DE7124225U - Einrichtung zur huellenueberwachung an natriumgekuehlten reaktoren - Google Patents

Description

Einrichtung zur Hüllenüberwachung an natriumgekühlten Reaktoren

Die Neuerung betrifft eine Einrichtung zur Hüllenüberwachung an natriur-gekühlten Reaktoren durch Nachweis verzögerter Neutronen von Spaltprodukten im Kühlmedium, das durch einen Probenbehälter geführt wird.

Während des Reaktorbetriebes sind durch verschiedene Ursachen Schäden an den Hüllen von Brennstäben möglich. Als Folge treten Spaltprodukte oder auch Brennstoffpartikel in das Kühlmittel, deformierte Stäbe können aber auch zu Kühlmittelstorungen führen und weitreichende Folgen habens-

Von Seiten der Reaktorhersteller, der Betreiber und auch der Genehmigungsbehörden werden daher sogenannte Hüllenüberwachungsanlagen gewünscht bzw. gefordert. Diese Anlagen sollen darüber Aussagen machen, ob ein Schaden vorhanden ist, welcher Art und Größe der Schaden ist, wie sich der Schaden zeitlich verändert und welche Konsequenzen sich für den Reaktorbetrieb ergeben.

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Für natriurogekühlte Reaktoren sind zwei Verfahren zur Hüller.überwachung besonders geeignet. Es werden kontinuierlich Messungen durchgeführt, ob sich im Covergas gasförmige oder im Natrium verzögerte Neutronen emittierende Spaltnuklide befinden. Das erste Verfahren ist einfach im Aufbau, mit einer hn.-Sprechzeit vor. 3o bis 60 Minuten jedoch recht lancsam, kann aber im Gegensatz zum zweiten Verfahren Schäden am Spaltgasplenum detektieren.

Der Nachweis verzögerter Neutronen ist aufwendiger im Aufbau, hat aber eine Ansprechzeit von nur 10 bis 20 Sekunden und kann nur Schäden im Brennstoffbereich der Stäbe anzeigen. An natriumgekühlten Reaktoren bringt die hohe spezifische Natriumaktivität von 0,01 bis 1 Ci/g Schwierigkeiten in das ansonsten sshr einfache Verfahren des Nachweises von Hüllrohrschäden mit vorzögerten Neutronen.

Bei einem Brennelementhüllenschaden gelangen z.B. die Spaltprodukte Brom 87 bis 91 und Jod 137-139 in das Kühlmedium. Ein in der Nähe v.sr KunAiTiittell^xtung befindlicher Keutronengenerator kann die verzögerten Neutronen nachweisen und damit eine Aussage über den Zustand der Brennelemente im Reaktor machen.

Allerdings wird dieser Nachweis durch die Aktivierung des Natriums im Neutronenfluß erschwert, da mit einem Einfluß der Gammastrahlung des aktivierten Natriums auf die Messung der verzögerten Neutronen gerechnet werden muß. Weiterhin ist die Natriumsktivierung für Abschirmprobleme von Bedeutung.

Auch bereitet die hohe Temperatur des flüssigen Natriums im zum Nachweis dienenden Probenbehälter Schwierigkeiten. Ein allseitiges Umgeben des thermisch zu isolierenden Probenbehälters mit einem Moderator oder einer Gammastrahlen-Abschirmung ist trotz etwas günstigeren Meßbedingungen nicht vorteilhaft»

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Die Neuerung hat dahingegen die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, mit der, ohne thermische Probleme berücksichtigen zu müssen, im Kühlmittel freigesetzte Spaltprodukte mit Spenderisotopen für verzögerte Neutronen nachzuweisen sind.

Neuerungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Neutronendetektor zur Thermalisierung der verzögerten Neutronen von einem Moderator, z.B. Polyäthylen-Moderator, umgeben ist und daß zwischen dem Moderator und dem freiliegenden Probenbehälter eine Gammastrahlen abschirmende Schicht angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Neuerung bildet die Gammastrahlen abschirmende Schicht, z.B. aus Blei, einen Keil zwischen Probenbehälter und Moderator. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umgibt die Gammastrahlen abschirmende Schicht den Moderator als Mantel.

Die Neuerung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele im folgenden mittels der Figuren 1— 3 näher beschrieben.

Fig. 1 stellt einen Schnitt durch die Einrichtung gemäß einem

ersten Ausführungsbeispiel dar und Fig. 2 einen Längsschnitt davon.

Fig. 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar.

Für den schnellen natriumgekühlten Reaktor sind Einrichtungen zur Überwachung von Brennelement-Hüllschäden nach dem Prinzip der Messung verzögerter Neutronen aufgebaut. Die an den Canschädenstellen in das Kühlmittel freigesetzten Spaltprodukte führen Spenderisotope für verzögerte Neutronen mit sich. Diese Spenderisotope werden mit dem Kühlmittelstrom ausgetragen, so daß die durch sie emittierten verzögerten Neutronen im Kreislaufsystem an gegen Primär-Neutronen hinreichend abgeschirmten Stellen nachweisbar sind. Aus diesem Grunde wird ein Teil des Kühlmediums Natrium durch einen als Bypass wirkenden Probenbehälter 1 (siehe Figur 1; für sich entsprechende Teile werden in Figur 1-3 die gleichen Bezugszeichen verwendet) hindurchgeführt. Der Probenbehälter 1 mit einer thermischen Isolation

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ist als Durchflußzylinder aufgebaut, der im Bereich der Meßeinrichtungen einen erweiterten Innendurchmesser besitzt.

Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus den drei Neutronendetektoren 3 für thermische Neutronen. Diese drei Neutronendetektoren sind über ihre ganze Länge hinweg in einen Moderator 6, z.B. Polyäthylen-Moderator, eingebettet und sind beispielsweise Helium-2-Zählrohre, die bis zu einem Fülldruck von 6 ata, bis zu einer Temperatur von ca. 200 C und einem Gammauntergrund von einigen Röntgen pro Stunden betriebsfähig sind. Die Achsen der Neutronendetektoren 3 stehen parallel zur Achse des Probenbehälters 1 in einem Abstand von ca. 30 cm von der Außenfläche des Probenbehälters 1 entfernt. Die Neutronendetektoren 3 sind in einer Ebene angeordnet, die parallel zu den Begrenzungsflächen 4 einer Gammastrahlen abschirmenden Schicht (Absorberblock) steht. Dieser Absorberblock 5 besteht aus Blei. Vor der abgewandten Begrenzungsfläche 4 steht der Probenbehälter 1. Die Außenfläche des Probenbehälters 1 kann dabei auf der Schnittfläche 4 aufliegen. Er ist aber et"! Iseitig von Gas bzw. Schutzgas umgeben, so daß eine gute Kühlung möglich ist. Die von dem Probenbehälter 1 ausgehende Wärmestrahlung hat einen geringen Einfluß auf den Absorberblock 5. In einer Ausnehmung 8 innerhalb des Quaders ist ein Moderator 6 angeordnet. (Für eine Messung genügt auch ein Neutronendetektor 3 bzw. mehr als drei).

Die von den Spaltprodukten im Kühlmittel innerhalb des Probenbehälters 1 ausgesandten verzögerten Neutronen dringen durch der Absorberblock 5 hindurch und werden in dem Polyäthylen-Moderator 6 thermalisiert. Diese thermalisierten Neutronen können dann in den Neutronendetektoren 3 als thermische Neutronen nachgewiesen werden.

Aufgrund der hohen Eigenaktivität des Natriums, insbesondere der Gammastrahlung, die im Polyäthylen-Moderator 6 Fotoneutronen erzeugt, muß um ihn der Absorberblock 5 als Absorber für diese Gammastrahlung gelegt sein. Der Absorberblock 5 reduziert die auf das Polyäthylen auftreffende Gammastrahlung aus dem Natrium bei einer Bleidicke von 25 cm, insbesondere die 2.7 MeV-Gammastrahlung- um den Faktor 10 .

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Mit einer spezifischen Aktivität des Natriums von 1,2 Ci/g wird am Ort des Moderators 6 ein Gammafeld der Dosisleistung 2 r/h erhalten. Diese Dosisleistung läßt z.B. den Betrieb von Helium-3-

Z cu ι i. Γ OJTi ΐβ Γ Uli.

In Figur 2 ist ein Schnitt parallel zur Achse des Probenbehälters 1 gezeigt. Der Polyäthylen-Moderator 6 ist dabei vollständig im Absorberblock 5 eingeschlossen. Die Neutronendetektoren 3 sind durch Bohrungen 7 im Absorberblock 5 vollständig in den Polyäthylen-Moderator 6 einschiebbar. Die unsymetrische Anordnung der Neutronendetektoren 3 innerhalb des Polyäthylen-Moderators 6 wurde berechnet.

Wenn auf eine Abschirmung vor Neutronen- bzw. Gammastrahlung aus der Umgebung der Meßeinrichtung verzichtet werden kann, d.h. es existiert keine andere Strahlung als die aus dem inneren des Probenbehälters 1, so genügt es, wie in Figur 3 dargestellt, den AL-sorberblock 5 als Keil auszubilden, der den Polyäthylen-Moderator gegenüber Gammastrahlung aus dem Innern des Probenbehälters 1 abschirmt.

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Claims (5)

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 16. Juni 1971 KERNFORSCHUNG MBH PLA 71/30 Ga/sz Schutzansprüche:

1. Einrichtung zur Hüllenüberwachung an natriumgekühlten Reaktoren durch Nachweis verzögerter Neutronen von Spaltprodukten im Kühlmedium, das durch ein Probenbehälter geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neutronendetektor (3) zur Thermalisierung der verzögerten Neutronen von einem Moderator (6), z.B. Polyäthylen-Moderator, umgeben ist und daß zwischen dem Moderator (6) und de:.i freiliegenden Probenbehälter (1) eine Gammastrahlen abschirmende Schicht (5) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlen abschirmende Schicht (5), z.B. Blei, einen Keil zwischen Probenbehälter (1) und Moderator (6) bildet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlen abschirmende Schicht (5) den Moderator (6) als Mantel umgibt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Neutronendetektoren (3) HeIium-3-Zählrohre sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des oder der Neutronendetektoren (3) parallel zur Achse des Probenbehälters (1) liegen.

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