringer Neutronenabsorption Verlängerungen der leitfähigen Mäntel der Detektoren darstellen, wobei Isoliervorrichtungen den Raum aus­ füllen, der von den Mänteln definiert ist, die an ihren Enden abgedichtet sind, so daß die Verlängerungen mit geringer Neutronenabsorption Seite an Seite mit den Kabelzuführungen und den in einem Abstand angeordneten aktiven Detektorteilen verlaufen, und zwar so, daß bei jedem aktiven Detektorteil die lokalen Störfaktoren gleichförmig sind, und zwar aufgrund der gleichförmigen mechanischen Strukturen und Materialien, die symmetrisch bei jedem aktiven Detektorteil vorliegen.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 4 wird die schraubenförmig gewickelte Anordnung mit relativ kurzer Steigung für den im Reaktorkern liegenden Teil 40 für die operativen Elemente (Detektoren mit eigener Ener­ gieversorgung und Thermoelemente) über die Länge des im Reaktorkern liegenden Teils 40 verwendet. In dem Beispiel sind 24 der insgesamt 35 Elemente operative Elemente und stellen die einzigen Elemente dar, die sich in longitudi­ naler Richtung durch den im Reaktorkern liegenden Teil der Fingerhutanordnung erstrecken. Eine beliebige Anzahl von Elementen kann im wesentlichen den gesamten ringför­ migen Raum 30 a in Form einer engen schraubenförmigen Wicklung ausfüllen. Aus praktischen Gründen ist es jedoch bevorzugt, im Teil 42, der außerhalb des Reaktorkerns liegt, eine sehr viel größere Steigung zu verwenden. Das erfordert, daß die nicht operativen Elemente 38 beginnend im Übergangsgebiet 44 zwischen die operativen Elemente geschoben werden müssen; in diesem Übergangsgebiet 44 liegen die entfernten Enden der nicht operativen Ele­ mente 38.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 kann es auch abhängig von der Konfiguration am Ende des äußeren Gehäuses 26 a der Fingerhutanordnung und der Kalibrationsröhre 28 a wünschenswert sein, ein Füllmaterial oder Element 46 vorzusehen, um eine ausreichende Stütze gegen einen Druckbruch am Ende der Fingerhutanordnung zu gewähr­ leisten.

Fig. 4 zeigt auch ein bewegliches Detektorelement 48 mit einer Kugelnase, das durch die Kalibrationsröhre 28 a geführt werden kann, um den Neutronfluß abzutasten; das Detektorelement ist an das Antriebskabel 50 angeschweißt oder auf andere geeignete Weise befestigt.

Die ungefähren Abmessungen einer geeigneten Fingerhut­ anordnung zur Durchführung der Erfindung sind: eine Gehäuseröhre 26 a mit einem maximalen Außendurchmesser von 0,0084 m und einem minimalen Innendurchmesser von 0,0075 m, und eine Kalibrationsröhre 28 a mit einem Innendurchmesser von 0,0053 m oder geringfügig größer.

Die nicht operativen Elemente 38 a mit Außendurchmessern von 0,0006 m enthalten eine mineralische Isolierung, die stark verdichtet ist, beispielsweise auf ein Zwanzigstel ihres ursprünglichen Volumens, damit sich eine ausreichende Stützfunktion ergibt, die es der inneren Kalibrationsröhre und der äußeren Gehäuseröhre erlaubt, zusammen zur Druckfestigkeit beizutragen.

Claims (6)

1. Detektoranordnung für den Kern eines Kernreaktors, wobei die Detektoranordnung einen im Reaktorkern lie­ genden Teil (40) und einen außerhalb des Reaktorkerns liegenden Teil (42) aufweist, sowie eine langgestreckte äußere hohle Gehäuseröhre (26) und eine dazu konzentrisch angeordnete innere hohle Kalibrationsröhre (28), zwischen denen ein ringförmiger Raum (30) vorhanden ist, und eine Vielzahl von diskreten kreis- und stabförmigen Elementen (34, 36), die durch den ringförmigen Raum verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elemente (34, 36) den gesamten ringförmigen Raum des im Reaktorkern gelegenen und des außerhalb des Reak­ torkerns gelegenen Teils ohne wesentliche Lücken aus­ füllen;
daß jedes Element mindestens einen äußeren Mantel auf­ weist und im Innern eine Füllung aus einem hochverdich­ teten mineralischen Isolierstoff enthält, der sich über die gesamte Länge des Elements erstreckt;
daß eine Anzahl der Elemente weiter Mittelleitungen auf­ weist, die mit Fühlvorrichtungen für Umgebungsbedingun­ gen in dem Teil der Anordnung verbunden sind, der sich im Reaktorkern befindet; und
daß die Wanddicke der Gehäuseröhre und die Wanddicke der Kalibrationsröhre zusammen mit dem Durchmesser der Elemente eine Gesamtdicke ergeben, die ausreicht, um die Druckfestigkeit bei normalen im Reaktorkern herrschenden Bedingungen zu erfüllen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Gehäuseröhre so gewählt ist, daß die Röhre in eine Führungsröhre des Reaktor­ kerns eingeführt werden kann, deren Innendurchmesser ungefähr 0,0102 m beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innendurchmesser der Kalibrations­ röhre groß genug ist, um einen beweglichen Detektor aufzunehmen, dessen Außendurchmesser ungefähr 0,0048 m beträgt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die auf Umgebungsbedingungen ansprechenden Fühlelemente Thermoelemente und/oder Detektoren mit eigener Energieversorgung aufweisen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die auf Umgebungsbe­ dingungen ansprechenden Fühlelemente im wesentlichen von einem Ende zum andern der Anordnung erstrecken und über eine wesentliche Strecke des im Reaktorkern gelegenen Teils schraubenförmig mit relativ kleiner Steigung gewickelt sind und nach einem Übergangsge­ biet (44) über die verbleibende Länge der Anordnung mit einer beträchtlich größeren Steigung; und daß die übrigen Elemente (38) andere als die auf Um­ gebungseinflüsse ansprechenden Fühlelemente sind und sich im allgemeinen vom Übergangsgebiet durch den außerhalb des Reaktorkerns gelegenen Teils erstrecken, wobei sie zwischen den auf Umgebungsbedingungen an­ sprechenden Fühlelementen angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gehäuseröhre einen Außendurchmesser von weniger als ungefähr 0,0084 m aufweist.