-
Gebiet der Erfindung
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf ein System zum Identifizieren eines fehlerhaften
Brennstabes in einem Brennelement, wie es benutzt wird, an Ort und Stelle,
z.B. im Kern eines wassermoderierten Kernreaktors.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Der
Kern eines Kernreaktors umfasst eine Vielzahl von Kernbrennelementen,
wobei jedes Brennelement aus einer Vielzahl von Kernbrennstäben besteht.
Jeder Brennstab umfasst ein kreisförmiges zylindrisches Gehäuse, d.h.,
eine Umhüllung,
die an beiden Enden durch entsprechende Endstopfen abgedichtet ist.
Eine Vielzahl von Kernbrennstoff Pellets ist in einer vertikalen
Säule im
Inneren der Umhüllung
bis zu einer Höhe
gestapelt, die geringer ist als die Länge der Umhüllung, wodurch ein Raum oberhalb
der Brennstoffsäule
freigelassen ist. Eine Kompressionsfeder ist im Inneren dieses Raumes angeordnet,
um die Brennstoffpellets zum unteren Endstopfen des Brennstabes
hin vorzuspannen. Ein Getter zum Entfernen von Verunreinigungen
aus der inneren Atmosphäre
ist konventionellerweise innerhalb des freien Raumes installiert.
-
Die
Umhüllung
dient zwei Hauptzwecken: erstens verhindert die Umhüllung den
Kontakt und die chemische Reaktion zwischen dem Kernbrennstoff und
dem Kühlmittel/Moderator
und zweitens verhindert die Umhüllung
das Freisetzen radioaktiver Spaltprodukte, von denen einige Gase
sind, aus dem Brennstab in das Kühlmittel/den
Moderator. Ein Versagen der Umhüllung
aufgrund des Aufbaues eines Gasdruckes oder aus irgendeinem anderen
Grunde könnte
zur Kontamination des Kühlmittels/Moderators
und damit verbundener Systeme durch langlebige radioaktive Produkte
zu einem Grade führen,
der den Betrieb der Anlage beeinträchtigen würde.
-
Ein
konventionelle Technik zum Identifizieren fehlerhafter Brennelemente
in wassermoderierten Kernreaktoren ist als "Brennstoff-Absaugen" bekannt. Diese Technik identifiziert
undichte Brennstäbe
durch Aufnahme und Messen von Spaltgasen, die aus fehlerhaften Brennstäben durch
Lecks austreten. Ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung
zum Ausführen
des Brennstoff-Absaugens ist in der US-PS 4,034,599 offenbart, die
auf die vorliegende Anmelderin übertragen
ist und deren Offenbarung durch Bezugnahme hier aufgenommen wird.
Gemäß dieser
konventionellen Technik wird das Brennstoff Absaugen ausgeführt durch
Isolieren eines Brennelementes in einer Testkammer gereinigten Wassers. Die
Testkammer kann entweder im Reaktorkessel oder am Boden des Brennstoff
Beckens lokalisiert sein. Ein Brennelement oder ein Brennstab wird aus dem
Kern oder dem Brennstoff-Lagerregal entfernt und in einem geschlossenen
Behälter
angeordnet, der Hintergrund wird vermindert und eine Gasprobe, die
aus dem Brennelement oder -stab austritt, wird aus dem Absaug-Behälter entnommen.
Die Testkammer enthält
eine Absaugleitung nahe dem Oberteil und eine Gas-Sprühvorrichtung
am Boden. Luft wird durch die Gas-Sprühvorrichtung in die Testkammer eingeführt und
ersetzt einen Teil des Wassers oberhalb des Brennelementes. Dies
dient zur Bildung einer Lufttasche oberhalb des Brennelementes,
zur Verringerung des Druckes in der Testkammer und reinigt gleichzeitig
das das Brennelement umgebende Wasser von Spaltgasen, die aus den
fehlerhaften Brennelementen abgesaugt wurden. Die Aktivität der in
der Luft enthaltenen Spaltgase wird dann durch Hindurchführen der
Luft durch einen geeigneten Strahlungs-Monitor gemessen. In einer
zweiten Stufe des Verfahrens wird der Druck in der Testkammer weiter
bis zu einem Vakuum verringert, um die Abgabe von Spaltgasen zu
erhöhen.
In einer dritten Stufe des Verfahrens wird der Druck in der Testkammer
bei einem Vakuum gehalten und Gas, das aus der Lufttasche oberhalb
des Brennelementes zum Testen abgezogen wurde, wird zurückgeführt, um
kontinuierlich freigesetzte Spaltgase aus dem das Brennelement umgebenden
Wasser herauszuspülen.
Auf diese Weise werden Spülluft
und Spaltgas in der Lufttasche im Oberteil der Testkammer festgehalten
und über
eine Probenleitung zum Überwachen
entfernt. Der Strahlungs-Monitor gemäß der US-PS 4,034,599 ist ein
genereller β-Detektor.
Dieser Detektor spricht gleichzeitig sowohl auf Kr-85 als auch Xe-133
an, die eine Hauptfraktion der Spaltgase bilden. Dieses System ist
sehr genau, aber langsam bei der Bestimmung, wenn ein langsam leckendes
Element vorhanden ist, da die Brennelemente aus dem Reaktor entfernt
werden müssen
und aufgrund der zeitaufwendigen Art des Nachweis-Verfahrens.
-
Die
US-PS 3,878,040 benutzt eine ähnliche Anordnung,
und die US-PS 3,617,709 zeigt ein anderes Verfahren zum Nachweisen
von Krypton und Xenon.
-
Ein
System zur gleichzeitigen Überprüfung einer
Anzahl von Brennstabanordnungen auf Leckagen radioaktiven Gases
an Ort und Stelle mit einer Anzahl von Absaughauben ist aus der
USA-4 248 666 bekannt.
-
Die
Messung von Spaltgasen ist ein Schlüsselelement des Brennstoff-Absaugverfahrens,
weil Gas und Wasser leicht getrennt werden. Das Xe-Isotop 133 ist
jedoch ein Zerfallsprodukt von I-133, das ein in Wasser lösliches
Ion ist. Im Falle der vorgenannten Vakuum-Absaugvorrichtung führt dies
zu einem Hintergrund-Problem, das durch Benutzung entmineralisierten
Ergänzungswassers
minimiert wird. Entmineralisiertes Kondensat kann nicht benutzt werden,
weil es aufgrund der Freisetzung von Xe-133 durch den Zerfall von
I-133, das in den Dampf übertragen
und auf den Kondensat-Entmineralisatoren ausgetauscht wurde, häufig Probleme
verursacht. Beckenwasser enthält
große
Mengen von I-133 gleichmäßig darin
verteilt. Die Konzentration von I-133 wird stark erhöht, wenn
Brennstoffpellet-Material durch einen Fehler in der Brennstab-Umhüllung austritt.
Diese Hintergrund-Probleme müssen
in Betracht gezogen werden, wenn ein langsam leckendes Brennelement
beobachtet wird. In diesem Falle wird eine geringe Zunahme des Spaltgases
während
eines Gas-Umwälzmodus
einer Brennstoff-Absaugung unter Benutzung der Vakuum-Absaugvorrichtung
angezeigt. Diese Zunahme erfolgt aufgrund eines sehr geringen Defektes
in einem Stab, aufgrund von in die Testkammer eintretendem Beckenwasser
oder aufgrund der Desorption von Gas aus dem Oxidfilm, der auch
I-133 (chemisch gebunden) enthalten kann. Dies ist ein Problem,
weil dies zu falschen Identifikationen eines leckenden Brennstabes
führen
kann.
-
Das
Kr-85-Isotop sollte nicht diese Art von Hintergrund-Problem verursachen,
weil es keine wasserlöslichen
ionischen Materialien in seinem Zerfallsschema gibt. Wenn daher
irgendwelche Matertalien von der Innenseite zur Außenseite
des Brennstabes wandern, werden sie abgetrennt und weggespült. Es ist
zu bemerken, dass an Kr-85 bei weitem nicht so viel vorhanden ist
wie an Xe-133. Die einzige Technik, die zum Bestimmen der Menge
von Kr-85 in Gegenwart von Xe-133 benutzt wird, besteht in der Vornahme
wiederholter Messungen einer spezifischen Probe über eine lange Zeitdauer, um
die Zerfalls-Charakteristika der Mischung zu bestimmen und die entsprechenden
Mengen von Kr-85 und Xe-133 auf der Grundlage der Zerfalls-Halbwertzeiten
zu errechnen. Dieses Messverfahren kann Monate bis zur vollständigen Durchführung erfordern.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird, wie es in Anspruch 1 beansprucht
ist, ein System zum Nachweisen eines fehlerhaften Brennstabes in
einem Brennelement in situ geschaffen.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird, wie es in Anspruch 8 beansprucht
ist, ein System zum Nachweisen eines fehlerhaften Brennstabes in
einem ersten und zweiten Brennelement in situ geschaffen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist wie in den Ansprüchen beansprucht.
-
Die
rasche Messung von (ausschließlich) Kr-85
verringert oder beseitigt ein falsches positives Ansprechen bei
dem Brennstoff-Absaugverfahren.
-
Die
vorliegende Erfindung ist ein System zum Nachweisen fehlerhaften
Brennstoffes an Ort und Stelle. Das System schafft ein Mittel zum
Finden (Sammeln, Abtrennen und Identifizieren) von Spurenabgaben
von Kr-85 in dem Brennelement, erzeugt durch langsam leckende Brennelemente
bzw. -stäbe in
der Umgebung des Kernbrennstoffkernes.
-
Das
System der Erfindung umfasst zwei grundlegende Untersysteme. Das
erste Untersystem ist ein Proben Sammelsystem, bestehend aus einer über dem
Brennstoff angeordneten Haube. Eine neue hier offenbarte Technik
wird vorzugsweise benutzt, um die Strömungsmittel-Probe aus einem Brennele ment
oder, alternativ, einer Brennstoffzelle, umfassend eine quadratische
Anordnung von vier Brennelementen, zu ziehen. Das zweite Untersystem ist
ein System zum Bestimmen der Anwesenheit und vorzugsweise der Menge
von Kr, insbesondere des Kr-85-Radioisotops, das in der Strömungsmittel-Probe enthalten ist.
Diese Information wird zu der Bestimmung benutzt, ob das Brennelement
einen fehlerhaften, d.h. leckenden, Brennstab enthält. Die Messwerte
für Kr-85
in der Strömungsmittel-Probe, die aus dem
Brennelement abgezogen wurde, können
(1) mit den Messwerten für
Kr-85 in Strömungsmittel-Proben
verglichen werden, die vor dem Testen des Brennelementes aus dem
Reaktorbecken entnommen wurden, und (2) die Messwerte für Kr-85
in Strömungsmittel-Proben
werden aus einer Vergleichszelle entnommen, von der festgestellt
wurde, dass sie kein leckendes Element enthält, wobei die letztgenannten
Werte den Hintergrund repräsentieren,
mit dem das untersuchte Brennelement verglichen wird. Auf der Grundlage
dieses Vergleiches wird bestimmt, ob das untersuchte Brennelement
fehlerhaft ist.
-
Das
Probensammel-Untersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann, in Abhängigkeit
von der spezifischen Anwendung, eine von vier verschiedenen Hauben
enthalten: eine Vierkopf-Haube,
eine Zweikopf-Haube, eine Einzelkopf-Haube und eine an einem Mast
montierte Haube. Die Vierkopf-Haube ist zum Abdecken einer Brennstoffzelle,
umfassend eine 2 × 2-Anordnung
von Brennelementen, konfiguriert. Eine oder mehrere dieser Vierkopf-Hauben
können
in einer Absaug-Kampagne
eingesetzt werden, um einen gesamten Brennstoffkern zu überprüfen. Die Zweikopf-
und Einzelkopf-Hauben werden für
Kernbereiche benutzt, die durch die Vierkopf-Haube nicht erreicht
werden können.
Die am Mast montierte Haube wird auf einem Mast zum Brennstoffaustausch oder
zur Einführung
neuen Brennstoffes montiert. Das Ziel ist eine möglichst gute Abdichtung zu
dem Brennelement oder der Zelle, um das Abziehen von Strömungsmittel
(d.h. Wasser und Gas) aus jedem Brennelement oder jeder Zell ohne Überkreuz-Kontamination
von benachbarten Brennelementen oder Zellen oder von umgebendem
Wasser innerhalb des Reaktor-Druckkessels zu ermöglichen.
-
Es
können
verschiedene Verfahren benutzt werden, um die Abgabe der Gasprobe
aus dem Brennelement oder Wasser zu verursachen. Anfänglich kann
das Brennelement mit der Haube bedeckt werden, so dass die Strömung blockiert
oder kontrolliert ist, um das Aufheizen des Brennelementes aufgrund
restlicher Zerfallswärme
zu gestatten. Nimmt man Standard-Bedingungen für Druck/Volumen/Temperatur
an, dann sollten Erhöhungen
der Gastemperatur im Inneren des Stabes zu Vergrößerungen des Gasvolumens führen, solange
das Gas im Stab enthalten ist (eine gebrochene oder gerissene Endkappe
kann das Entweichen des Gases gestatten). Dies kann innerhalb des
Brennstabes festgehaltenes Gas zur Volumenvergrößerung und zum Austreten veranlassen.
-
Das
Wasser im Inneren des Brennelementes wird dann rasch herausgebracht
und in den Entgasungstank zur Vakuum-Entgasung gesprüht. Momentan
kann diese rasche Neuanordnung des Wassers auch einen lokalen geringen
Druckunterschied zwischen dem Brennelement-Wasser und dem Innendruck
des Stabes erhöhen,
um die Blasen-Freisetzung zu unterstützen.
-
Der
Kollektor am Masten soll eine größere Zuverlässigkeit
bei der Fähigkeit
aufweisen, Gas, das von den Brennelementen abgegeben wird, abzufangen,
wenn diese zur Oberfläche
gehoben werden. In diesem Falle nimmt der Wasserdruck aufgrund von Höhenänderungen
des Mastes ab, erzeugt einen Druckunterschied zwischen der Innenseite
des Stabes (hoch) und der äußeren Umgebung
(niedrig). Das Gas wird von der an dem Masten montierten Haube eingefangen.
Dann kann das Element dem Druckänderungs-Verfahren
unterworfen werden, um die Gasabgabe zu unterstützen.
-
Für alle Arten
von Absaughauben kann eine anfängliche
Probe zu Beginn des Vakuum-Entgasungsverfahrens unter hohem Druck
durch einen β-Detektor
hin- und herbewegt werden. Die Probenkammer des β-Detektors kann eine verschraubte druckdichte
Halbkugel sein. Die halbkugelförmige Kammergeometrie
und die unter Druck stehenden Proben halten die Detektor-Effizienz
so hoch wie möglich,
und die verschraubte Konstruktion gestattet einen einfachen Zugang
zur Probenkammer zur Entkontaminierung. Wird ein unmittelbares Signal
oberhalb eines gewissen Niveaus erhalten, dann kann festgestellt
werden, dass das Brennelement leckt. Die Probe wird dann verworfen
und eine Probe von dem nächsten
Brennelement genommen.
-
Proben,
die kein stark leckendes Element zeigen, können durch eine Feuchtigkeits/Trenn-Säule geschickt werden, die zwei
Packungen enthält: eine
erste Feuchtigkeit absorbierende Packung und eine zweite Xenongas
absorbierende Packung, die jedoch Kryptongas hindurchlässt. Eine
Probe des aus der Trennsäule
abgegebenen xenonfreien Gases kann dann in einer Ampulle zur nachfolgenden Übermittlung
zum β-Detektor
gesammelt werden. Da Xenon aus der Probe entfernt wurde, zeigt jegliche β-Aktivität während des
Durchganges der unter Druck stehenden Gasprobe durch den β-Detektor
die Anwesenheit von Krypton an. Eine β-Aktivität bei einem Niveau oberhalb
des Hintergrund-Niveaus zeigt einen leckenden Brennstab im getesteten
Brennelement an.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
eine programmierbare Logik-Regeleinrichtung zum Regeln von Pumpen,
Ventilen, Zeitgebern usw. benutzt. Um die Effizienz zu verbessern,
können
vier Nachweiskanäle
parallel zwischen dem β-Detektor und
einer oder mehreren Absaughauben verbunden werden. Die Gasströmung durch
die Kanäle
wird aus der Ferne und elektrisch über eine Vielzahl von mittels
Magneten betätigten
Ventilen geregelt. Jeder Kanal kann aus einem Entgasungstank, einer
Feuchtigkeits/Trenn-Säule
und einer Gasproben-Ampulle bestehen, die in Reihe verbunden sind.
Jeder Entgasungstank kann alternativ verbindbar sein mit einem entsprechenden
Kopf von jedem von Zweikopf-Hauben, die auf einer entsprechenden
2 × 2-Anordnung von
Brennelementen montiert sind. Gemäß einer Mehrfachschaltung wird
jeder Detektorkanal gleichzeitig, aber außer Phase bezüglich jedes
anderen betrieben. Auf diese Weise können Gasproben aus acht Brennelementen
während
jedes Nachweiszyklus, durch Mehrfachschalten der acht Gasproben
durch die vier Trennkanäle
zu einem einzelnen Detektor, erhalten werden. Die programmierbare
Logik-Regeleinrichtung kann, wie erforderlich, programmiert werden,
um aus der Ferne eine Vielzahl von magnet-betätigten Ventilen gemäß der erwünschten
Mehrfachschaltungs-Reihenfolge zu regeln.
-
Die
Erfindung umfasst ein Verfahren und ein System zur raschen Trennung
und Messung von Kr-85. Durch Messen der vorhandenen Menge des Kr-85-Radioisotops
können
falsche positive Signale für
das Vakuum-Absaugverfahren eliminiert werden. Eine Ausführungsform
benutzt eine Säule
zum Trennen der Radioisotope zur Verbesserung der Auflösung der
Spektrumanalyse mit niedrig auflösenden Detektoren.
Das allgemeine Nachweisverfahren gemäß einer Ausführungsform
ist folgendes: (1) Feuchtigkeit wird aus dem Spaltgas-Strom entfernt;
(2) das Xenongas wird durch Hindurchführen des Gasstromes durch ein
adsorbierendes Medium festgehalten und (3) das aus dem adsorbierenden
Medium austretende Gas wird zu einer evakuierten Ampulle umgeleitet
und momentan dort gehalten, bevor es zu dem β-Detektor geführt wird.
Irgendeine winzige Menge von Kr-85 strömt durch den β-Detektor,
frei von Xe-133. Die Menge des Kr-85 ist die Hauptmessung, weil
sie von einem fehlerhaften Stab innerhalb des getesteten Brennelementes
gemäß dem Zerfalls-Schema
der Spaltgas-Bestandteile stammen muss.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnung
-
1 ist
ein Blockdiagramm, dass das Gasabsaug-System für den Nachweis eines Lecks
in einem Brennelement an Ort und Stelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
2A und 2B sind
Fließdiagramme, die
Einzelheiten des Gasabsaug-Systems in 1 zeigen.
-
3 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Gasabsaug-Haube (im Schnitt),
montiert auf einem Masten zum Brennstoffersatz gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
-
4 ist
ein Fließdiagramm,
das ein Vielkanal-Gasabsaugsystem zum Nachweisen von Lecks in einer
Vielzahl von Elementen gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
-
Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Das
Grundsystem besteht aus einer Einrichtung zur Entnahme einer flüssigen Probe
aus einem Brennelement an Ort und Stelle, einer Einrichtung zum
Entgasen der Probe, einer Einrichtung zum Abtrennen von Kr-85 aus
dem Gas, einer Einrichtung zum Zählen
des Kr-85 und einer Regelvorrich tung. Der Zweck des Systems ist
es, fehlerhaften Brennstoff an Ort und Stelle, durch Bestimmung
der in der entgasten Probe vorhandenen Menge an Kr-85 und Vergleichen
derselben mit dem normalen Hintergrundwert im Reaktordruckkessel
oder im Brennstoff-Lagerbecken, nachzuweisen.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung, wie sie allgemein in 1 dargestellt ist,
wird innerhalb des Kernes eine Absaughaube 2 vorgesehen,
um die Strömungsmittelprobe
aus dem Brennelement 4 innerhalb des (nicht gezeigten)
Reaktor-Druckkessels zu gewinnen. Obwohl 1 allgemein
eine Einzelkopf-Haube auf einem einzelnen Brennelement zeigt, sollte
klar sein, dass die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Zweikopf-Haube
zur Abdeckung von zwei benachbarten Brennelementen, die Verwendung
einer Vierkopf-Haube zur Abdeckung einer 2 × 2-Anordnung von Brennelementen
oder irgendeine andere Haubenkonfiguration mit einer Vielzahl von
Köpfen,
die eine entsprechende Vielzahl von Brennelementen bedeckt, umfasst.
Im Allgemeinen wird eine Vierkopf-Haube zur Probennahme aus dem
Brennstoff in der gleichen kontrollierten Zelle benutzt. Ein Zweikopf-Haube
und eine Einzelkopf-Haube werden zur Probennahme aus peripheren
Brennelementen benutzt.
-
Die
Absaughaube bedeckt den zu testenden Brennstoff vom Oberteil des
Brennelementes. Die Temperatur des Brennstabes und des umgebenden Kühlmittels
werden aufgrund der behinderten Strömung erhöht. Eine höhere Brennstoffpellet-Temperatur
erhöht
den Gasdruck im Inneren des Brennstabes, führt zu einer höheren Gasabgabe
als normal aus irgendeinem fehlerhaften Brennstab im Brennelement
an das umgebende Reaktor-Kühlmittel
im Inneren des Brennstoffkanales. Ein Temperatur-Sensor, der auf
der Absaughaube montiert ist, misst die Temperaturänderung.
Nach einer Tränkdauer
wird die Wasserprobe von jedem der Brennelemente zur Behandlung
zum Strömungsregel-
und Entgasungs-System 6 übertragen. Die Einheit 8 zur
Zufuhr von Antriebswasser liefert die Antriebswasser-Quelle für das Strömungsregel-
und Entgasungs-System 6.
-
Zwei
hauptsächliche
Vorteile des Absaugens im Kern sind, dass die Strömungsmittelprobe
aus dem Brennelement ohne irgendeine Bewegung des Brennstoffes im
Kern genommen und eine mehrfache Probennahme und -bewertung ermöglicht wird. Dieses
Herangehen vermindert die insgesamt erforderliche Absaugzeit für ein Abschalten
mitten im Zyklus oder ein erzwungenes Abschalten deutlich.
-
Die
Gasliefer-Einheit 10 liefert in Flaschen abgefülltes sauberes
Gas mit konstantem Druck und konstanter Strömungsrate, um die Entgasungsprobe von
dem Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System 6 zu den Spaltgas-Detektoren des
Spaltgas-Mess- und Analyse-Systems 12 zu tragen. Sie liefert
auch das Spülgas
für das
Spaltgas-Mess- und Analyse-System 12 zur System-Reinigung
und -Regeneration.
-
Das
Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System 6 ist eine kontinuierliche Entgasungsvorrichtung
mit einem Entgasungstank, der während des
Betriebes evakuiert gehalten wird. Das aus der einströmenden Strömungsmittelprobe
des getesteten Brennelementes abgezogene Gas wird innerhalb des
Entgasungstanks gesammelt. Um die potentielle Strahlungs-Aussetzung
und die Möglichkeit
des Versprühens
kontaminierten Wassers auf den Fußboden zum Brennstoffaustausch
zu minimieren, ist ein Teil des Strömungsregelungs- und Entgasungs-Systems 6,
einschließlich
des Entgasungstanks, in dem Reaktorbecken oder Brennstoff-Lagerbecken
eingetaucht und wird dort betrieben.
-
Ganz
am Beginn und auch nach Abschluss des Entgasungs-Verfahrens empfängt das
Spaltgas-Mess- und
Analyse-System 12 eine Gasprobe aus dem Entgasungstank
zur Messung des Kr-85-Gehaltes.
Das Spaltgas-Mess- und Analyse-System 12 trennt das Kr-85
von der Gasprobe und misst dann sein Aktivitätsniveau mit einem Strahlungs(β)-Detektor/Zähler.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform übt eine programmierbare
Logik-Regelvorrichtung (PLC) die System-Regelung aus. Sie erfüllt auch
die Datensammlungs- und Analyse-Funktion für das System. Ein Computer-Terminal
hat eine Berührungs-Bildschirmanzeige,
einen Drucker/Plotter und einen Band-Reserveantrieb. Der Berührungsbildschirm-Monitor
wird als das Operator-Interface zum System benutzt. Er zeigt die
System-Betriebsdaten und das Bildschirmmanual zur Auswahl. Der Drucker/Plotter
liefert eine Kopie des Testergebnisses von jedem Test. Ein digital/analoges
Banddeck zeichnet die Testdaten auf einem entfernbaren Band auf.
-
Das
Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System 6 ist auf der inneren Kante des Reaktordruckkessels
oder Reaktor-Beckens montiert, und die Einheit 8 zur Lieferung
von Antriebswasser und das Spaltgas-Mess- und Analyse-System 12 sind
auf dem Fußboden
zur Brennstofferneuerung nahe dem Strömungsregelungs- und Entgasungs-System 6 montiert.
Die SystemRegelungseinrichtung wird in einem nicht kontaminierten
Bereich auf dem Fußboden zur
Brennstofferneuerung aufgestellt. Diese Anordnung und die Leitungen
zwischen den Einheiten sollten den Betrieb der Plattform zum Brennstoffaustausch
und der Hilfsplattform für
die Betätigung
der Absaughaube und die Brennstoffhandhabung vom Reaktor zum Brennstoff-Lagerbecken nicht
beeinträchtigen.
-
Die
Strömungsverbindungen
für das
Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System 6 eines einzelnen Nachweiskanals
sind in 2A gezeigt. Die Absaughaube 2 bedeckt
den zu testenden Brennstoff vom Oberteil des Brennelementes 4.
Ein Thermoelement 24, das innerhalb der Absaughaube 2 montiert
ist, misst die darauf folgende Temperaturzunahme. Nach einer Tränkungsperiode
wird die Wasserprobe vom Brennelement 4 zum Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System 6 übertragen. Das Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System 6 umfasst einen Entgasungstank 14,
der einen der einen Strömungsmittel-Einlass
aufweist, der mit der Absaughaube 2 mittels eines offenen,
luftbetriebenen Ventils 16 verbunden werden kann, das im
Folgenden als Einströmungs-Absperrventil
bezeichnet wird. Der Entgasungstank hat ein mit einer Düse 20 verbundenes
Ventil, die durch Wasser von der Antriebswasser-Liefereinheit 8 über ein
offenes, magnetbetriebenes Ventil 18, das im Folgenden
als Antriebswasser-Lieferventil bezeichnet ist, angetrieben wird.
Wenn das (nicht gezeigte) Ventil innerhalb der Entgasungstank-Düse und die
Ventile 16 und 18 offen sind, dann zieht die Düse 20 ein
Vakuum an den Entgasungstank, was die Strömungsmittelprobe von der Absaughaube
in den Entgasungstank strömen lässt. Das
aus der einströmenden
Strömungsmittelprobe
abgezogene Gas wird anfänglich
für eine schnelle
Probe abgezogen und bei fortschreitendem Verfahren innerhalb des
Entgasungstanks angesammelt und später über die Strömungsleitung 22 zum Spaltgas-Mess-
und Analyse-System (in 2A abgekürzt als FGMAS bezeichnet) abgezogen.
-
Wie 2B zeigt,
trägt die
Strömungsleitung 22 die
Gasprobe vom Strömungsregelungsund
Entgasungs-System 6 (in 2B abgekürzt FCDS
bezeichnet) zum Spaltgas-Mess- und
Analyse-System 12. Die Gasprobe strömt durch ein magnetbetätigtes Ventil 26 und
tritt in ein erstes Sechsweg-Kreuzungsventil 28 ein, das
die Gasprobe zu einer Feuchtigkeits/Trenn-Säule 30 leitet. Die
Säule 30 ist
von einer Kühlhülle 32 umgeben
und sie weist eine Heizeinrichtung auf, die durch eine Wechselstrom-Leistungszufuhr
bzw. ein Wechselstromnetz 34 mit Energie versorgt wird.
Ein Thermoelement (TC) 36 misst die Temperatur im Inneren
der Säule.
Die Feuchtigkeits/Trenn-Säule 30 enthält zwei
Packungen: eine erste Packung, die Feuchtigkeit absorbiert, und
eine zweite Packung, die Xenongas absorbiert aber Kryptongas durchlässt. Nach
der Abtrennung des Xenons wird die aus der Säule austretende Gasprobe mittels des
ersten Sechsweg-Kreuzungsventils 28 und
ein zweites Sechsweg-Kreuzungsventil 40 in eine Ampulle 38 gezogen.
Die abgetrennte Gasprobe wird durch Öffnen eines Vakuumventils 52 und
Anschalten einer Vakuumpumpe 54 in die Ampulle gezogen. Die
abgetrennte Gasprobe wird in der Ampulle bis zu der Zeit zum Nachweisen
der β-Aktivität gehalten. Die
abgetrennte Gasprobe wird dann über
das zweite Sechsweg-Kreuzungventil 40, ein Vierweg-Kreuzungsventil 42 und
ein drittes Sechsweg-Kreuzungsventil 44 zu einem β-Detektor 46 geleitet.
Mit dem dritten Sechsweg-Kreuzungsventil 44 ist
auch ein Reserve-β-Detektor 48 verbunden.
Die Gasprobe wird durch Hindurchströmen durch den β-Detektor 46 untersucht
und dann über
das Sechsweg-Kreuzungsventil 44 zu
dem Entlüftungskopf
abgegeben. Irgendeine β-Aktivität, die während des
Durchganges der unter Druck stehenden Gasprobe durch den β-Detektor
nachgewiesen wird, zeigt die Anwesenheit von Krypton. Die β-Aktivität bei einem
Niveau oberhalb des Hintergrundniveaus zeigt einen leckenden Brennstab
im getesteten Brennelement an. In einem Alarmzustand wird die Gasströmung wieder
zu einer Kr/Xe-Trennsäule 50 zur
Bestätigung
zurückgeführt.
-
Die
Gasprobe in der Ampulle 38 wird zum β-Detektor 46 mittels
eines inerten Trägergases,
z.B. Stickstoff, transportiert. Das Trägergas wird über die Strömungsleitung 58 von
der Gasliefer-Station 10 geliefert. Gleichzeitig kann die
Trennsäule 30 mit
inertem Gas über
die Strömungsleitung 60,
das Säulen-Spülventil 62 und
das Sechsweg-Kreuzungsventil 28 rückgespült werden. Die Heizvorrichtung
wird angestellt, um die Temperatur der Xenon absorbierenden Packung
auf ein Niveau zu erhöhen,
bei dem das Xenon desorbiert wird. Dann wird die Säule unter Einsatz
von Stickstoff gespült.
Das rückgespülte Gas wird
dann über
die Strömungsleitung 64 zum
Entlüftungskopf
geleitet.
-
Druckluft
wird benutzt, um die Ampulle 38 über einen Filter-Regulator 66 und
ein Spülventil 68 zu
füllen.
Die Druckluft, die über
das Spülgas-Lieferventil 70 zugeführt wird,
wird auch benutzt, um die Säulenumhüllung 32 zu
kühlen,
nachdem das Rückspülen der
Trennsäule
abgeschlossen ist. Aus der komprimierten Luft wird Warme über einen
Heißluft-Auslass 72 entfernt.
Die regenerierte Trennsäule ist
dann bereit für
den nächsten
Kanalzyklus.
-
Das
Antriebswasser könnte
in das Brennelement injiziert werden, um dieses rückzuspülen. Antriebswasser
kann auch benutzt werden, um die Brennstoff Absaughaube zu spülen, während die Haube
von einem Ort zu einem anderen bewegt wird.
-
Der β-Detektor 46 misst
die Anzahl der β-Teilchen,
die durch die Gasprobe emittiert wird, die hindurchströmt, und
gibt die Daten elektronisch an. Ein konventionelles Gerät zum Aufzeichnen
einer Karte liefert eine geschriebene Aufzeichnung der Aktivitäts-Niveaus,
die vom β-Detektor
bestimmt wurden.
-
Alle
in den 2A und 2B gezeigten Ventile
werden unter Benutzung von Magneten betrieben, die durch digitale
Signale von einer (nicht gezeigten) programmierbaren Logik-Regeleinrichtung geliefert
werden. Dies gestattet die automatische Ausführung des Nachweiszyklus unter
der Regelung eines Computerprogramms.
-
Gemäß der bevorzugten
Form der Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Nachweiskanälen in das
System eingebaut, um die Dauer einer Gas-Absaugkampagne zu verkürzen. Jeder
Kanal hat die in den 2A und 2B gezeigte
identische Hardware. Um die Effizienz zu verbessern, können, z.B.,
vier Nachweiskanäle
parallel verbunden werden, wie in 4 gezeigt.
Diese Kanäle
werden in einer Weise mehrfach geschaltet, die es einem einzelnen β-Detektor
gestattet, die Gasproben von allen Kanälen nacheinander zu verarbeiten. Der
einfachen Diskussion halber wurde das in 4 gezeigte
System vereinfacht, um nur zwei Vierkopfhauben 1 und 2 zu
zeigen, die jeweils die Köpfe
A-D, vier Kanäle
A-D und einen einzelnen β-Detektor 46 aufweisen.
Jeder Kanal umfasst einen Entgasungstank (14A–14D),
eine Feuchtigkeits/Trenn-Säule (SC)
(30A–30D)
und eine Gasproben-Ampulle (38A–38D), die in Reihe
verbunden sind.
-
Gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
ist jeder Entgasungstank zur Aufnahme einer ersten Strömungsmittelprobe
von einem entsprechenden Kopf einer Haube während eines ersten Zyklus und
dann zur Aufnahme einer zweiten Strömungsmittelprobe von einem
entsprechenden Kopf der anderen Haube während eines zweiten Zyklus gekoppelt.
So kann, z.B., der Entgasungstank 14A (ebenso wie der Entgasungstank 14B)
eine Strömungsmittelprobe
von entweder Kopf A oder Kopf B der Absaughaube 1 über ein
Probenventil 74 für
eine Brennelement-Auswahl an der Haube 1 und eine Strömungsleitung 76 oder
von entweder Kopf C oder Kopf D der Absaughaube 2 über ein
Probenventil 78 für
eine Brennelement-Auswahl an der Haube 2 und eine Strömungsleitung 80 empfangen,
und Entgasungstank 14C (ebenso wie Entgasungstank 14D) kann
eine Strömungsmittelprobe
von entweder Kopf C oder D der Absaughaube 1 über ein
Probenventil 82 für
eine Brennelement-Auswahl an der Haube 1 und eine Strömungsleitung 84 oder
von entweder Kopf A oder Kopf B der Absaughaube 2 über ein
Probenventil 86 für
eine Brennelement-Auswahl an der Haube 2 und eine Strömungsleitung 88 empfangen.
-
Die
Zyklen für
jeden entsprechenden Kanal liegen außerhalb der Phase, um es den
vier Kanälen zu
gestatten, ihre entsprechenden getrennten Gasproben zum β-Detektor
zu verschiedenen Zeiten zu leiten. Die Verarbeitung der Gasproben
in den entsprechenden Kanälen
ist gemäß einem
vorbestimmten Algorithmus mehrfach geschaltet. Während ein Entgasungstank eine
einströmende
Strömungsmittelprobe
von einer Absaughaube empfängt,
kann ein anderer Entgasungstank eine ausströmende Gasprobe, die von einer
anderen Absaughaube stammt, zu seiner dazugehörigen Feuchtigkeits/Trenn-Säule schicken.
Während
eine abgetrennte Gasprobe im β-Detektor
untersucht wird, können
andere abgetrennte Gasproben in ihren entsprechenden Ampullen gehalten
werden. Die Reihenfolge der verschiedenen Verfahrensstufen wird
durch Betätigen
der in 4 symbolisch dargestellten Ventile aus der Ferne geregelt.
All diese Ventile sind magnetbetätigt,
und sie können
durch digitale Signale von einer programmierbaren Logik-Regeleinrichtung 90 an
die Magnete geregelt werden. Zusätzlich
ist zu bemerken, dass 4, obwohl sie separate magnetbetätigte Ventile am
Einlass und Auslass jeder Ampulle zeigt, gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der 2B diese beiden Ventile einen Teil des Sechsweg-Kreuzungsventils 40 bilden.
Alle Ventilfedern kehren in ihre Ausgangsposition zurück, um ohne
Leistung oder Regelsignal zu schießen.
-
Um
das Verstehen der Erfindung zu unterstützen, wird eine allgemeine Übersicht über die
Anordnung und den Betrieb des Systems zum Nachweis fehlerhaften
Brennstoffes gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
ohne Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben. Als erstes wird eine
Fernsehkamera und eine Beleuchtungsvorrichtung innerhalb des Reaktors
aufgestellt, um die im Kern ablaufende Absaugaktivität zu überwachen.
Der oberirdische Kran und die Plattform zum Brennstoffaustausch müssen derart
betrieben werden können,
dass sie die Absaug- Aktivität unterstützen. Die
folgenden Einrichtungen der Anlage nahe dem Reaktorbecken-Bereich
können
zur Unterstützung
des Brennstoff Absaugens betrieben werden: ein Vorrat an komprimierter
Luft von 758.450 Pa (110 psig) von Instrumenten-Qualität; eine
480/120-Quelle elektrischer Leisqtung; ein Vorrat von entmineralisiertem
Antriebswasser eines Druckes von 551.600 Pa (80 psig) für 0,0019
m3/s (30 gpm) und Zylinder für komprimiertes Stickstoffgas
mit Druckregulator und Strömungsregelungs-Ventilen,
um Trägergas
und Spülgas
für den Systembetrieb
bereitzustellen.
-
Jede
Absaughaube wird in die Nähe
des zugewiesenen kontrollierten Zellbereiches unter Benutzung eines
Brennstoff Greifers (zum Herumbewegen der Köpfe) oder eines allgemeinen
Greifers (für
die anfängliche
Installation) abgesenkt. Dann wird eine System-Überprüfung ausgeführt und das Hintergrund-Signalniveau
des Beckenwassers gemessen. Dann werden die Absaughauben bewegt
und auf die zugeordneten Brennelemente montiert. Die resultierende
Beschränkung
der Kühlmittelströmung durch die
Brennstoffkanäle
verursacht einen Anstieg der Temperatur innerhalb des Brennelementes.
Der Brennstoff in einem gegebenen Brennelement wird vollständig mit
Bezug auf den Temperaturanstieg in der entsprechenden Absaughaube
getränkt.
-
Der
Rest des Verfahrens wird der Bequemlichkeit halber unter Bezugnahme
auf einen einzelnen Kanal beschrieben. Als erstes wird der Entgasungstank
vollständig
mit Reaktor-Beckenwasser gefüllt.
Eine geringe Gasmenge wird in den Entgasungstank injiziert, um einen
Raum am Oberteil zu entwässern.
Dann beginnt das Anlegen von Vakuum an den Entgasungstank. Erreicht
der Tankdruck einen zuvor festgelegten Punkt, dann wird das Einströmungs-Absperrventil
von dem ausgewählten
Brennelement geöffnet
und das Abtrennen von Gas aus der Strömungsmittelprobe begonnen.
Während
das Abziehen des Gases stattfindet, wird ein bezüglich des Entgasungstanks höheres Vakuum
an die Ampulle gelegt. Dann wird eine rasche Probe aus dem Entgasungstank
zur Ampulle gezogen. Das Entgasungs-Verfahren ist beendet, wenn
ein stark leckender Bestandteil bei der Analyse der raschen Probe identifiziert
ist. Wird kein stark leckender Bestandteil identifiziert, dann wird
die Trennsäule
durch Rückspülen des
Gasproben-Strömungspfades
gereinigt. Dann wird ein hohes Vakuum an die Säule gelegt. Nach Abschluss
der Gasentfernung aus der Strömungsmittelprobe
wird die Vakuumpumpe abgeschaltet und der Entgasungstank mit Reaktor-Beckenwasser
gefüllt,
um die im Entgasungstank enthaltene Gasprobe zu komprimieren. Dann
wird eine letzte Gasprobe aus dem Entgasungstank abgezogen und zum
Spaltgas-Mess- und Analyse-System zur Verarbeitung geschickt. Die
Gasprobe wird zur Entfernung von Feuchtigkeit und Xenon getrennt, dann
wird die getrennte Gasprobe zum β-Detektor zur
Messung geschickt. In einem Alarmzustand wird die Gasströmung zur
Bestätigung
nochmals zu einer Kr/Xe-Trennsäule
zurückgeschickt.
Die gesammelten Gasproben in den anderen Ampullen werden an Ort
und Stelle gehalten, bis das System wieder bereit ist für den automatischen
Betrieb. Nach jedem Zyklus muss die Trennsäule regeneriert werden. Nach Abschluss
des Testens der Gasproben von allen vier Elementen einer Brennstoffzelle
wird die Absaughaube zum nächsten
zugewiesenen Ort zum Testen bewegt.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
das Gas-Absaugen ausgeführt
werden, während
das Brennelement 4 sich auf dem Masten 100 zum
Brennstoffaustausch befindet, wie in 3 gezeigt.
Der Mast zum Brennstoffaustausch hat einen Greifer 102,
an dem der Bügel 104 des
Brennelementes aufgehängt
ist. Eine Absaughaube 106 wird auf dem Mast zum Brennstoffaustausch
montiert, und sie passt über
das Oberteil des von dem Greifer 102 herabhängenden
Brennelementes. Eine ringförmige
Dichtungseinrichtung 110 verhindert das Austreten von Gas
aus der Kammer unter der Haube. Die Haube hat Einlass- und Auslass-Strömungsleitungen,
die in Kupplungen 108 und 108' zur Verbindung mit dem oben offenbarten
Strömungsregelungs-
und Entgasungs-System enden.
-
Die
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wurde zur Veranschaulichung offenbart. Variationen
und Modifikationen der offenbarten Struktur, die vom Konzept dieser
Erfindung nicht abweichen, sind dem Fachmann auf dem Gebiet der
Gasverarbeitung leicht zugänglich.
All solche Variationen und Modifikationen sollen von den beigefügten Ansprüchen mit umfasst
werden.