DE1265880B - Auflager fuer zu bestrahlende Probekoerper - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES VMT^ PATENTAMT Int. Cl.:

AUSLEGESCHRIFT

1265 88'} G21g

Deutsche Kl.: 21g-21/12

Nummer: 1265 880

Aktenzeichen: E 23069 VIII c/21 g

Anmeldetag: 20. Juni 1962

Auslegetag: 11. April 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Auflager für zu bestrahlende Probekörper, welche in vertikale Experimentierkanäle von Kernreaktoren, vorzugsweise Forschungsreaktoren, eingeführt werden, die Brennstoffelemente mit einem zentralen Bestrahlungskanal für die Aufnahme des Probekörpers aufweisen, wobei das Auflager im Inneren des Bestrahlungskanals für die Aufnahme von Probekörpern angeordnet ist und ein am unteren Ende geschlossenes, den zu bestrahlenden Probekörper aufnehmendes Rohr ίο mit darin enthaltenem Zubehör für das Instellungbringen und das Führen des Kühlmittels aufweist.

Aus den Veröffentlichungen »Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energie«, Vol. 10, ¹S »Kerntechnik«, 1961, H. 4 und »Nucleonics« vom November 1956, sind Bestrahlungskörper bekanntgeworden, die in Kanäle von Reaktoren eingeführt werden, die speziell zu dem Bestrahlungszweck bestimmt sind und keine Brennstoffelemente enthalten. a°

Derartige Anordnungen erzeugen nur einen geringen Neutronenfluß zur Bestrahlung von Probekörpern und sind daher nur sehr begrenzt verwendbar. Aus der Zeitschrift »Nuclear Power« vom Mai 1956, ist ein Brennstoffelement bekanntgeworden, in dessen Innerem in einem dazu bestimmten Raum mehrere Probekörper zur Bestrahlung angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt eine Bestrahlung von Probekörpern mit einem sehr intensiven Neutronenfluß. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die Probekörper nach der Bestrahlung schlecht zu manipulieren und zu entnehmen.

Ferner sind Vorrichtungen mit einem Seil bekannt, an dem die Probekörper hängen und in den Bestrahlungskanal hinabgelassen werden. Diese genügen jedoch vielfach nicht den Anforderungen bezüglich der festen Halterung der Körper während der Bestrahlung und eignen sich nur selten für den zusätzlichen Einbau von Heizelementen, Kühlkanälen usw.

Aus den zuerst genannten Veröffentlichungen und der deutschen Patentschrift 1 071 243 ist es ferner bekanntgeworden, in Reaktorkanälen eine Umkehrkühlung vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auflager für zu bestrahlende Probekörper der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem schnell und einfach die Kanaleinbauten einschließlich Brennelement in den Reaktor einzubringen und aus diesem herauszuziehen sind. Diese Aufgabe soll auch dann noch erfüllt werden, wenn die Einbauten wegen zusatzlicher Kühl-, Heiz- oder Meßvorrichtungen recht j_;„ kompliziert sind.

Auflager für zu bestrahlende Probekörper

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),
Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,

1000 Berlin, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Horst Hermann, Leopoldsburg (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Belgien vom 20. Juli 1961 (483 038)

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das untere Ende des Rohres mit einem Fußteil verriegelbar ist, das zugleich das Rohr zentriert, das lose über das Rohr und die Probe geschobene Brennelement trägt und sich gegen die Wände des Kanals gleitend abstützt, und daß am oberen Ende des Brennelements ein Gegenhalter lose aufliegt, der durch eine Feder von oben auf das Brennelement drückt, wobei die Feder einseitig am Rohr befestigt ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Auflagers ist dieses für die unterschiedlichsten Arten von Versuchen brauchbar. Insbesondere ergeben sich folgende Vorteile:

a) Durch die enge Verbindung zwischen dem Probekörper und dem Brennstoffelement kann die Bestrahlung des Probekörpers mit einem intensiven Neutronenfluß vorgenommen werden, was mit den Anordnungen gemäß den zuerst genannten Veröffentlichungen nicht möglich ist.

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b) Der Probekörper kann auch ohne ein Brenn- über Schrauben 13 an Gewindestopfen 14 befestigt Stoffelement in einen Reaktorkanal eingeführt ist. Der Stopfen steht über den Ring 15 unter dem werden, um Untersuchungen anzustellen, die Anpreßdruck der Schraubenfeder 16. Die Schraubenanderenfalls nur mit den Anordnungen gemäß feder stützt sich auf der Kopfbüchse 17 des Experiden zuerst genannten Veröffentlichungen mög- 5 mentierkanals 9 ab und ist im Raum zwischen der lieh ist. Kopfbüchse und dem Deckelstutzen 18 zur Aufnahme

c) Das Auflager gemäß der Erfindung gestattet es, ^des Gewindestopfens 14 gelagert. Die Aufhängung ist gleichzeitig Probekörper und neue rohrförmige ^s°™\ ^e\^asüsf nfhgiebig. Die Hülse 19 dient zur Brennstoffelemente zu bestrahlen, die an Stelle Auskleidung des Expenrnentierkanalemgangs. _ des Elements angebracht sind. ¹⁰ _A ⁰^f ^Fl£- \ ^und df folgenden Figuren ist in

das Probenrohr 2 koaxial das Leitrohr 24 eingebaut,

Ferner ist das Instellungbringen des Auflagers ge- wodurch der Kühlmittelfluß in eine hin- und rückmäß der Erfindung in einem Reaktorkanal wesent- fließende Strömung unterteilt wird. Das Leitrohr lieh erleichtert, indem es in der gleichen Weise an- reicht bis zur Probe 1 und setzt sich dort in Gestalt gebracht werden kann wie die Brennstoffelemente. 15 des hohlprismatischen Körpers 3 fort. Mit ihrem Die Montage des Brennstoffelements auf dem Auf- oberen Ende münden die beiden Rohre 2 und 24 je lager erlaubt es, leicht und sicher eine genaue Bezugs- in eine Kammer 25,26, die mit den Kthlmitteleinlage zwischen dem den Probekörper aufnehmenden und -austrittsleitungen 27, 28 in Verbindung stehen. Rohr und dem Brennstoffelement herzustellen und Den Kammern 25, 26 ist die unterteilte Vorkammer damit auch die Einheit Brennstoffelement/Probe- 20 29 für die elektrischen Anschlüsse 30 der Heizleiterkörperrohr im Reaktorkanal zuverlässig zu zen- koaxialkabel 31 vorgeschaltet. Die Koaxialkabel tthtrieren. Weiterhin ist, wenn es nötig ist, den Probe- ren durch die Kammern 26, 25 und den sich damn körper zu entnehmen, die Trennung des den Probe- anschließenden Ringraum zwischen den Rohren 2 körper aufnehmenden Rohres und des Brennstoff- und 24 zum prismatischen Haltekörper 3 der Probe, elements außerordentlich leicht zu bewerkstelligen. 25 Das Organ 32 am Ende der Vorkammer ist ein ge-Ferner ergibt sich der Vorteil, daß das Einbringen panzerter Zuführungskabelstecker für die elektrischen des Probekörpers in das den Probekörper auf- Heizleitungen und Thermoelemente, welcher an die nehmende Rohr vom unteren Teil desselben her vor- Vorkammer mit der Überwurfmutter 33 angekupgenommen wird, so daß das Instellungbringen des pelt ist.

Auflagers in dem Rohr vorgenommen werden kann, 30 Das Probenrohr, also das Rohr 2, enthalt im ohne das Rohr bzw. das Leitrohr zu demontieren. unteren Teil (vgl. F i g. 4 und 5), den Tragkörper 3

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden für die Probe, welcher aus schwach neutronenim folgenden an Hand der F i g. 1 bis 8 näher er- absorbierendem Material von guten thermischen läutert, die ein bevorzugtes, doch nicht das einzig Eigenschaften, z. B. Graphit, besteht. Die Probe bemögliche Ausführungsbeispiel zeigen. Es zeigen 35 steht aus einer Säule von Materialscheiben, z. B.

F i g. 1 bis 6 einen unterteilten Längsschnitt durch Berylliumtabletten, rechteckigen Querschnitts (vgl. den Bestrahlungsprobenträger mit Brennstoffelement Fig. 8). Wie Fig. 8 besonders deutlich zeigt, weist und Fuß, der Hohlkörper 3 an seiner Außenseite in Llags-

F i g. 7 einen Schnitt durch den Probenträger nach und Umfangsrichtung Nuten 34, 35 für die Heizder Linie VII-VII (vgl. den Probenrohrabschnitt in 40 wicklung 4 sowie Vorsprünge 36 zur Abstands-F i g. 6) und haltung gegen das Rohr 2 auf. An seiner Innenseite

F i g. 8 einen Schnitt durch den Probenhaltekörper weist er Längskerben 37 zur verdrehungssicheren nach der Linie VIII-VIII, vergrößert herausgezeich- Halterung der Probe auf. Weiter sind noch döernet (vgl. dazu den Probenrohrabschnitt in F i g. 5). bohrungen 38 zur Aufnahme von Thermoelemeäüen

Im einzelnen betreffen die F i g. 1 und 2 den Kopf 45 vorhanden, von denen eines in der Bohrung links des Bestrahlungsprobenträgers und seine Befestigung unten angedeutet ist.

am Reaktorgefäß, die F i g. 3 bis 5 das Mittelteil des Der Hohlkörper ruht auf einem Teller 5, welcher

Trägers mit Probe und Brennstoffelement und F ig. 6 zur Erzwingung der Strömungsumkehr des Köhlden Fuß des Trägers. mittels gewölbte Umlenkflächen 39 aufweist. Er wird

Gemäß den Fig. 1 bis 6 zeigt der Bestrahlungs- 50 von der Schraubenfeder40 getragen, die auf dem probenträger ein die Bestrahlungsprobe 1 aufnehmen- Stopfen 41 am Ende des Probenrohres aufsitzt. Der des, endseitig geschlossenes Rohr 2 (Probenrohr) mit Stopfen trägt konzentrisch zur Feder 40 eine weitere Einbauten 3 bis 6 zur Lagerung und Beheizung der Schraubenfeder 42, die den Halter 43 der Probe äb-Probe sowie Führung des Kühlmittels (Gas), einen stützt. Der Halter spielt in einer entsprechenden zenmit dem Rohrende verriegelbaren Fuß 7, welcher als 55 tralen Bohrung des Tellers, so daß beide gegen-Tragsitz für das Brennstoffelement 8 des betreffenden einander verschiebbar sind. Es besteht somit auch Experimentierkanals 9 dient, das lose über Rohr und zwischen dem Hohlkörper und der Probe Relativ-Probe geschoben ist, und den oberhalb des Brenn- verschiebbarkeit in axialer Richtung. Stoffelements nachgiebig am Rohr 2 gelagerten Gemäß F i g. 6 weist der Stopf en 41 auf der uflte-

Gegenhalter 10 für das Brennstoffelement. Die so 60 ren Seite eine Nase 44 mit starrem Querboben45 gebildete Betriebseinheit befindet sich annähernd auf, die ein Verriegelungsorgan bilden. Sie greifen senkrecht aufgehängt im Experimentierkanal 9, der ge- in einen entsprechenden Verriegelungskanal 46 des meinsam mit weiteren Kanälen das Reaktorgefäß von Fußes 7 nach Art eines Bajonettverschlusses (vgl. oben nach unten in geneigter Lage durchzieht. Vom auchFig.7). Gefäß ist nur die obere Deckelpartie 11 dargestellt. 65 Der Fuß 7 weist weiter peripher rampenartige

Die Aufhängung der Betriebseinheit im einzelnen Widerlager auf, die aus den Flachprofilen 48 und 49 ist aus F i g. 2 ersichtlich. F i g. 2 zeigt, daß das bestehen und zur Abstützung des Brennstoffelements Probenrohr 2 einen Flansch 12 aufweist, mit dem es bestimmt sind. Insgesamt sind drei solcher Wider-

lager vorhanden, die in Umfangsrichtung um 120° über den Fuß bzw. seinen zylindrischen Tragkörper 50 versetzt sind.

Das Flachprofil 47 ist zur Kanalmitte hin rampenartig abgeschrägt und bildet das eigentliche Auflager, während die Profile 48, 49 das Teil 47 laschenartig umschließen. Sie stehen dabei im Bereich der Schräge über, so daß eine Art Einlaufschlitze für die Füße des Brennstoffelements gebildet wird. Die Kurven 51, 52 erleichtern das Einführen der Füße.

Die Füße des Brennstoffelements sind gemäß den F i g. 4 und 5 als Kufen 53 ausgebildet, die sich nach oben in den Tragrippen 54 der Brennstoffplatten 55 fortsetzen. Am oberen Ende weisen die Tragrippen ebenfalls wieder Kufen 56 auf, wodurch sich ein symmetrischer Aufbau des Brennstoffelements ergibt. Zur Zentrierung und Führung des Fußes 7 und damit der gesamten Anordnung im Experimentierkanal dienen die Gleitfedern 57, die vom Fuß her an der Wandung des Experimentierkanals anliegen.

Der Gegenhalter des Brennstoffelements, also das auf dem Probenrohr 2 befindliche Bauteil 10 gemäß F i g. 4, ist in gleicher Weise wie der Fuß — nur ohne Verriegelungsmechanismus — ausgebildet.

Es sind wieder drei um 120° gegeneinander versetzte Widerlager mit den Flacheisen 58, 59, 60 am Rohrkörper 61 vorhanden, in die die oberen Kufen 56 des Brennstoffelements eingreifen (vgl. Fig.4). Dabei steht der Gegenhalter unter dem Anpreßdruck der auf dem Probenrohr 2 gelagerten Schraubenfeder 62. Die Feder ist in einer das Rohr 2 konzentrisch umschließenden Führungshülse 63 gelagert, die zusammen mit dem Federsitz 64 fest mit dem Probenrohr verbunden ist. Der Gegenhalter weist Gleitfedern 65 zur oberen Zentrierung und Führung der Anordnung auf.

Der Zusammenbau der ganzen Betriebseinheit erfolgt außerhalb des Reaktors in der Weise, daß zunächst das Brennstoffelement mit seinen Kufen in die Widerlager des bereitgestellten Fußes gesetzt wird. Dann wird das mit der Probe, dem Gegenhalter und den erforderlichen Anschlüssen für Heizung und Kühlung ausgerüstete Probenrohr von oben in das Brennstoffelement eingeführt und so lange vorgeschoben, bis die oberen Kufen des Brennstoffelements in den Gegenhalter einrücken und unten die Verriegelungsteile des Probenrohrs im Fuß einrasten. Die so gebildete Betriebseinheit wird nun von oben in das Reaktorgefäß eingelassen und am Gefäßdeckel verschraubt.

Der Einbau der Bestrahlungsprobe in das Probenrohr geschieht zuvor in der Weise, daß durch das zunächst offene Rohrende 66 bei entferntem Rohrstopfen und herausgenommenen Tragorganen die Probe mit dem elektrisch angeschlossenen Haltekörper in das Rohr eingeführt wird. Dann werden die Tragorgane und der Stopfen eingeführt und der Kragen 67 des Stopfens am Rohrende verschweißt. Wie ersichtlich, ragen Kragen und Probenrohr über den Stopfen weit hinaus, so daß ein mehrmaliges Abtrennen und Anbringen der Schweißnaht beim Probenwechsel möglich ist.

Aus den F i g. 1 bis 6 geht hervor, daß sich die Bestrahlungsprobe und das Brennstoffelement im unteren Teil des Probenrohrs befinden. Das hat bei der Beschickung und Entladung des Reaktors Bedeutung, wenn dieser in ein mit Abschirmungsflüssigkeit gefülltes Becken eingetaucht ist.

Man kann jetzt das Niveau der Flüssigkeit niedrig halten, da sich die »heißen« Teile der Betriebseinheit relativ zum Flüssigkeitsspiegel in tiefster Lage befinden und so die Flüssigkeitsschicht über dem Reaktor beim Be- und Entladen der Reaktorkanäle für die Abschirmung vollständig ausreicht.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Auflager für zu bestrahlende Probekörper, ίο welche in vertikale Experimentierkanäle von Kernreaktoren, vorzugsweise Forschungsreaktoren, eingeführt werden, die Brennstoffelemente mit einem zentralen Bestrahlungskanal für die Aufnahme des. Probekörpers aufweisen, wobei das Auflager im Innern des Bestrahlungskanals für die Aufnahme von Probekörpern angeordnet ist und ein am unteren Ende geschlossenes, den zu bestrahlenden Probekörper aufnehmendes Rohr mit darin enthaltenem Zubehör für das

zo Instellungbringen und das Führen des Kühlmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (66) des Rohrs (2) mit einem Fußteil (7) verriegelbar ist, das zugleich das Rohr (2) zentriert, das lose über das Rohr (2) und die Probe (4) geschobene Brennelement (55) trägt und sich gegen die Wände des Kanals (9) gleitend abstützt, und daß am oberen Ende des Brennelements ein Gegenhalter (10) lose aufliegt, der durch eine Feder (62) von oben auf das Brennelement drückt, wobei die Feder einseitig am Rohr befestigt ist.

2. Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) einen hohlprismatischen Körper (3) aus schwach neutronenabsorbierendem Material von guten thermischen Eigenschaften zur Lagerung der Probe enthält, welcher an seiner Außenseite in Längs- und Umfangsrichtung Nuten (34, 35) für eine Heizwicklung (4) sowie Vorsprünge (36) zur Abstandshaltung gegen das Rohr (2) und an seiner Innenseite Längskerben (37) zur verdrehungssicheren Halterung der Probe (1) aufweist.

3. Auflager nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohr (2) zur Unterteilung des Kühlmittelflusses in eine hin- und rückfließende Strömung in an sich bekannter Weise koaxial ein Leitrohr (24) eingeführt ist, das bis zur Probe (1) reicht und dort an dem hohlprismatischen Körper (3) anschließt, und daß zum Bewirken der Strömungsumkehr am Ende des hohlprismatischen Körpers ein federnd gelagerter Teller (5) mit gewölbten Umlenkflächen (39) vorhanden ist, der zugleich den hohlprismatischen Körper trägt, wobei der Hohlkörper und Probe relativ zueinander verschiebbar sind.

4. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) am Verriegelungsende mit einem Stopfen (41) verschlossen ist, der auf einer Seite den gefederten Teller (5) und den hierzu koaxial gelagerten gefederten Probensupport (43) trägt und auf der anderen Seite eine Verriegelungsnase (44) zum Eingreifen in einen Verriegelungskanal (46) des Fußes (7) aufweist.

5. Auflager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußteil (7) peripher rampenartige Widerlager (47 bis 49) zur Aufnahme von entsprechend ausgebildeten Tragkufen (51,52)

des Brennstoffelements sowie Gleitfedern (57) zur Zentrierung und Führung des Rohrs (2) aufweist.

6. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter (10) sich wie das Fußteil (7) gleitend an der Wand (9) des Experimentierkanals abstützt und Mittel (65) zum Zentrieren und Führen des Brennelements aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 071 243;

Proceedings of the Second United Nations Int. Conf. on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Vol. 10, S. 329, 330, 324;

Nucleonics, November 1956, S. 139; Kerntechnik, 3. Jahrgang 1961, H. 4, S. 161; Nuclear Power, Mai 1956, S. 42.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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