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Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Unversehrtheit
eines Steuerstab-Materials in einer Nuklearanlage, die einen Reaktorbehälter umfasst
sowie einen Reaktorkern, der in dem Reaktorbehälter eingeschlossen ist und
der aus einer Anzahl nuklearer Brennstoff-Elemente und aus einer
Anzahl von Hüll-Elementen gebildet
ist, in denen dieses Steuerstab-Material eingeschlossen ist, und
die in den Reaktorkern eingeführt
und aus ihm herausgezogen werden können, und die einen Kreislauf
umfasst, der so angeordnet ist, dass er das Fließen einer Flüssigkeit
durch den Reaktorkern und durch ein äußeres Leitungssystem ermöglicht.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Bewertung der Unversehrtheit
von Steuerstab-Material
in einer Nuklearanlage, die einen Reaktorbehälter umfasst sowie einen Reaktorkern,
der im Reaktorbehälter
eingeschlossen ist und aus einer Anzahl von nuklearen Brennstoff-Elementen
und einer Anzahl von Hüll-Elementen
gebildet ist, in denen dieses Steuerstab-Material eingeschlossen
ist, und die in den Reaktorkern eingeführt und aus ihm herausgezogen werden
können,
und die einen Kreislauf umfasst, der so angeordnet ist, dass er
das Fließen
einer Flüssigkeit
durch den Reaktorkern und durch ein äußeres Leitungssystem erlaubt.
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In
solchen Nuklearanlagen ist die Verwendung von Borcarbid als Steuerstab-Material
in sogenannten Steuerstäben
bekannt. Jeder Steuerstab besteht aus einem oder mehreren Druckbehältern, die eine
festgelegte Menge Borcarbid enthalten. Ein bekannter Steuerstab
ist mit vier Längsflügeln konzipiert,
die, in einem Querschnitt durch den Steuerstab gesehen, ein Kreuz
bilden. Jeder Flügel
umschließt einen
Hohlraum und bildet somit einen separaten Druckbehälter.
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Die
Steuerstäbe
können
in den Reaktorkern eingeführt
und aus ihm herausgezogen werden, um die Kernreaktion im nuklearen
Brennstoff zu steuern und auf diese Weise die Leistung der Anlage
zu steuern. Das Borcarbid hat die Fähigkeit, Neutronen zu absorbieren,
wodurch die Kernreaktion reduziert wird, wenn ein Steuerstab in
den Reaktorkern eingeführt
wird, da die Anzahl der freien Neutronen abnimmt.
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Man
kann zwischen Regelstäben
zum Steuern der Kernreaktion während
des Betriebs und Abschaltstäben
unterscheiden. Letztere sind während des
Betriebs einer Nuklearanlage aus dem Reaktorkern vollständig herausgezogen
und dienen nur dazu, in den Kern eingeführt zu werden, wenn der Betrieb
der Anlage unterbrochen werden soll. In diesem Zusammenhang ist
festzustellen, dass es auch möglich
ist, Abschaltstäbe
als Regelstäbe
einzusetzen und umgekehrt.
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Während des
Betriebs der Anlage werden Neutronen freigesetzt, die vom Borcarbid
eingefangen werden, wie oben erwähnt
wurde. Im Borcarbid findet dann eine Kernreaktion statt, wobei Tritium
und Helium gebildet werden. Das aktive Bor (B-10-Isotope) wird bei
der Bildung der Reaktionsprodukte verbraucht. Helium wird in einer
wesentlich größeren Menge,
annähernd
um einen Faktor 105, als Tritium gebildet.
Das gebildete Tritium und ein Teil des Heliums werden im Borcarbid
gelöst.
Das Helium wird jedoch vom Borcarbid auch freigesetzt und bildet
ein Gas in dem oben erwähnten
Hohlraum im Regelstab. Diese Gasbildung führt zu einem Druckanstieg im Steuerstab.
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Die
Hüll-Elemente
der Steuerstäbe
können aus
einer Stahllegierung hergestellt sein. Defekte an den Hüll-Elementen
können
aus mehreren Gründen auftreten,
zum Beispiel aufgrund von mechanischem Verschleiß, Materialdefekten, usw. Ein
solcher Defekt kann zur Bildung eines Lochs im Hüll-Element führen, durch
das das gasförmige
Helium im Steuerstab in den Reaktorkern hinausgedrückt werden
kann und durch das das im Reaktorbehälter vorhandene Wasser in den
Steuerstab eindringen kann. Wenn die Reaktionsprodukte des verbrauchten
Bors mit Wasser in Kontakt kommen, werden das in der Borcarbid-Struktur
gelöste
Helium und Tritium freigesetzt und nach einer Zeitdauer kann demnach
Tritium das Wasser im Reaktorbehälter
zusammen mit dem freigesetzten Helium erreichen. Wenn der Defekt
ernst ist, wird auch Bor freigesetzt und ein sogenanntes Auswaschen
kann auftreten, das heißt,
Borcarbid wird aus dem Steuerstab ausgewaschen.
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Natürlich ist
es wünschenswert,
Defekte an den Steuerstäben
zu vermeiden und Steuerstäbe, die
einen Defekt aufweisen, zu ersetzen. Ein Defekt am Steuerstab kann
zu eingeschränkten
Möglichkeiten
der Steuerung der Anlage führen,
da sich die Fähigkeit
verschlechtert, Neutronen zu absorbieren. Außerdem kann ein Defekt am Steuerstab
zu einer Verformung des Hüll-Elements
führen,
was die Manövrierbarkeit
des Steuerstabes in den Reaktorkern hinein beziehungsweise heraus
unmöglich
macht.
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WO
99/27541 offenbart eine Einrichtung zur Bewertung der Unversehrtheit
von Brennstoff-Stäben in
einer Nuklearanlage. Die Bewertung erfolgt mittels kontinuierlicher
Messungen der Aktivität
in den Abgasen und im Reaktorwasser.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Anzahl der notwendigen Überprüfungen der Steuerstäbe in einer
Nuklearanlage zu reduzieren. Genauer gesagt, besteht das Ziel in
der Verbesserung der Möglichkeiten,
die Unversehrtheit der Steuerstäbe
zu überwachen.
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Dieses
Ziel wird durch das eingangs definierte Verfahren erreicht, das
durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Bestimmung des
Wertes mindestens eines Betriebsparameters bezüglich der Flüssigkeit,
Standardisierung
des Wertes des primären
Parameters im Hinblick auf den Wert des Betriebsparameters,
Analyse
des standardisierten Wertes des primären Parameters, und
Bewertung
der Unversehrtheit des Steuerstab-Materials auf Basis dieser Analyse.
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Mit
Hilfe eines solchen Verfahrens ist es möglich, die Steuerstäbe in einem
Reaktorbehälter im
wesentlichen kontinuierlich zu überwachen
und festzustellen, ob an einem der Steuerstäbe ein Defekt vorhanden ist.
Aufgrund der Standardisierung der Konzentration der freigesetzten
Substanz ist es auch möglich,
eine Bewertung der Größe des Defekts
vorzunehmen, da diese Größe mit der
Menge der freigesetzten Substanz zusammenhängt. Durch die Beobachtung,
wann die Konzentration der Substanz ansteigt, kann auch festgestellt
werden, wann ein Defekt auftritt. Auf diese Weise ermöglicht das Verfahren
auch eine Abschätzung,
wie viele defekte Steuerstäbe
und Steuerstab-Flügel im Reaktorkern vorhanden
sind. Die Analyse kann durchgeführt
werden durch Messen der Konzentration vieler verschiedener Substanzen,
zum Beispiel Tritium, Helium, Lithium, Bor usw. Die Analyse kann
demnach durchgeführt
werden durch eine Überwachung
irgendeiner der freigesetzten Substanzen, wenn das Steuerstab-Material
mit der durch den Reaktorkern fließenden Flüssigkeit in Kontakt kommt.
Es ist jedoch wichtig, das Tritium, das über das Verdünnungs-Speisewasser
wieder in die Reaktion zurückgeführt wird,
zu berücksichtigen
und entsprechend zu korrigieren. Deshalb ist es vorteilhaft, auch
den Tritium-Gehalt des Verdünnungs-Speisewassers
und die Durchflussmenge des Verdünnungs-Speisewassers
zu messen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst dieser primäre Parameter einen ersten Parameter,
der die Konzentration von Tritium in der Flüssigkeit beinhaltet. Tritium
wird im Borcarbid gebildet, das als Steuerstab-Material verwendet
werden kann, wenn das Borcarbid der Neutronenbestrahlung unterworfen
wird. Solange das Hüll-Element unversehrt
ist, bleibt das gebildete Tritium im Hüll-Element eingeschlossen.
Wenn jedoch ein Defekt am Hüll-Element
auftritt, gelangt das Tritium in das Reaktorwasser, und durch Messen
der Tritiumkonzentration im Reaktorwasser wird folglich ein Defekt
am Hüll-Element
des Steuerstab-Materials festgestellt.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst dieser primäre Parameter einen ersten primären Parameter,
der die Konzentration von Tritium in der Flüssigkeit beinhaltet. Hier ist
zu bemerken, dass die Brennstoffstäbe wesentlich geringere Mengen
an Tritium erzeugen, wenn sie der Neutronenbestrahlung unterliegen,
als das in den Hüll-Elementen
eingeschlossene Steuerstab-Material.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung schließt
die Flüssigkeit
das zum Reaktorbehälter
geleitete Speisewasser ein, wobei die erwähnte Bestimmung durch Messung
am Speisewasser stattfindet. Durch eine solche Messung der Tritiumkonzentration
am Speisewasser wird ein korrektes Ergebnis erzielt, da das Wasser
zu diesem Zeitpunkt einmal destilliert worden ist. Gemäß einer
alternativen oder zusätzlichen
Ausführung
der Erfindung schließt
die Flüssigkeit
das im Reaktorbehälter
vorhandene Reaktorwasser ein, wobei die Bestimmung durch Messung
am Reaktorwasser erfolgt. Vorteilhafterweise kann diese Messung
stattfinden, nachdem die Flüssigkeit
durch einen Ionenaustauscher gelaufen ist. Außerdem kann diese Messung stattfinden, nachdem
die Flüssigkeit
durch einen Partikelfilter gelaufen ist. Es ist auch vorteilhaft, diese
Messung durchzuführen,
nachdem die Flüssigkeit
durch einen Verzögerungskreislauf
gelaufen ist.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst der primäre
Parameter einen zweiten primären
Parameter, der die Konzentration von Helium in einem aus dieser
Flüssigkeit
austretenden Gasstrom beinhaltet. Wenn das Steuerstab-Material in
Form von Borcarbid einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt wird, wird
auch Helium erzeugt. Helium wird dann im Borcarbid gebunden, kann
aber auch im Hüll-Element
als freies Gas vorhanden sein. Wenn ein Defekt auftritt, wird dieses
freie Gas sehr schnell aus dem Hüll-Element
ausgepresst, und folglich erscheint im wesentlichen sofort ein Spitzenwert für die Heliumkonzentration
im Gasstrom. Das in dem Steuerstab-Material gebundene Helium wird anschließend mit
geringerer Geschwindigkeit freigesetzt und führt zu einem erhöhten Heliumwert
in den Abgasen. Auch ein defekter Brennstoffstab kann das Freisetzen
von Helium verursachen. Im Kernbrennstoff sind jedoch keine so großen Mengen
Helium gebunden und daher tritt nach dem anfänglichen Spitzenwert kein langsames
Freisetzen von Helium auf. Auf diese Weise ist es möglich, ein
defektes Hüll-Element
für das
Steuerstab-Material von einem Brennstoff-Defekt zu unterscheiden. Wenn ein Brennstoff-Defekt
auftritt, werden auch radioaktive Inert-Gase freigesetzt. Werden
diese gleichzeitig gemessen, zum Beispiel durch die in WO99/27541
beschriebene Einrichtung, können
Defekte der Brennstoffstäbe
von den Defekten an den Steuerstäben
unterschieden werden.
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Durch
Bestimmung sowohl der Tritiumkonzentration in der Flüssigkeit
als auch der Heliumkonzentration im Gasstrom wird ein sehr verläßliches
Instrument gewonnen, um einen Defekt an einem Hüll-Element für Steuerstab-Material
zu detektieren.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt, einen Referenzwert
für den
primären
Parameter zu bestimmen. Wie oben erwähnt, wird Tritium auch vom Brennstoff
erzeugt, wenn dieser einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt wird.
Eine weitere Quelle für das
Auftreten von Tritium in einem Reaktor sind Reaktionen im Reaktorwasser
und in dem Lithium, das in einem Reaktorbehälter in Form von Verunreinigungen
vorhanden sein kann. Darüber
hinaus kann Tritium während
eines relativ langen Zeitraums in der Flüssigkeit oder dem Reaktorwasser
vorhanden sein infolge des Auftretens früherer Defekte, die bereits detektiert und
an den Hüll-Elementen
für das
Steuerstab-Material festgestellt wurden. Folglich gibt es unter
normalen Betriebsbedingungen immer einen gewissen Tritiumgehalt
in der Flüssigkeit.
Daher ist es vorteilhaft, diesen Gehalt durch Messungen zu bestimmen
und ihn als Referenzwert zu nehmen, von dem aus die oben erwähnten Bestimmungen
durchgeführt
werden können.
Ein solcher Referenzwert kann vorteilhafterweise auch für andere
Substanzen, zum Beispiel Helium, bestimmt werden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung schließt
das Verfahren den nachfolgenden Schritt ein, Richtlinien für den fortlaufenden
Betrieb der Anlage im Hinblick auf die erwähnte Abschätzung zu bestimmen. Aufgrund
der durchgeführten
Bestimmungen kann man demnach die Größe eines detektierten Defekts
feststellen, sowie an welchem Hüll-Element
der Defekt aufgetreten ist, usw. Diese Kenntnisse sind wichtig für die Entscheidung,
ob die Anlage weiter betrieben werden soll oder ob der Betrieb unterbrochen
werden soll. Diese Kenntnisse können
auch dazu führen,
dass der Betrieb einer Anlage in geänderter Weise fortgeführt wird,
zum Beispiel mit einer geringeren Leistung in jenem Teil des Reaktorkerns,
in dem der Defekt aufgetreten ist. Entsprechend der Erfindung können solche
Richtlinien aufgrund der durchgeführten Abschätzung automatisch erstellt
werden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst das Verfahren den nachfolgenden Schritt, die
Anlage im Hinblick auf diese Richtlinien zu steuern. Es ist demnach
möglich,
die aufgestellten Richtlinien zu einer Steuereinheit zu übermitteln,
um auf diesem Weg die Anlage in Übereinstimmung
mit diesen Richtlinien automatisch zu steuern.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Bestimmung des Wertes des primären Parameters
im wesentlichen kontinuierlich während
des Betriebes der Anlage durchgeführt. Die Heliumkonzentration
im Gasstrom kann durch an sich bekannte Verfahren fortlaufend gemessen
werden. Durch eine solche im wesentlichen fortlaufende Messung ist
es auch möglich,
die Heliumkonzentrationen über
einen Zeitraum hinweg zu beobachten, und in dieser Weise können die
oben erwähnten
Spitzenwerte in zweckmäßiger Weise
erkannt werden. Die Tritiumkonzentration kann ebenfalls Gegenstand einer
im wesentlichen kontinuierlichen on-line Messung sein, die vorteilhafterweise
am Speisewasser durchgeführt
wird, wobei ein Teil des Flüssig keitsstroms
zu einer Messeinrichtung geleitet wird, um die Tritiumkonzentration
zu bestimmen. Von der Messeinrichtung kann dieser Teilstrom wieder
zu dem Hauptstrom der Flüssigkeit
zurückgeleitet
werden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst der Betriebsparameter einen ersten Betriebsparameter,
der bezogen ist auf eine Zuleitung von Flüssigkeit in den Kreislauf.
Der Austausch von Flüssigkeit
spielt natürlich
eine wichtige Rolle für
die Höhe
der Konzentration der betreffenden Substanz. Wenn der Austausch
groß ist,
erhält man
einen Wert der Konzentration, der niedriger ist als wenn der Austausch
gering gewesen wäre.
Die Anlage wird normalerweise mit Verdünnungs-Speisewasser versorgt
und demnach kann das Verfahren den weiteren Schritt umfassen, die
Zuführung
von Tritium über
das Verdünnungs-Speisewasser
durch Messung am Verdünnungs-Speisewasser
zu bestimmen. Vorteilhafterweise umfasst diese Bestimmung der Zuführung von
Tritium eine Messung des Volumens und des Durchflusses von Verdünnungs-Speisewasser.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst der Betriebsparameter einen zweiten Betriebsparameter,
der bezogen ist auf die von der Anlage erzeugte Leistung. Die Leistungserzeugung
ist auch wesentlich für
die Konzentration von beispielsweise Tritium und Helium, und zwar
sowohl unmittelbar als auch historisch gesehen.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung schließt
der Betriebsparameter einen dritten Betriebsparameter ein, der auf
den Gasstrom bezogen ist. Für
die Bestimmung von, beispielsweise, der Konzentration von Helium
im Gasstrom ist es von Vorteil, die Stärke des gesamten Gasstroms
zu berücksichtigen.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Analyse im Hinblick auf Stammdaten durchgeführt, die
diese Parameter betreffen. Wie oben erwähnt, beeinflusst die Leistung,
mit der die Anlage während
eines längeren
Zeitraums betrieben wird, die Konzentration der gemessenen Substanzen.
Solche Stammdaten können
aus einer Speichereinheit heruntergeladen werden, in der sie gespeichert
sind. Die Speichereinheit umfasst Betriebstatistiken und Defekt-Risiken
gemäß den betrieblichen Erfahrungen,
die gesammelt wurden, sowie einen berechneten Bestand von Helium und
Tritium in den Steuerstäben.
Wenn ein Defekt angezeigt worden ist, wird eine Aufstellung von
Prioritäten
für die
Inspektion während
der künftigen,
normalerweise jährlichen Stillegung
der Anlage aufgestellt. Die Aufstellung von Prioritäten basiert
auf der Reihenfolge der Betriebsparameter und auf der Betriebsgeschichte
und den Betriebserfahrungen mit den Steuerstäben. In der Speichereinheit
kann auch Information über
jedes einzelne Hüll-Element
für das
Steuerstab-Material gespeichert sein. Solche Daten können sich
auf das Alter des Hüll-Elements,
den Typ, den Hersteller, den geschätzten Abbrand des B-10 in jedem
Steuerstab sowie die zusammengefaßte Betriebsgeschichte jedes
einzelnen Steuerstabes, usw. beziehen. In der Speichereinheit kann
also Wissen über
die Hüll-Elemente,
die in dem Reaktorbehälter
vorhanden sind, aufgebaut werden und auf diese Weise kann die Analyse
mit der Zeit ausgebaut und noch ausgefeilter werden.
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Das
Ziel der Erfindung wird auch durch die zu Beginn definierte Einrichtung
erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einrichtung erste
Mittel umfasst zur Bestimmung des Wertes mindestens eines primären Parameters,
der die Konzentration einer Substanz beinhaltet, die während des
Betriebs der Nuklearanlage aus dem Steuerstab-Material in die Flüssigkeit abgegeben wird, sowie
zweite Mittel umfasst zur Bestimmung des Wertes mindestens eines
Betriebsparameters bezüglich
der Flüssigkeit, sowie
dritte Mittel umfasst zur Standardisierung des Wertes des primären Parameters
im Hinblick auf den Wert des Betriebsparameters, sowie vierte Mittel
umfasst zur Analyse des standardisierten Wertes des primären Parameters,
und fünfte
Mittel umfasst zur Bewertung der Unversehrtheit des Steuerstab-Materials
auf der Basis dieser Analyse.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Einrichtung sind in den abhängigen
Ansprüchen
23–30 beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die
vorliegende Erfindung soll nun genauer an einem Ausführungsbeispiel
erläutert
werden, das ausschließlich
als ein Beispiel beschrieben wird, und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung,
in der 1 schematisch eine Nuklearanlage mit einer Einrichtung
zur Bewertung der Unversehrtheit von Steuerstab-Material darstellt.
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Genaue Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels der
Erfindung
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1 zeigt
schematisch eine Nuklearanlage einschließlich eines Reaktors, der als
Reaktorbehälter 1 dargestellt
ist. Der dargestellte Reaktor ist ein sogenannter Siedewasseneaktor
(SWR). Im Reaktorbehälter 1 ist
ein Reaktorkern 2 eingeschlossen. Der Reaktorkern 2 umfasst
eine Anzahl von Kernbrennstoff-Elementen 3, die auf unterschiedliche
Art und Weise angeordnet sein können.
Zum Beispiel kann jedes der Kernbrennstoff-Elemente 3 eine
Anzahl von Kernbrennstoff-Gruppen enthalten, die ihrerseits eine
Anzahl von Brennstäben
umfassen, in denen der Kernbrennstoff in Form der sogenannten Brennstoff-Pellets
enthalten ist. Eine solche Anordnung der Kernbrennstoff-Elemente 3 ist
an sich bekannt. Der Reaktorkern 2 enthält auch eine Anzahl von Hüll-Elementen 4,
die ein Steuerstab-Material zum Steuern der Leistung des Reaktors
einschließen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
werden diese Hüll-Elemente
mit dem Steuerstab-Material Steuerstäbe 4 genannt, was
der konventionelle Name sein sollte. Diese Steuerstäbe 4 können in
verschiedener Weise konzipiert sein und bestehen zum Beispiel aus
vier Flügeln,
die, gesehen im Querschnitt entlang der Längsrichtung des Steuerstabes 4,
ein Kreuz bilden. In jedem Flügel
ist das Steuerstab-Material in im wesentlichen horizontalen Kanälen angeordnet
und die Kanäle
in jedem der Flügel sind
miteinander verbunden, so dass jeder Flügel einen geschlossenen Behälter bildet.
Die Steuerstäbe 4 sind
auch so konzipiert, dass diese geschlossenen Behälter hohem inneren und äußerem Druck
widerstehen können.
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Die
Steuerstäbe 4 können in
den Reaktorkern 2 eingeführt und aus ihm herausgezogen
werden mittels schematisch dargestellter Antriebsvorrichtungen 5.
Wie in 1 ersichtlich ist, können die Steuerstäbe 4 in
verschiedenen Positionen im Reaktorkern 2 angeordnet sein.
Die Steuerstäbe 4 können zwei
verschiedene Typen sein, ein erster Typ zum Steuern der Leistung
der Anlage und ein zweiter Typ, der vor allem dazu dient, in den
Reaktorkern 2 eingeführt
zu werden, wenn der Betrieb der Anlage unterbrochen werden soll,
sogenannte Abschaltstäbe 4.
In 1 werden vier Steuerstäbe 4 nur schematisch dargestellt
und zwischen verschiedenen Typen vorhandener Steuerstäbe wird
kein Unterschied gemacht. Festzustellen ist, dass die Anlage eine
große Anzahl
von Steuerstäben 4 enthalten
kann.
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Die
Anlage umfasst auch eine Dampfleitung 8, um den im Reaktorbehälter 1 erzeugten
Dampf zu einer Dampfturbine 9 zu leiten, die einen Generator 10 zur
Erzeugung von elektrischer Leistung antreibt. Von der Dampfturbine 9 wird
der Dampf zu einem Kondensator 11 transportiert, wo der
Dampf kondensiert wird. Der kondensierte Dampf wird als Speisewasser
zurückgeleitet
zum Reaktorbehälter 1 über eine
Speisewasserleitung 12 und durch eine Kondensat-Reinigungsanlage 13 (Kondensat-Auffrischanlage).
Frischwasser kann in diesen Kreislauf 1, 8, 9, 11 und 12 über eine
Leitung 4 für
Verdünnungs-Speisewasser
eingeleitet werden, die mit dem Kondensator 11 verbunden
ist. Während
der Kernreaktion werden auch Abgase gebildet. Diese werden aus dem
Reaktorbehälter 1 zusammen
mit dem Dampf abgeleitet und im Kondensator 11 getrennt. Die
abgetrennten Abgase werden über
eine Abgasleitung 15, ein Verzögerungssystem 16 und
einen Kamin 17 aus der Anlage befördert.
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Die
Anlage umfasst auch eine Reaktorwasserleitung 18, die es
ermöglicht,
dass das Reaktorwasser durch ein außenliegendes Leitungssystem, den
Reaktorbehälter 1 und
den Reaktorkern 2 fließt. Das
Reaktorwasser fließt
dann von einem tieferen Teil des Reaktorbehälters 1 über eine
Verzögerungsleitung 19 und
eine Reinigungseinrichtung 20 zu einer ersten Messeinrichtung 21 und
von dort zurück zum
Reaktorbehälter 1.
Die Reinigungseinrichtung 20 umfasst einen Ionenaustauscher
und einen Partikelfilter, um das Reaktorwasser zu reinigen und zu
filtern.
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Die
erste Messeinrichtung 21 ist vorgesehen, um die Konzentration
einer oder mehrerer Substanzen zu messen, die im Reaktorwasser vorhanden
sind und folglich durch die Reaktorwasserleitung 18 geleitet
werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist diese Substanz
Tritium. Ein Teil des Reaktorwasserstroms, der durch die Reaktorwasserleitung 18 fließt, wird
in diesem Fall zur ersten Messeinrichtung 21 geleitet,
in der die Messung der Konzentration vorgenommen wird. Liegt ein
annehmbares Messergebnis vor, wird das Reaktorwasser wieder zum
Reaktorbehälter 1 zurückgeleitet.
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Die
Einrichtung umfasst auch eine zweite Messeinrichtung 23,
die in der gleichen Weise funktioniert wie die erste Messeinrichtung 21 und
die vorgesehen ist, um die Konzentration von Tritium im Speisewasserstrom
zu messen. Ein Teil des Speisewassers wird durch einen Speisewasserkreislauf 24 von
der Speisewasserleitung 12 aus über eine Verzögerungsschleife 25 und
eine Reinigungseinrichtung 26 zur zweiten Messeinrichtung 23 geleitet
und von dort zurück
zur Speisewasserleitung 12. Die Reinigungseinrichtung 26 hat
einen Ionenaustauscher und einen Partikelfilter.
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Die
Einrichtung umfasst auch eine dritte Messeinrichtung 28,
die zum Messen der Konzentration einer Substanz in den Abgasen dient,
die die Anlage über
die Abgasleitung 15 verlassen. Ein Teil der Abgase wird über eine
Abgasleitung 29 zur dritten Messeinrichtung 28 geleitet
und von dort zurück
zur Abgasleitung 15. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird die Konzentration von Helium in den Abgasen gemessen. Diese
Messungen können on-line
und im wesentlichen fortlaufend durchgeführt werden mit Hilfe einer
an sich bekannten Messeinrichtung. Die Einrichtung hat auch einen
Durchfluss-Zähler 30,
der zum Messen des gesamten Abgasstroms durch die Abgasleitung 15 dient,
der die Anlage verläßt. Auf
diese Weise kann eine Korrektur des Durchflusses vorgenommen werden,
um einen korrekten Wert der Helium-Konzentration in den Abgasen zu erreichen.
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Die
Einrichtung umfasst auch eine vierte Messeinrichtung 33,
die an der Verdünnungsspeisewasser-Leitung 14 vorgesehen
ist und dazu dient, die Konzentration von Tritium im Verdünnungswasser-Durchfluss
zu messen. Außerdem
ist vorteilhafterweise eine fünfte
Messeinrichtung 34 vorgesehen, um das Volumen und den Durchfluss
des Verdünnungs-Speisewassers
zu messen. Um die Tritium-Menge im Reaktorkern 2 abzuschätzen, ist
es wichtig, das Tritium, das über
das Verdünnungs-Speisewasser
zum Reaktorbehälter 1 zurückgeleitet
wird, zu berücksichtigen
und entsprechend zu korrigieren.
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Außerdem umfasst
die Einrichtung eine schematisch dargestellte sechste Messeinrichtung 36,
mit der die von der Anlage erzeugte Leistung erfasst und gemessen
werden kann.
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Die
von den Messeinrichtungen 21, 23, 28, 30, 33, 36 erhaltenen
Werte werden zu einer Prozessoreinheit 41 geleitet, die
mit Hilfe eines Prozessor-Computers 42 und einer Speichereinheit 43 gebildet
werden kann und ein sogenanntes „professionelles" Analysehilfsmittel
sein kann. Die Prozessoreinheit 41 umfasst Mittel zur Standardisierung
der Werte, die im Hinblick auf die Konzentration von Tritium und
von Helium erhal ten wurden, und zwar in der Weise, dass vergleichbare
Konzentrationswerte erhalten werden. Die Standardisierung kann aufgrund
verschiedener Betriebsparameter erfolgen, zum Beispiel jener Betriebsparameter,
die von den beschriebenen Durchfluss-Zählern 30 und 34 und von
der sechsten Messeinrichtung 36 zum Messen der Leistung
erhalten werden. Die Standardisierung kann auch andere Betriebsparameter
berücksichtigen.
Die Prozessoreinheit 41 dient auch dazu, Referenzwerte
zu erzeugen, die Ausgangspunkte für die zu bestimmenden Substanz-Konzentrationen
bilden.
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Darüber hinaus
umfasst die Prozessoreinheit 41 Tools in der Form von Software
für die
Analyse der standardisierten Werte, die derart erhalten wurden,
dass die Unversehrtheit der Steuerstäbe bewertet werden kann. Mit
Hilfe dieser Analyse-Tools der Prozessoreinheit 41 kann
man demnach feststellen, ob einer oder mehrere Steuerstäbe 4 irgendeinen
Defekt aufweist, welche Größe der Defekt
gegebenenfalls hat und zu welchem Zeitpunkt der Defekt aufgetreten
ist.
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In
der Speichereinheit 43 kann eine Datenbank angelegt sein,
die Information bezüglich
aller Steuerstäbe 4 der
Anlage enthält.
Diese Information kann das Alter der verschiedenen Steuerstäbe 4 betreffen,
sowie den Hersteller, den Typ und Stammdaten bezüglich der Positionen der verschiedenen Steuerstäbe 4 im
Reaktorkern 2 während
verschiedener Betriebsperioden, und ob die Steuerstäbe 4 als Regelstäbe oder
als Abschaltstäbe
verwendet wurden. Aufgrund dieser Betriebsgeschichte kann der Bestand
an Helium und Tritium für
jeden Steuerstab berechnet werden. Darüber hinaus kann die Speichereinheit 43 so
angelegt sein, dass sie Stammdaten bezüglich der Abgabeleistung der
Anlage speichert, sowie den früher
gemessenen Gehalt an verschiedenen Substanzen wie Tritium, Helium
Lithium, Bor, Krypton, Xenon, usw. Festzustellen ist, dass die oben
erwähnte
Analyse natürlich
verbessert werden kann, wenn die Information, die in der Speichereinheit 43 gespeichert
werden kann, herangezogen wird. Diese Information kann im Laufe
der Zeit ausgebaut werden, das System ist folglich selbstlernend und
erlaubt mit wachsendem Umfang der Information in der Speichereinheit 43 eine
differenziertere und sicherere Analyse der Unversehrtheit der Steuerstäbe 4.
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Außerdem umfasst
die Anlage eine schematisch gezeigte Steuereinheit 45,
die das Hauptsteuersystem für
die Anlage darstellt. Mit einer solchen Steuereinheit 45 kann
die Abgabeleistung des Reaktors gesteuert werden und die Steuereinheit 45 ist zum Beispiel
vorgesehen, um die Steuerstäbe 4 mittels
der Antriebsvorrichtungen 5 zu positionieren. Die Prozessoreinheit 41 kann
dazu dienen, Richtlinien zu erstellen, die von der Analyse der Unversehrtheit
der verschiedenen Steuerstäbe 4 ausgehen,
und diese Richtlinien können
auf automatischem Wege an die Steuereinheit 45 übermittelt
werden, um auf die Steuerung der Anlage sowie auf die Überprüfung und eventuelle
Entfernung defekter Steuerstäbe 4 aus dem
Reaktorkern 2 Einfluss zu nehmen.
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Die
Einrichtung zur Bewertung der Unversehrtheit der Steuerstäbe entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise kombiniert werden
mit einer Einrichtung zur Bewertung der Unversehrtheit der Brennstoff-Elemente 3 in
der Nuklearanlage. Eine solche Einrichtung ist in dem oben erwähnten Dokument
WO99/27541 beschrieben. Durch die Kombination dieser zwei Einrichtungen, wobei
die Prozessoreinheit 41 ausgebaut werden kann, um die Analyse
durchzuführen
und die Richtlinien zu erstellen sowohl im Hinblick auf die Steuerstäbe 4 als
auch auf die Brennstoff-Elemente 3,
werden sehr günstige
Möglichkeiten
geschaffen für
die Überwachung
und Steuerung der Nuklearanlage im Hinblick auf möglicherweise
auftretende Defekte.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf das beschriebene Ausführungsbeispiel,
sondern kann im Rahmen der folgenden Patentansprüche variiert und modifiziert
werden.