DE3803919A1 - Vorrichtung zur entnahme von kuehlmittelproben aus einem kernreaktorbehaelter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Das Kühlmittel flüssigkeitsgekühlter, insbesondere flüssigmetallgekühlter Kernreaktoren muß häufig chemisch analysiert werden, da seine Zusammensetzung Aufschluß über sich anbahnende oder schon eingetretene Schäden geben kann; so z. B. deutet das Vorhandensein bestimmter, durch den Spaltprozeß in den Brennelementen gebildeter Stoffe auf das Vorhandensein von Lecks in den Brennelementhüllrohren. Wegen der hauptsächlich auf die hohe Temperatur (ca. 550°C bei natriumgekühlten Reaktoren) und die starke Radioaktivität zurückzuführenden Schwierigkeiten bei der Gewinnung und Handhabung der Proben sind bislang Vorrichtungen bevorzugt worden, bei denen die Kühlmittelproben aus einem abgezweigten Teilstrom des Kühlmittelkreislaufes gewonnen wurden. Eine für diesen Zweck geeignete Vorrichtung hat die Anmelderin in der DE-C-24 43 559 beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die so gewonnenen Proben wegen der dann auf sie einwirkenden besonderen Strömungs- und Temperaturverhältnisse nicht unbedingt repräsentativ für das gesamte in der Anlage vorhandene Kühlmittelinventar sind. Es ist daher bei dem bekannten französischen schnellen Brutreaktor "Phenix" versucht worden, Proben aus dem Bereich unmittelbar oberhalb des Reaktorcores zu gewinnen, wozu ein in einer Durchführung im Reaktordrehdeckel verschiebbarer Stab mit einem an seinem unteren Ende befestigten Entnahmegefäß vorübergehend in das Kühlmittel eingetaucht wird. Diese Vorrichtung muß während des gesamten Entnahmevorganges unter Beachtung einer Vielzahl von Vorsichtsmaßnahmen gesteuert werden und ist verhältnismäßig kompliziert. Es sind auch Vorschläge bekannt geworden, die Probenentnahmebehälter mittels einer Seilwinde in das Kühlmittel einzutauchen und danach wieder herauszuziehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung einer Vorrichtung der zuletzt beschriebenen Art dahingehend, daß sie mit einem einfachen, sicheren Antrieb versehen wird, der weitgehend unbeaufsichtigt in Gang gesetzt werden kann und gegen Fehlfunktionen weitestgehend abgesichert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebene Merkmal. Ein bislang für diese Zwecke durchweg vorgesehener Elektroantrieb bedeutet durch die Notwendigkeit, Schleppleitungen usw. vorzusehen für Vorrichtungen, die wie die hier ins Auge gefaßte an eine zu diesem Zweck vorgesehene Öffnung im Drehdeckel des Reaktors angeschlossen werden eine zusätzliche Komplikation, während das zum Antrieb der Antriebsmaschine erforderliche Gas aus Druckbehältern entnommen werden kann, die unmittelbar an der Vorrichtung befestigt mitgeführt werden können. Eine mit einer solchen Arbeitsmaschine betriebene Seilwinde braucht darüber hinaus keinen (möglicherweise ausfallgefährdeten) Endschalter, da bei versehentlich weiterströmendem Antriebsgas der Antrieb keinen gefährlichen Belastungen ausgesetzt ist (anders als beispielsweise ein Elektromotor, dessen Wicklung durchbrennen könnte, wenn sie bei behinderter Drehbewegung weiter unter Spannung steht). Zugleich dient der Strom des Gases der Abkühlung der gezogenen Proben und der Spülung des Behälters, in den diese gezogen wurden; dieser Behälter ist zweckmäßigerweise zugleich als Transportbehälter ausgestaltet, so daß eine weitere Manipulation der Proben bis zu ihrer Analyse nicht mehr erforderlich ist.

Wie im 2. Anspruch vorgeschlagen, wird als gasgetriebene Arbeitsmaschine vorzugsweise eine Turbine verwendet. Diese ist besonders einfach im Aufbau und liefert von vornherein eine Drehbewegung, die in einfacher Weise auf die Seilwinde übertragen werden kann.

Insbesondere bei flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren ist die Kühlmitteloberfläche mit einem Schutzgas abgedeckt, üblicherweise mit Argon. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem 3. Anspruch dient eben dieses Schutzgas als Antriebsmittel für die Arbeitsmaschine. Das ohnehin vorhandene Schutzgas braucht dann nur noch auf einen Druck komprimiert werden, wie er zum Antrieb der Arbeitsmaschine erforderlich ist. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich, daß die Seilwinde, die zweckmäßigerweise in einem Raum untergebracht ist, der Teil des Transportbehälters ist, durch den Überdruck des Antriebsgases sicher gegen eine Kontamination durch das Schutzgas im Reaktor geschützt ist. Der Druckanstieg im Reaktorplenum, der durch das Einströmen des unter Überdruck stehenden Gases aus dem Antriebsmaschinen- und Transportbehälter erfolgt ist nur gering und wird ohne weiteres durch das Schutzgasregelsystem beherrscht.

Im 4. Anspruch wird vorgeschlagen, zwischen der Arbeitsmaschine und der Seilwinde (zwischen denen ohnehin ein Untersetzungsgetriebe angeordnet werden muß) ein Getriebeglied selbsthemmend auszuführen. Dadurch wird sichergestellt, daß die Seilwinde nur durch Gasaufgabe auf die Arbeitsmaschine in Gang gesetzt werden kann, nicht jedoch etwa unter dem Einfluß der an ihr hängenden Last.

In spezieller Ausgestaltung dieses Gedankens dient als selbsthemmendes Getriebeglied ein Schneckentrieb.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung wird im 6. Anspruch vorgeschlagen, daß die Seilwinde sowohl für den Fier- als auch den Hubvorgang im gleichen Drehsinn betreibbar ist. Bei gleichbleibendem Drehsinn der Seiltrommel wickelt sich das Seil zunächst auf seine volle Länge ab (wodurch nicht nur eine maximale Eintauchtiefe der Entnahmegefäße vorgegeben ist, sondern zugleich auch sichergestellt wird, daß diese Tiefe in jedem Fall erreicht wird). Danach wickelt sich das Seil in umgekehrtem Sinn wieder auf die Trommel auf, bis der obere Anschlag erreicht ist. Eine erneute versehentliche Ingangsetzung der Vorrichtung ist dann nicht möglich, da dazu erst das Seil wieder in seine ursprüngliche Wickelrichtung auf die Trommel gebracht werden muß, was zweckmäßigerweise erst nach Entnahme der Proben aus dem Transportbehälter erfolgt.

Zweckmäßigerweise werden in einem Arbeitsgang mehrere Entnahmegefäße in das Kühlmittel abgesenkt und mit diesem gefüllt; dazu werden die Gefäße in eine Halterung eingesetzt. Um ein Aufschwimmen der Halterung beim Eintauchen in das Kühlmittel zu verhindern, wird sie zweckmäßigerweise so beschwert, daß die Auftriebskräfte im Verhältnis vernachlässigbar klein werden. Das so unterhalb der Halterung angebrachte Gewicht besteht zweckmäßigerweise aus Blei, dessen gute Eigenschaften zur Strahlenabschirmung bekannt sind. Daher wird im 7. Anspruch vorgeschlagen, das Gewicht zugleich als Stopfen zum Verschluß des Transportbehälters auszugestalten, so daß nach dem Aufziehen der Proben der Transportbehälter selbsttätig strahlendicht verschlossen ist und ohne weiteres vom Reaktordeckel abgekoppelt werden kann. Der Schmelzpunkt von Blei liegt jedoch unterhalb der Temperatur, bei der üblicherweise flüssigmetallgekühlte Kernreaktoren betrieben werden. Im 8. Anspruch wird daher vorgeschlagen, den Stopfen als Stahlbehälter mit Bleifüllung auszugestalten. Ein vorübergehendes Schmelzen der Bleifüllung beim Eintauchen in das Reaktorkühlmittel ist dann unerheblich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung im Längsaxialschnitt und

Fig. 2 den eigentlichen Antrieb aus einer um 90° gedrehten Richtung.

Der Behälter eines Kernreaktors von dem hier nur ein Teil eines Reaktordeckels 1 gezeigt ist, ist bis zu einem Spiegel 2 mit einem flüssigen Kühlmittel, z. B. flüssigem Natrium gefüllt. In dem drehbaren Reaktordeckel 1 ist eine Öffnung 3 angelegt, die vielfältigen Zwecken dienen kann und bei Nichtgebrauch durch einen ersten Absperrschieber 4 verschlossen wird, der in einem über den Drehdeckel hinausragenden Stutzen 5 angebracht ist, der in einem Flansch 6 endet. Am Flansch 6 kann bei Bedarf durch Schrauben 7 gesichert die erfindungsgemäße Vorrichtung befestigt werden, die aus einem Behälter 8 besteht, dessen Wand nach Dicke und Werkstoff die Gewähr bietet, daß von radioaktivem Material in seinem Inneren ausgehende Strahlung ausreichend abgeschirmt wird. An ihrer Unterseite ist die Vorrichtung mit einem zweiten Absperrschieber 9 versehen. Eine im Behälter 8 angebrachte Öffnung ist in der mit A bezeichneten Position mittels eines Abschirmstopfens 10 verschließbar, der in der gezeichneten Stellung die Integrität der Strahlenabschirmung gewährleistet, andererseits aber ein Gewicht aufweist, das dazu ausreicht, um die Auftriebskräfte zu überwinden, die auf eine Halterung 11 einwirken, wenn diese in das Kühlmittel 2 eintaucht. In der Lage 11 B werden in die Halterung 11 eingesetzte Tiegel 12 mit dem Reaktorkühlmittel gefüllt. Wird die Halterung 11 wieder nach oben gezogen, führt dies zu einem Spülvorgang der Tiegel 12, durch den Ablagerungen entfernt werden und sichergestellt ist, daß die gezogenen Proben für die Gesamtheit des Kühlmittels 2 repräsentativ sind. Muß mit starken Turbulenzen des Kühlmittels gerechnet werden, empfiehlt es sich, Stopfen 10 und Halterung 11 in einem bis unter den Kühlmittelspiegel 2 reichenden, mit Durchflußöffnungen 14 versehenen Rohr 13 zu führen.

Stopfen 10 und Halterung 11 hängen an einem Seil 15, das von einer Seiltrommel 16 ab- und anschließend wieder aufgewickelt wird. Der Richtungswechsel der Bewegung erfolgt selbsttätig, indem der durch den Pfeil angedeutete Drehsinn der Seiltrommel beibehalten wird, so daß sich das Seil 15, das die Trommel 16 zunächst im Gegenuhrzeigersinn umschlungen hat ganz abwickelt und anschließend diese im Uhrzeigersinn neu umschlingt. Angetrieben wird die Seiltrommel 16 von einer Turbine 17, die mit unter Druck stehendem Argon aus einem Speicher 18 beaufschlagt wird, das durch eine mittels eines Ventils 19 absperrbare Leitung 20 der Turbine 17 zugeführt wird. Die in Drehung versetzte Turbine 17 treibt über eine Schnecke 21 ein mit der Seiltrommel 16 koaxiales Zahnrad 22. Dieses selbsthemmende Getriebe verhindert, daß sich das Seil 15 bereits unter der Wirkung des Gewichtes des Stopfens 10 abwickelt. Dies kann vielmehr nur geschehen, wenn die Turbine 17 durch Offnen des Ventils 19 mit Druckgas versorgt wird. Sind Stopfen 10 und Halterung 11 wieder in ihre Endlage hochgezogen worden, wird die weitere Bewegung der Turbine 17 blockiert. Ein versehentliches Weiterströmen des Antriebsgases ist unschädlich, da der Überdruck nicht in der Lage ist, etwa die Schaufeln der Turbine zu beschädigen. Lediglich dem Seil 15 wird eine zusätzliche Spannung mitgeteilt. Aus dem Inneren des Behälters 8 strömt das für Antriebszwecke verbrauchte Druckgas in den Zwischenraum zwischen Reaktordeckel 1 und Kühlmittelspiegel 2, der ohnehin ebenfalls mit Argon gefüllt ist. Ein Übertritt des letzteren, das mit radioaktiven Aerosolen belastet sein kann, in den Behälter 8 wird so mit Sicherheit vermieden. Zugleich dient der Gasstrom der Kühlung der Tiegel 12 bzw. ihres Inhaltes, so daß dieser möglichst bald eine den Transport und die Analyse erlaubende Temperatur erreicht. Hierzu werden die Absperrschieber 4, 9 geschlossen und die Flanschschrauben 7 gelöst. Nach der Entnahme der Tiegel 12 kann der Behälter 8 geöffnet werden (dank des gegenüber dem Reaktorplenum gehaltenen Überdruckes ist keine radioaktive Verunreinigung erfolgt) und das Seil 15 kann wieder in der ursprünglichen Richtung auf die Trommel 16 aufgewickelt werden, um die Vorrichtung erneut funktionsfähig zu machen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Entnahme von Kühlmittelproben aus einem flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor (1) mittels in das Kühlmittel (2) eintauchender, durch eine Seilwinde (15, 16) über die Kühlmitteloberfläche und durch eine Schleuseinrichtung (4, 9) in einen an diese ankoppelbaren, transportablen Behälter (8) anhebbarer Gefäße (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Seilwinde (16) durch eine mit Druckgas (18) beaufschlagte Arbeitsmaschine (17) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschine eine Turbine (17) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für Kernreaktoren, deren Kühlmitteloberfläche (2) mit einem Schutzgas abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel (18) für die Arbeitsmaschine (17) dieses Schutzgas dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Arbeitsmaschine (17) und Seilwinde (16) ein selbsthemmendes Getriebeglied (21, 22) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als selbsthemmendes Getriebeglied ein Schneckentrieb (21, 22) dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilwinde (16) sowohl für die Fier- als auch den Hubvorgang im gleichen Drehsinn betreibbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (12) in einer Halterung (11) angeordnet sind, unter der ein Stopfen (10) zum Verschluß des Transportbehälters (8) angebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (10) als Stahlbehälter mit Bleifüllung ausgestaltet ist.