NO121021B

NO121021B -

Info

Publication number: NO121021B
Application number: NO168008A
Authority: NO
Inventors: H Klopping
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1966-05-06
Filing date: 1967-05-05
Publication date: 1971-01-04
Also published as: SE344327B; SE367756B; DE1745784B2; DE1745784C3; DE1745784A1; DK119326B; CH499265A; BE698071A; OA02428A; AT284543B; LU53610A1

Description

Anordning for deteksjon av eventuelle lekkasjer i atomreaktorer som kjøles ved hjelp av en gassfase. Device for detecting any leaks in nuclear reactors that are cooled using a gas phase.

Oppfinnelsen angår en anordning til The invention relates to another device

å angi og overvåke lekkasjer i atomreaktorer som kjøles ved hjelp av en gassfase. to indicate and monitor leaks in nuclear reactors cooled by a gas phase.

Formålet er spesielt å oppnå en lett, føl-som og hurtig overvåking av slike lekkasjer. The purpose is in particular to achieve easy, sensitive and rapid monitoring of such leaks.

Brudd eller ganske enkelt små sprekker i omhyllingen omkring fisjonsmaterialet, som i atomreaktorer skiller mellom fi-sjonsmateriale i form av stenger og av-kjølingsgassen, bevirker at det i denne Breakage or simply small cracks in the casing around the fission material, which in nuclear reactors separates fission material in the form of rods and the cooling gas, means that in this

gass emitteres meget radioaktive rester som gas is emitted highly radioactive residues which

kan forurense ovenfor beliggende lednin-ger eller atmosfære, ennvidere kan gass can contaminate overhead lines or the atmosphere, and gas can also

som trenger gjennom sprekkene reagere that penetrate through the cracks react

med fisjonsmaterialet og bevirke at sten-gene sveller og derved blir vanskelige å with the fission material and cause the rods to swell and thereby become difficult to

trekke ut. extract.

Om noen av disse risser forblir små If any of these scratches remain small

og således ufarlige, vil andre av dem ut-vide seg stadig. Det er derfor nødvendig and thus harmless, others of them will constantly expand. It is therefore necessary

å kunne oppdage dem meget hurtig og å to be able to detect them very quickly and to

kunne følge deres utvikling i løpet av could follow their development during

tiden. the time.

En sprekk i omhyllingen omkring fisjonsmaterialet bevirker at det i gasstrøm-men foran sprekken opptrer fisjonsprodukter i atomær tilstand, idet disse produkter er faste eller gassformede og sterkt radioaktive og frembringer en rekke like-ledes radioaktive produkter. Disse radioaktive produkter som unnslipper gjennom sprekker, kan eventuelt være elektrisk la-det. A crack in the casing around the fission material causes fission products to appear in the gas flow in front of the crack in an atomic state, as these products are solid or gaseous and highly radioactive and produce a number of similarly radioactive products. These radioactive products that escape through cracks may possibly be electrically charged.

Variasjonen av radioaktiviteten som skyldes tilstedeværelsen av disse radioaktive produkter i avkjølingsgassen, kan oppdages i den samlede gasstrøm. Ved hjelp av et apparat av ioniseringskammer-typen, Geigertellertypen, proporsjonaltel-lertypen eller scintillasjonstypen, osv., kan man i den utstrømmende gass påvise en aktivitet som er større enn den normale. The variation in radioactivity due to the presence of these radioactive products in the cooling gas can be detected in the overall gas stream. With the aid of an apparatus of the ionization chamber type, the Geiger counter type, the proportional counter type or the scintillation type, etc., an activity greater than normal can be detected in the flowing gas.

Hvis avkjølingsgassen sirkulerer 1 et lukket kretsløp og hvis den blandes med gasstrømmene fra forskjellige kanaler er det nødvendig at anordningen har en meget kort reaksjonstid i forhold til gassens samlede sirkulasjonstid. Denne reaksjonstid er selve detektor apparatets reaksjonstid, og det følger derav at fisjonsproduktene må kunne «nyttes» i løpet av meget kort tid. If the cooling gas circulates in a closed circuit and if it is mixed with the gas flows from different channels, it is necessary that the device has a very short reaction time in relation to the total circulation time of the gas. This reaction time is the reaction time of the detector itself, and it follows that the fission products must be able to be "used" within a very short time.

Hvis avkjølingen skjer ved hjelp av et fluidum som ledes helt bort etter av-kjølingen, kan man lett ta ut gass fra hver enkelt kanal før gassen er ankommet til det felles samlerom. Den således uttatte gass, som eventuelt inneholder fisjonsato-mer, kommer gjennom sirkulasjonsrør hen til en passende detektor, som d dette tilfelle kan være anbragt i stor avstand fra reaktoren. Herved økes beskyttelsen av og tilgjengeligheten til apparatet. If the cooling takes place with the help of a fluid that is led away completely after the cooling, gas can easily be removed from each individual channel before the gas has arrived in the common collection room. The thus removed gas, which possibly contains fission atoms, comes through circulation pipes to a suitable detector, which in this case can be placed at a great distance from the reactor. This increases the protection and availability of the device.

Når antallet av staver er meget stort, må antallet av detektorer av økonomiske grunner være mindre enn antallet av sta-vens kanaler. When the number of rods is very large, the number of detectors must be smaller than the number of channels of the rod for economic reasons.

Oppfinnelsen angår altså en anordning for deteksjon av eventuelle lekkasjer gjennom hylstere som omgir brennelementer som er anbragt i et stort antall av kanaler inne i en heterogen kjernereaktor, og som avkjøles av gasstrømmer som sirkulerer gjennom reaktoren i varmeutvekslende forhold til de nevnte elementer, hvor de nevnte brennelementer under reaktorens normale funksjon avgir gassformede fisjonsprodukter samt faste fisjonsprodukter som forblir innenfor hylsterne, men som — i tilfelle av at det oppstår sprekk i hylsteret — passerer ut gjennom denne sprekk og inn i gasstrømmen som er i berøring med det sprukne hylster, hvor anordningen innbefatter en eneste detektor for radioaktivitet, ett angiver- og/eller registreringsapparat for vedkommende indikasjoner samt innretninger som suksessivt tar ut gassformede prøver fra de forskjellige kanaler i reaktoren, og oppfinnelsen er karakterisert ved at for hurtig og sikkert å lokalisere den kanal, i hvilken det har funnet sted et hylsebrudd, blir de nevnte innretninger satt i virksomhet syklisk med forholdsvis stor arbeidstakt, at detektoren er plasert i et kammer som har stort volum og i gasstrømmens retning er plasert bak et filter, slik at bare de gassformede fisjonsprodukter trenger inn i det nevnte kammer, og at fisjonsproduktene som har kortvarig levetid, får tid nok til i kammeret å danne faste fisjonsprodukter, og at det nevnte kammer like overfor den nevnte detektor, inneholder et filtrerende bånd som kan fastholde og konsentrere de faste produkter som resulterer av den avtagende radioaktivitet hos de gassformede fisjonsprodukter i det nevnte kammer, samt mekanismer for å bevege det filtrerende bånd gjennom kammeret i en lengde som minst tilsvarer det parti av båndet som befinner seg inne i kammeret hver gang de nevnte innretninger tilfører en neste gassprøve, slik at det fra detektorens forside holdes borte slike faste fisjonspartikler som resulterer fra minskningen av radioaktiviteten i det nevnte kammer av de gassformede fisjonsprodukter som skriver seg fra en bestemt kanal. The invention therefore relates to a device for detecting any leaks through casings that surround fuel elements that are placed in a large number of channels inside a heterogeneous nuclear reactor, and which are cooled by gas streams that circulate through the reactor in a heat-exchange relationship with the aforementioned elements, where the aforementioned fuel elements during the normal operation of the reactor emit gaseous fission products as well as solid fission products which remain within the casings, but which — in the event of a crack in the casing — pass out through this crack and into the gas stream in contact with the cracked casing, where the device includes a single detector for radioactivity, an indicating and/or recording device for the relevant indications as well as devices which successively take out gaseous samples from the various channels in the reactor, and the invention is characterized by quickly and safely locating the channel in which it has a sleeve fracture occurred, the aforementioned devices are put into operation cyclically with a relatively high working rate, that the detector is placed in a chamber that has a large volume and is placed behind a filter in the direction of the gas flow, so that only the gaseous fission products penetrate into the said chamber, and that the fission products which has a short life, is given enough time in the chamber to form solid fission products, and that said chamber just opposite the said detector contains a filtering band which can retain and concentrate the solid products resulting from the diminishing radioactivity of the gaseous fission products in the said chamber, as well as mechanisms for moving the filtering tape through the chamber in a length that at least corresponds to the part of the tape that is inside the chamber each time the said devices add a next gas sample, so that such solids are kept away from the front of the detector fission particles resulting from the reduction of the radioactivity in the said chamber of the g ace-shaped fission products that emanate from a specific channel.

Når overvåkingen skjer ved utnyttelse av faste radioaktive elementer som inne-holdes i unnveket avkjølingsgass, får anordningen en stor følsomhet ved konsen-trering av disse elementer derved at de tilbakeholdes av et passende filter, f. eks. bestående av forskjellige slags fibre, elek-trostatiske fibre som utnytter disse ato-mers eventuelle ladning, osv. When the monitoring takes place by utilizing solid radioactive elements that are contained in avoided cooling gas, the device becomes highly sensitive when these elements are concentrated by retaining them by a suitable filter, e.g. consisting of different types of fibres, electrostatic fibers which utilize the possible charge of these atoms, etc.

Akkumuleringen av faste radioaktive elementer på dette filter forsterker detek-torvirkningen. En slik forsterkning er sær-lig fordelaktig hvis avkjølingsgassen får en normalt sterk radioaktivitet ved sin pas-sering i reaktoren, hvilket ellers kunne maskere den signalvirkning som skyldes at fisjonsprodukter unnviker gjennom en sprekk i apparatomhyllingen. The accumulation of solid radioactive elements on this filter enhances the detector effect. Such an amplification is particularly advantageous if the cooling gas acquires a normally strong radioactivity when passing through the reactor, which could otherwise mask the signal effect due to fission products escaping through a crack in the apparatus casing.

I henhold til oppfinnelsen, plaseres detektoren i et passende volum av den kjølegass som skal analyseres. I det således anvendte analysekammer måler detektoren den utstråling som sendes ut av de gassformede eller faste elementer, som spaltes i det øyeblikk de passerer kammeret. Det kan for dette formål anvendes alle slags strålemålingsapparater, for eksempel ionisasjonskammere med gassirku-lasjon eller lukkede kammere, Geiger- eller proporsjonaltellere, scintillasjonstellere, osv. According to the invention, the detector is placed in a suitable volume of the cooling gas to be analyzed. In the analysis chamber used in this way, the detector measures the radiation emitted by the gaseous or solid elements, which are split the moment they pass the chamber. All kinds of radiation measuring devices can be used for this purpose, for example ionization chambers with gas circulation or closed chambers, Geiger or proportional counters, scintillation counters, etc.

Dette arrangeent gir god deteksjons-følsomhet, spesielt i reaktorer hvor kjøle-luften ledes bort og går tapt. This arrangement provides good detection sensitivity, especially in reactors where the cooling air is led away and lost.

Når en enkelt detektor skal anvendes for å undersøke flere kanaler, kan det eventuelt anordnes en passende innretning til overvåking av den kanal hvori en defekt opptrer. When a single detector is to be used to examine several channels, a suitable device can possibly be arranged to monitor the channel in which a defect occurs.

Vel måling av aktivitetsstyrken av fisjonsproduktene som finnes i kjølegassen, kan man måle størrelsen av sprekkens innvirkning. By measuring the activity strength of the fission products found in the cooling gas, one can measure the size of the crack's impact.

Den vedføyede tegning viser skjema-tisk et utførelseseksempel på oppfinnelsen. The attached drawing schematically shows an embodiment of the invention.

Det er i dette eksempel forutsatt at det gjelder en reaktor i hvilken det benyttes naturlig uran og grafitt, som avkjøles ved hjelp av luft. Men oppfinnelsen kan anvendes for en hvilken som helst reaktor som avkjøles ved hjelp av gass. In this example, it is assumed that it concerns a reactor in which natural uranium and graphite are used, which are cooled with the help of air. But the invention can be used for any reactor that is cooled by gas.

Reaktoren har en grafittblokk 1 i hvilken det er anordnet kanaler, av hvilke bare en kanal 2 er vist på tegningen. I kanalen 2 er det plasert en uranstav 3. Grafittblok-ken 1 er omgitt av en betongmur 4. The reactor has a graphite block 1 in which channels are arranged, of which only one channel 2 is shown in the drawing. A uranium rod 3 is placed in the channel 2. The graphite block 1 is surrounded by a concrete wall 4.

Ved utløpet av kanalen 2 er det anbragt en spesiell sonde 5, som kan ta ut en prøve av kjøleluft. Denne luft passerer gjennom en propp 6 med omgivende hylse 7 til atmosfæren utenfor reaktoren. Et rør 8 leder denne luft til detektoranord-ningen. Det foregår en intermitterende undersøkelse (deteksjon) ved suksessivt å undersøke forskjellige kanaler. At the outlet of the channel 2, a special probe 5 is placed, which can take a sample of cooling air. This air passes through a plug 6 with a surrounding sleeve 7 to the atmosphere outside the reactor. A pipe 8 leads this air to the detector device. An intermittent examination (detection) takes place by successively examining different channels.

Ved hjelp av et elektrisk koplingsap-parat, som er utstyrt med gjennom-slip-ningskraner og som en helhet er betegnet med tallet 9, kan det mot selve detektoren 10 ledes en hvilken som helst luft-strøm blant luftstrømmer fra en gruppe av kanaler. Hvis denne gruppe omfatter for eksempel 135 kanaler vil varigheten av en undersøkelse som tar 20 sek. pr. kanal, bevirke at en og samme kanal un-dersøkes to ganger i løpet av 45 minutter. Denne tidslengde er hensiktsmessig og til-strekkelig til at man oppdager en riss før denne blir farlig. Apparatets kraner 9 styres av en strømvender 11. By means of an electrical coupling device, which is equipped with through-grinding taps and as a whole is denoted by the number 9, any air flow among air flows from a group of ducts can be directed towards the detector 10 itself. If this group includes, for example, 135 channels, the duration of a survey that takes 20 sec. per channel, causing one and the same channel to be examined twice within 45 minutes. This length of time is appropriate and sufficient to detect a scratch before it becomes dangerous. The device's taps 9 are controlled by an inverter 11.

Detektoren er en stråleteller 12, som påvirkes av p-stråler fra fisjonsproduktene og påvirkes lite av |3-partikler fra argon 41 (som opptrer på grunn av at argon 40 i avkjølingsluften aktiviseres og inneholder den største del av den naturlige aktivitet som denne luft får ved å passere gjennom reaktoren) samt av gammastråler. Diskri-minering oppnås ganske enkelt ved passende valg av tellerens veggtykkelse. Telleren er omgitt av et hus 13 til hvilket det ledes gass fra kanalen 2. Telleren måler strålingen fra gassmassen som befinner seg i huset. Gjennom dette hus 13 passerer et bånd 23 som er istand til å filtrere de radioaktive elementer, og dette bånd er slik anordnet at det for hver stillings-veksling av kommutatoren 11 føres frem et stykke svarende minst til husets 13 bred-de, hvilket gjør det mulig at et parti av filteret kan holdes intakt for hver ny ka-nalundersøkelse. En elektronisk innretning, som er analog med de kjente integratorer, forsterker tellerimpulsene og gir disse en elektrisk spenning som registreres på et kontinuerlig arbeidende nedskrivningsap-parat 15. Ved hjelp av en pumpe 16 foregår det en tvangsføring av luft gjennom de nevnte rør og ut gjennom skorstenen 17. De luftvolumer som avgis fra hvert enkelt rør i deteksjonsøyeblikket kan for eksempel være av størrelsesordenen 1 liter/ sek. Et foran detektoren 10 anbragt filter 10 hindrer at detektoren forurenses av støv. The detector is a radiation counter 12, which is affected by p-rays from the fission products and is little affected by |3-particles from argon 41 (which occurs because argon 40 in the cooling air is activated and contains the largest part of the natural activity that this air gets by passing through the reactor) as well as by gamma rays. Discrimination is simply achieved by appropriate selection of the wall thickness of the counter. The counter is surrounded by a housing 13 to which gas is led from channel 2. The counter measures the radiation from the mass of gas located in the housing. Through this housing 13 passes a belt 23 which is able to filter the radioactive elements, and this belt is arranged in such a way that for each change of position of the commutator 11 a piece corresponding at least to the width of the housing 13 is advanced, which makes it possible that a part of the filter can be kept intact for each new channel examination. An electronic device, which is analogous to the known integrators, amplifies the counter impulses and gives them an electrical voltage which is recorded on a continuously working recording device 15. With the help of a pump 16, air is forced through the aforementioned pipes and out through the chimney 17. The air volumes emitted from each individual pipe at the moment of detection can, for example, be of the order of 1 litre/sec. A filter 10 placed in front of the detector 10 prevents the detector from being contaminated by dust.

Innretningen arbeider på følgende måte: Hvis avkjølingsluftens aktivitet hol-der seg under en viss verdi, som svarer til det normale maksimum som radioaktiviteten skal kunne anta i denne luft, roterer kommutatoren 11 jevnt og kranene i apparatet 9 blir suksessivt åpnet, hvorved radioaktiviteten i de enkelte kanaler av reaktoren kan måles i kanalenes rekke-følge. The device works in the following way: If the activity of the cooling air stays below a certain value, which corresponds to the normal maximum that the radioactivity should be able to assume in this air, the commutator 11 rotates evenly and the taps in the device 9 are successively opened, whereby the radioactivity in the individual channels of the reactor can be measured in the order of the channels.

Hvis det i et visst øyeblikk i en av ka-nalene skjer at kjøleluftens aktivitet over-stiger en på forhånd bestemt verdi, vil en kontakt 19 i registreringsapparatet 15 stanse kommutatorens 11 undersøkelses-virksomhet, f. eks. ved å energisere en elektromagnet 22, og sette i virksomhet to varselsapparater, av hvilke det ene er et lydgivende apparat 21 som forteller at kommutatoren er stanset og det annet er et lysapparat 20 som betegner den kanal det gjelder. If at a certain moment in one of the channels it happens that the activity of the cooling air exceeds a predetermined value, a contact 19 in the recording device 15 will stop the commutator 11's examination activity, e.g. by energizing an electromagnet 22, and setting into operation two warning devices, one of which is a sound-emitting device 21 that tells that the commutator is stopped and the other is a light device 20 that indicates the channel in question.

En ikke vist anordning som er analog med den foran beskrevne, muliggjør en kontinuerlig prøvetagning i vedkommende kanal og at man kan følge utviklingen av sprekkdannelsen, samtidig som anordningen kan fortsette overvåkningen i de andre kanaler. A device, not shown, which is analogous to the one described above, enables continuous sampling in the relevant channel and that the development of crack formation can be followed, while the device can continue monitoring in the other channels.

Claims

Device for the detection of possible leaks through casings that surround fuel elements that are placed in a large number of channels inside a heterogeneous nuclear reactor, and which are cooled by gas streams that circulate through the reactor in a heat-exchange relationship with the aforementioned elements, where the aforementioned fuel elements under the reactor's normal operation emits gaseous fission products as well as solid fission products which remain within the casings, but which — in the event of a crack in the casing — pass out through this crack and into the gas stream in contact with the cracked casing, the device comprising a single detector for radioactivity, an indicating and/or recording device for the relevant indications as well as devices which successively take gaseous samples from the various channels in the reactor, characterized in that to quickly and safely locate the channel in which a sleeve rupture has taken place, the aforementioned facilities are put into operation cyclically with a relatively large working rate, that the detector is placed in a chamber that has a large volume and in the direction of the gas flow is placed behind a filter, so that only the gaseous fission products penetrate into the aforementioned chamber, and that the fission products that have a short life, gets enough time in the chamber to form solid fission products, and that said chamber directly opposite said detector contains a filtering band that can retain and concentrate the solid

products resulting from the decreasing radioactivity of the gaseous fission-

products 1 the said chamber, as well as mechanisms for moving the filtering tape through the chamber in a length that at least corresponds to the part of the tape that is inside the chamber each time the said devices supply a next gas sample, so that it is kept away from the front of the detector such solid fission particles that result from the reduction of radioactivity

the head in the aforementioned chamber of the gaseous fission products that escape from a specific channel.