SE458405B - Anordning foer maetning av lokalt alstrad effekt i en kaernreaktors braenslepatron - Google Patents

Description

458 405 Hittillfsäad Qxfiellertid gammastrålningstermometrar i praktiken använts nästan uteslutande i tungvattenreaktorer där de alstrar signaler som är proportionella mot den specifika värmeproduktionen utan att härvid någon kompensation med avseende på antingen uranets utarmning under_ reaktorns driftstid, eller mätapparatens minskade känslighet är nöd- vändig. Dessutom uppvisar dessa apparater hög stabilitet, eftersom gammastrålningens absorption endast beror på den absorberande kroppens densitet och inte pâverkas av variationer föranledda av förändringar i atom- eller isotopstrukturen, som fallet är hos detektorer av andra typer. Neutronflödets inverkan på materialet är i detta fall således försumbar med avseende på de egenskaper som är avgörande för gamma- strâlningens absorption och för den resulterande temperaturökningen.

Hittills konstruerade gammastrålningstermometrar, i synnerhet sådana för tungvattenrcaktorer, lämpar sig endast för punktmätningar av ener- gi i storleksordningen mw/g. Dessa apparater använder i allmänhet en absorberande metallmassa som är anordnad inuti_ett skyddshölje vilket i sin tur är anordnat bland hränslcelementen i härden. En del av denna massa, som är i kontakt med höljet och den yttre omgivningen, har i- huvudsak samma temperatur som denna omgivning och en annan del av mas- san år förbunden med den första delen men anordnad i en isolerad kam- mare, varvid utrymmct mellan den andra delen och höljet antingen är fyllt med en gas (eventuellt luft), eller är evakuerat. Anord- ningen bildar således ett "värmeschakt" i vilket temperatur- skillnaden mellan den absorberande massahs båda delar kan mä- tas med hjälp av termoelement. Med kännedom om den absorberande massans geometriska egenskaper och efter föregående kalibrering kan den absorberande värmemänden, d.v.s. den värmeeffekt som avgives av intilliggande kärnbränsle, fastställas._ Uppfinningen har till uppgift att medge exakt och säker mätning utan någon iakttagbar avvikelse under tidens gång, alltså en synnerligen tillförlitlig mätning, som kan genomföras i ett flertal skilda, på varandra följande zoner utmed bränsle- patronens hela längd.

Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av de särdarg som framgar av bifogade patentkrav. Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med ledning av bifogade ritningar vilka avser utföringsexempel och vilka fig. 1 är en delvis och perspektivisk vy av en kärnreaktors bränslepatron med mätanordningen enligt upp- finningen, Qchfig. 2 är ett längdsnitt i större skala genom 458 405 en utföringsform av uppfinningen.

I perspektivvyn enligt fig. l visas sçhematiskt en bränsle- patronkonstruktion l för en kärnreaktor, i synnerhet en lättvattenreaktor. Konstruktionen innefattar på i och för sig känt sätt ett flertal regelbundet fördelade inkapslade bränslestavar 2 vilkas geometriska disposition upprätthålles av distansgaller 3 som med jämna mellanrum är anordnade i patronen.

Enligt uppfinningen innefattar stavknippet i ett lämpligt utvalt ställe ett omhölje 4 i vars inre mätanordningen S kan införas, i synnerhet skjutas in med sin nedre del.

Mätanordningen S medger en lokal mätning av den av de om- givande bränslestavarna alstrade effekten i olika nivåer vilka i fig. 1 är märkta med pilarna 6. Som framgår av den i större skala ritade fig. 2, så innefattar mätanordningen 5 eller gammastrålningstermometern i huvudsak en cylindrisk stav 7 med liten diameter och stor längd, bestående av ett material som är en god värme- och elledare, företrädesvis en metall såsom rostfritt stål eller en lämplig ledande legering eller ledande keramiskt material.

Den långsträckta staven 7 kan på så sätt utsträcka sig utmed hela längden av det yttre skyddshöljet4 i bränslepatronen 1.

När staven 7 befinner sig i häfiet 4, uppvisar den i de ni- våer där effektmätningar skall åstadkommas (pilmarkeringarna 6 i fig. l) partier 9 med minskat tvärsnitt, som är omgivna av ringformiga kamrar 10, vilka i det visade exemplet be- gränsas av dessa partier 9 och av rörets inre vägg. Sta- ven 7 uqmdsar i skyddsröret ett visst spel ll som medger att staven vid införandet och uttagningen kan glida i röret.

Den cylindriska staven 7 uppvisar en längsgående axiell kanal_ 12 vilken utsträcker sig utmed stavens hela höjd och i vilken en uppsättning termoelement 13 av den ïYP $°m närmare beskrivs i sökandens patent 422 856 är anordnade-Varje termoelenænt 'hör till en av de genom pilarna 6 (fig. l) betecknande mät- zoner som är fördelade utmed röret 4, varvid varje termoelements 458 405 varnzonäeuvställe 14 befinner sig i huvudsak i mitten (sett i höjdled) av varje parti 9 med reducerat tvärsnitt, och kallzonskarvställetlâ befinner sig utanför änden av respektive kammare 10, d.v.s. i det parti 8 av staven 7 som har oredu- cerad diameter.

Kamrarna 10 kan vara fyllda med en inert gas eller evakuerade.

I idealfallet borde gastrycket i dessa kamrar vara högst i stor- leksordningen en miljondel atmosfär, eftersom_vid detta värde är den på gasen beroende värmeledningen obetydlig. Det har emel- lertid visat sig, att när ett sådant vakuum har åstadkommits i kamrarna och ett skyddsrör har används som var framställt av austenitiskt stål eller en krom-nickellegering såsom "Inco- nel",så har efter en tid signalförändringar uppstådd utan att den övervakade effekten har förändrats. Det har funnits att dessa icke normala förändringar av mätsignalerna berodde på det, att ovan nämnda material är i hög grad genomsläppliga för väte- molekyler och att de dessutom vid nämnda vakuum i en avgasnings- process utsänder vätemolekyler.

I det ovan anförda fallet (vakuum 1/11000-000 at' för av austenitiskt stål) har exempelvis efter några timmars drift i en tryckvattenreaktor en minskning av mätsignalen från 4o°c :in 19°c observerats, var-via trycket :in följd av rörets genomsläppbarhet och av avgasningsfenomenet har för- ändrats till l/l0.000 eller t.o.m. en 1/1.000 at.

I den i fig 2 närmare visade utföringsformen enligt uppfinningen tätar ett shflkßrör59 anordningen på så sätt, att i kamrarna 10 ett vakuum i storleksordningen l/l,000.000 at. kan upp- rätthållas. För att undvika de tvâ ovan nämnda olägenheterna, uppvisar röret 50 en dubbel vägg, nämligen en yttre vägg 50a som svarar för den nækaniska motståndsförmågan, och en inre vägg 50b som är av “Zircalloy“."Zircalloy“ användes allmänt i kärnreaktorer, och dess oxid är mycket ogenom- tränglig för väte. Materialet självt absorberar vätemolekyler vid hög temperatur och bildar zirkoniumhydrid. I stället för

Claims (2)

5 e 458 405 "zircalloy" kan även andra metaller och legeringar användas som har liknande egenskaper vad beträffar väteabsorption och bildande av en barriär mot väte. Uppfinningen är inte begränsad till de närmare beskrivna exemplen, utan omfattar också alla andra utföringsformer. Inga närmare detaljer har angivits vad beträffar anslutningen av termoelementens trådar till en yttre mät- och övervak- ningsenhet för behandling av de erhållna signalerna. En sådan enhet kan i varje konkret fall anpassas till de aktuella behoven och driftsförhållandena. Patentkrav

1. Anordning för mätning av lokalt alstrad effekt hos en kârnreaktors brânslepatron,innefattande dels en av ett värme- och elledande material framställd, làngstrâckt, cylindrisk stav (7) i vilken år i lângdled en följd av zoner eller partier (8, 9) med normalt och med reducerat tvärsnitt, samt en utmed stavens längd- axellinje sig strâckande central kanal (12) anordnade, varvid i kanalen år termoelement inrymda vilkas varma skarvstâllen (14) befinner sig i mitten av de snävare zonerna, och de kalla skarv- stâllena i mitten av de bredare zonerna, och dels ett yttre skyddsrör (50) som omsluter staven och tillsammans med denna avgrånsar ett flertal ringformiga isoleringskamrar (10) som år evakuerade eller fyllda med en inert gas, kånnetecknad av, att för att motverka förändringar hos mâtsignalen som har funnits vara förorsakade av i nämnda ísolerinqskamrar genom skyddsrörets material genomslåppta vâtemolekyler, år detta yttre skyddsrör framställt av tvâ skikt (50a, 50b) av olika material, av vilka det ena skiktet på i och för sig känt sätt år avsett att ta emot mekaniska pàkânningar och t ex år framställt av rostfritt stål, medan det_andra skiktet har till uppgift att bilda en för vâtemo- lekyler ogenomtrånglig barriär och år t ex framställt av'en zirkoniumlegering av zirkaloy-typ.

2. Anordning enligt patentkrav 2, kânnetecknad av, att 'nämnda kamrar är evakuerade till ett högt vakuum av exempelvis l/l,O00.000 atm.