DE1489895C - Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an Kernreaktorbrennelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an einem in einem Reaktorkern eines Kernreaktors angeordneten Brennelement mit Strahlungsdetektoren, die am Kühlmittelaustrittsende von Brennelementkanälen angeordnet sind.

Für den Nachweis von Hüllenschäden sind verschiedene Einrichtungen bekannt. Bei einer dieser Einrichtungen wird das aus dem Reaktor kommende Kühlmittel hinsichtlich seiner Konzentration an Spaltprodukten untersucht und aus einer ansteigenden Spaltproduktaktivität auf einen Hüllenschaden geschlossen. Da das Kühlmittel aber als Gemisch aus einer Vielzahl von Brennelement-Kühlkanälen kommt, ist eine einfache Lokalisierung des defekten Brennelements nicht möglich. Mit Hilfe veränderter Betriebszustände des Reaktors, wie z. B. Neutronenflußabsenkungen in einzelnen Bereichen der Spaltrone, kann das defekte Brennelement unter erheblichem Zeitaufwand lokalisiert werden. Dabei ist jedoch die Nachweisempfindlichkeit klein, weil in dem Kühlmittelgemisch die Spaltproduktaktivität verdünnt wird.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung ist ein großer apparativer Aufwand erforderlich, weil an jedem Brennelement ein Teil des Kühlmittelstromes entnommen, mittels Rohrleitungen durch den Reaktordruckbehälter geführt und in bekannter Weise auf Spaltproduktaktivität untersucht wird.

Aus der USA.-Patentschrift 2974096 ist ferner eine Meßeinrichtung bekannt, die mit Gammastrahlen-Detektoren arbeitet. Da jedoch die üblicherweise in der Nähe eines Reaktorkerns vorhandene Gamma-Strahlung weit höher als die für derartige Detektoren verträgliche Intensität ist, müssen Gamma-Messungen am Kühlmittel zum Nachweis eines Hüllenschadens notwendigerweise außerhalb des vom biologischen Schirm umschlossenen Raumes vorgenommen werden. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Kühlmittelleitungen aller Brennelemente den biologischen Schirm durchdringen müssen und dabei durch Laufzeiteffekte erzeugte Meßwertverfälschungen auftreten können, die insbesondere auch bei schnellen Reaktoren zu einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit führen.

Es ist auch bekannt (Nuclear Instruments & Methods, Vol. 27, 1964, Seiten 69 bis 73; Nuclear Instruments & Methods, Vol.21, 1963, Seiten 185 bis 191; Nucleonics, Vol.19, 1961, Nr. 9, Seite 88; Nucleonics, Vol. 15, 1957, Nr. 12, Seiten 54 bis 58) an wassergekühlten Reaktoren Brennelement-Hüllenschäden mit Spaltprodukt-Monitoren nachzuweisen, die Beta-Strahlung mit einem Cerenkov-Detektor messen. Solche Detektoren für Beta-Strahlung können jedoch innerhalb des biologischen Schirmes kaum verwendet werden, weil die dort vorhandene hochenergetische Gamma-Strahlung aus der Detektorwand Photoelektronen auslöst und dadurch eine Messung der Beta-Strahlung erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung 6» zum Nachweis eines Hüllenschadens an Kernreaktorbrennelementen zu schaffen, welches die sofortige und genaue Lokalisierung des beschädigten Brennelementes ermöglicht, ohne eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen aus dem Reaktorkern durch den biologischen Schirm nach außen zu führen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stromabwärts vom Brennelement im Kanal ein die Beta-Aktivität messender Kondensator angeordnet ist, an dessen einer für Beta-Strahlung durchlässiger Elektrode das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen andere Elektrode für Beta-Strahlung undurchlässig ist.

Während beim ungestörten Reaktorbetrieb nur die Beta-Aktivität des durch die Neutronenstrahlung aktivierten Kühlmediums angezeigt wird, verursacht ein auftretender Hüllenschaden durch das Austreten von Spaltprodukten in das Kühlmedium eine Vergrößerung der Beta-Aktivität und damit eine Vergrößerung des Meßwertes.

Diese Meßwertvergrößerung ist besonders dort sehr ausgeprägt, wo bei einem Hüllenschaden kurzzeitig große Mengen von Spaltprodukten abgegeben werden, wie z. B. bei UO₂-Brennelementen, in denen sich vor Auftreten des Hüllenschadens ein großer Spaltgasdruck im Brennelement aufbauen kann, der schließlich zum Bruch der Hülle führt, so daß durch das Leck in sehr kurzer Zeit eine größere Menge von Spaltprodukten in das Kühlmittel austritt. Es können, auch mehrere Brennelemente zu Gruppen zusammengefaßt und die Beta-Aktivität des gemeinsam über einen Beta-Aktivitätsdetektor geführten Kühlmittels unmittelbar nach dessen Vorbeiströmen an den Brennelementhüllen gemessen werden. Besonders schnell ist ein defektes Brennelement zu lokalisieren, wenn die Beta-Aktivität des Kühlmittels unmittelbar nach dessen Vorbeiströmen am Leck im Kühlkanal des Brennelementes gemessen wird.

Wegen der im Reaktorkern gleichzeitig auftretenden hochenergetischen Neutronen- und Gamma-Strahlung hoher Intensität wird die Beta-Aktivität des Kühlmittels durch einen Kondensator gemessen, an dessen einer Elektrode, die für Betastrahlung durchlässig ist, das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen beide Elektroden mit einem Strom-Meßinstrument verbunden werden. Da die Kühlkanäle meist Rohre sind, wird die Beta-Aktivität des Kühlmittels vorzugsweise durch einen Zylinderkondensator gemessen, an dessen äußerer Elektrode (Mantelelektrode), die für Betastrahlung durchlässig ist, das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen innere Elektrode für die bis dahin durchdringende Betastrahlung z. B. durch entsprechende Dickendimensionierung undurchlässig ausgeführt ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere darin, daß eine kontinuierliche Kontrolle des Kühlmittels in unmittelbarer Nähe der zu überwachenden Brennelementhülle erfolgen kann, so daß während der Laufzeit des Kühlmittels auftretende Abklingeffekte vernachlässigbar klein bleiben und das Meßsignal nicht beeinflussen. Das Herausführen einer Vielzahl von Kühlmittelleitungen aus dem Reaktorkessel wird vermieden. Durch die Erfindung wird also die Hüllenschadenüberwachung mit einfachen Mitteln zu größerer Meßgenauigkeit gebracht und gleichzeitig eine Vielzahl von Kühlmitteldurchführungen durch den Reaktorkessel beseitigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

An dem Hüllrohr 1, welches zusammen mit dem Kernbrennstoff 2 ein Brennelement bildet, strömt das Kühlmittel 3 innerhalb des durch das Hüllrohr 1 und das Mantelrohr 4 gebildeten Kühlkanales. Im Ausströmungsbereich dieses Kühlkanals wird die

Beta-Aktivität des Kühlmittels durch einen aus den rohrförmigen ' Elektroden 7 und 8 und dem Dielektrikum 12 gebildeten Zylinderkondensator gemessen, indem das Kühlmittel an der äußeren Kondensatorelektrode 7, die für die Beta-Strahlung durchlässig ist, vorbeiströmt. Die Messung wird durchgeführt, indem die beiden Kondensatorelektroden über die Zuleitungen 9 und 10 mit einem Strom-Meßinstrument 11 verbunden werden. Der angezeigte elektrische Strom entsteht durch die Beta-Teilchen 6, die aus dem Kühlmittel durch die Elektrode 7 in das Dielektrikum 12 eintreten. Werden die Beta-Teilchen im Dielektrikum abgefangen, dann erhält man einen Verschiebungsstrom. Das Dielektrikum kann aber auch so ausgeführt werden, daß der größte Teil der Beta-Teilchen bis zur Elektrode 8 vordringen kann, dann wird die Elektrode 8 zweckmäßig so ausgeführt, daß sie für diese Beta-Teilchen undurchlässig ist und sie auffängt. Durch einen Hüllenschaden 5 treten aktive Brennstoffteilchen bzw. Brennstoffspaltprodukte in das Kühlmittel 3 und erhöhen dessen Beta-Aktivität beträchtlich, so daß der Schaden in der Brennelementhülle am Strom-Meßinstrument 11 angezeigt wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Nachweis eines Hüllenschadens an einem in einem Reaktorkern eines Kernreaktors angeordneten Brennelement mit Strahlungsdetektoren, die am Kühlmittelaustrittsende von Brennelementkanälen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts vom Brennelement im Kanal ein die Beta-Aktivität messender Kondensator angeordnet ist, an dessen einer für Beta-Strahlung durchlässiger Elektrode (7) das Kühlmittel vorbeiströmt und dessen andere Elektrode (8) für Beta-Strahlung undurchlässig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator als Zylinderkondensator ausgebildet ist, dessen äußere Elektrode (7) für Beta^Strahlung durchlässig ist und dessen innere Elekrode (8) für Beta-Strahlung undurchlässig ist.

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