DE2332958A1

DE2332958A1 - Verfahren zum erkennen von undichtigkeiten der huellen von kernbrennstoffnadeln mit hilfe von indikatorgasen und kapsel zum durchfuehren eines solchen verfahrens

Info

Publication number: DE2332958A1
Application number: DE2332958A
Authority: DE
Inventors: Pierre Boyer; Henri Pellissier; Michel Wacongne
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-01-10
Also published as: FR2191216B1; FR2191216A1; JPS5322635B2; JPS4950391A; DE2332958C2; GB1411308A

Description

Verfahren zum Erkennen von Undichtigkeiten der Hüllen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen und Kapsel zum Durchführen eines solchen

Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Undichtigkeiten der Hüllen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen, die in geschlossenen Kapseln in die zu überwachenden Hüllen eingebracht und darin auf thermischem Wege freigesetzt werden, sowie auf zum Durchführen eines solchen Verfahrens geeignete Kapseln.

Die Markierung eines Austritts von Kernbrennstoff beim Undichtwerden einer ihn umgebenden Hülle mit Hilfe von Indikatorgasen ist bereits bekannt. Die in das Innere einer Kernbrennstoffnadel eingeführten Indikatorgase können solange nicht daraus entweichen, wie die den Kernbrennstoff umgebende

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Hülle dicht geschlossen ist. Das Auftreten der Indikatorgase außerhalb der den Kernbrennstoff umgebenden Hüllen ist daher ein Anzeichen dafür, daß diese Hüllen sich in schlechtem Zustand befinden und gegebenenfalls ersetzt werden müssen.

Bekannt ist weiter ein Verfahren zum Lokalisieren von solchen HüllenbrUchen, das darin besteht, daß sämtliche Kernbrennstoffnadeln einer Kernbrennstoffanordnung mit einem spezifischen Indikatorgas markiert werden. Kommt es nun zu einem Hüllenbruch in der Kernbrennstoffanordnung, so braucht nur noch die Zusammensetzung des freigesetzten Indikatorgases festgestellt zu werden, um zu wissen, in welcher Kernbrennstoffanordnung bzw. an welcher Stelle im Kernreaktor der HUllenbruch aufgetreten ist. Dabei wird die Lokalisierungsgenauigkeit umsogrößer, je größer die Anzahl der verfügbaren Indikatorgase ist.

Bei einem Atomkernreaktor mit schnellen Neutronen werden als solche Indikatorgase stabiLäTe Isotope des Xenons und genauer Mischungen des natürlichen Xenons mit Xenonisotopen verwendet. Auf diese Weise erhält man Indikatorgase, die

129 124 129 126 durch die Isotopenverhältnisse Xe /Xe , Xe /Xe und Xe /Xe · " " _ . gekennzeichnet sind.

In gleicher Weise lassen sich Mischungen der Isotope des Kryptons als Indikatorgase verwenden, wobei diese Mischungen durch die Isotopenverhältnisse Kr /Kr' , Kr /Kr

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und Kr /Kr gekennzeichnet sind.

Die jeweiligen Mischungen aus den Isotopen des Xenons und des Kryptons können für sich allein, aber auch in gegenseitiger Mischung in die Hüllen der Kernbrennstoffnadeln eingeführt werden, wodurch sich eine weitere Vergrößerung in

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der Anzahl der möglichenJKombinationen und damit eine Verbreiterung des Bereichs für die Erkennungsmöglichkeit von HülleribrUchen ergibt.

Vor ihrer Einbringung in das Innere einer Kernbrennstoffnadel werden die Indikatorgase bei dem bekannten Verfahren in dichte Kapseln eingeschlossen, die aus einem Material mit niedriger Schmelztemperatur wie beispielsweise Indium bestehen. Die Indikatorgase werden dann aus diesen Kapseln freigesetzt, sobald die Temperatur in den Kernbrennstoffnadeln ausreicht, um das Material der Kapseln zum Schmelzen zu bringen. Eine solche Art der Einbringung der Indikatorgase in die Kernbrennstoff nadeln hat jedoch den Nachteil, daß das die Kapsel bildende Metall wie Indium nur eine geringe Pließfestigkeit zeigt und daher die Gefahr besteht, daß die Kapsel sich unter der Einwirkung erhöhter Drucke vorzeitig öffnet. Außerdem erweist sich das geschmolzene Material der Kapseln, das in den Kernbrennstoff eindringt, als ein für den Betrieb des Atomkernreaktor?, störendes Element.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Erkennung von Undichtigkeiten der Hüllen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen aufzuzeigen, die unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile eine Freisetzung der Indikatorgase im Inneren der zu überwachenden Hüllen ohne die gleichzeitige Erzeugung von Elementen gewährleistet, die ihrerseits zu Hüllenbrüchen Anlaß geben können.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Indikatorgase in die Hüllen in Kapseln eingebracht werden, die aus einem Material mit oberhalb der

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Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln liegendem Schmelzpunkt bestehen und durch Schmelzverschlüsse aus einem Materia], mit unterhalb dieser Betriebstemperatur liegendem Schmelzpunkt verschlossen sind.

Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Kapsel für die Aufnahme von Indikatorgasen ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Material mit oberhalb der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln liegendem Schmelzpunkt besteht und durch einen SchmelzverschluS aus einem Material mit oberhalb dieser Betriebstemperatur liegendern Schmelzpunkt verschlossen ist.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelangen die Indikatorgase in eine aus nichtschmelzbarem Material bestehende Kapsel eingeschlossen in das Innere der Kernbrennstoffnadeln, und diese Kapseln enthalten einen Auslaß für die Indikatorgase, der durch einen Schmelzverschluß verschlossen ist, der bei einer unterhalb der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln im Atomkernreaktor liegenden Temperatur zum Schmelzen kommt und dann die Indikatorgase in das Innere der Kernbrennstoffnadeln hinein austreten läßt. Dieser Schmelzverschluß der Kapseln kann insbesondere in einer Eins&iürung im Kapselhals liegen, und in Ausströmrichtung der Indikatorgase gesehen hinter dieser Einschnürung kann ein poröser Stopfen aus einem bei der Betriebstemperatur der Kernbrennstoffnadeln nichtschmelzendem Material angeordnet sein, der einen Austritt von geschmolzenem Material des Schmelzverschlusses aus der Kapsel verhindert, das Indikatorgas selbst jedoch ungehindert aus der Kapsel ausströmen läßt.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Kapseln bestehen bevorzugt aus einem hochschmelzenden Material

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wie rostfreiem Stahl, v/ob ei dieses Material analo:; zu dem für die H. üllen der Kernbrennstoffnadeln sein kann. Auch die porösen Stopfen für die Kapseln bestehen aus einem hochschmelzenden Material, und sie weisen beispielsweise eine Porosität in der Größenordnung von 20 Mikron auf.

Dank der erfindungsgemä.3 getroffenen Bauv/eise für die Kapseln können die darin eingeschlossenen Indikatorgase nach dem Schmelzen des Sehmelzverschlurses unter der Einwirkung höherer Temperaturen die Kapseln unter Durchqueren von deren porösen Stopfen verlassen, während das geschmolzene Material der Schmelzverschlüsse durch die porösen Stopfen zurückgehalten wird und daher jegliche Vergiftung des Kernbrennstoffs oder seiner Hüllen durch dieses Material vermieden bleibt.

Bei für einen Einsatz in Atomkernreaktoren mit schnellen Neutronen bestimmten Kernbrennstoffnadeln werden die Kapseln bevorzugt in den in diesen Nadeln vorgesehenen Sammelkammern für Spaltgase untergebracht, sie können aber selbstverständlich auch an anderer Stelle in die Kernbrennstoff nadeln eingebracht werden, wie beispielsweise in den Raum, der zwischen den Kernbrennstofftabletten einerseits und dem im Bereich der den Tablettenstapel zusammenhaltenden Feder angeordneten Stopfen andererseits verbleibt.

Das für die Ansammlung der sich aus dem Kernbrennstoff entwickelnden Spaltgase bestimmte Kammervolumen wird im übrigen durch die Anwesenheit der Kapsel mit dem Indikatorgas praktisch nicht verkleinert, da dieses Gas sich nach dem Schmelzen des Schmelzverschlusses der Kapsel über deren porösen Stopfen hinv/eg auch in den Innenraum der Kapsel hinein ausdehnen kann.

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ORIGINAL INSPECTED

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Pur die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Aus führungsbeispieljfür eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Kapsel sowie eine mit einer' solchen Kapsel ausgestattete .Kernbrennstoffnadel dargestellt sind. Dabei.zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel und

Fig.2 einen Axialschnitt durch eine mit einer solchen Kapsel ausgerüstete Kernbrennstoffnadel.

Die in Fig^l dargestellte Kapsel wird aus einem Rohr gezogen, und sie enthält eine Kammer 1, die durch die Wand 3 · dieses Rohres und durch einen Schmelzverschluß 2 begrenzt wird. Die Kammer 1 wird je nach der Art ihres Materials entweder durch eine Schweißnaht 4 oder durch einfaches Zusammenquetschen der Wand 3 verschlossen. Sie findet ihre Fortsetzung in einem Rohrabschnitt 5> der sozusagen einen Schwanz für die Kapsel bildet. Der Schmelzverschluß 2 liegt in einer Einschnürung 6, die durch Zusammendrücken der Rohrwand 3 erhalten werden kann. Ein zwischen der Einschnürung und dem oberen Teil 3' der Rohrwand 3 gelegener Raum 7 wird durch einen porösen Stopfen 8 aus gesintertem rostfreiem Stahl verschlossen; der Stopfen 8 ist dabei im Rohrabschnitt 3' durch zwei Sicken 9 und 10 festgelegt.

Fig. 2 zeigt eine Kernbrennstoffnadel 11 der Bauart FORTISSIMO, die mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kapsel ausgestattet ist, von der insbesondere die Rohrwand 3* die Einschnürung 6 und derjöchwanz 5 erkennbar sind. Von der Kernbrennstoffnadel 11 ist weiterhin deren erste Brennstofftablette 13 dargestellt, die im Inneren der HUlIe

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der Kernbrennstoffnadel 11 auf einem Stützklotz 14 abgestützt ist, der seinerseits durch ein zylindrisches Abstandsstück 15 gehalten wird, das auf einer Ringschulter an einem kegelstumpfförmigen Sockel 17 Halt findet. Der Schwanz 5 der Kapsel ruht auf dem Scheitel lO des Sockels 17j der seinerseits am Grunde 19 der Kernbrennstoff nadel 11 sitzt. Genauer ausgedrückt bildet der von der Hülle 15, dem Stützklotz 14 und dem Grunde 19 der Kernbrennstoff nadel 11 umschlossene Raum eine Sammelkammer für sich im Kernbrennstoff entwickelnde Spaltgase.

Sobald die Temperatur der Kernbrennstoffnadel 11 hinreichend angestiegen ist, um die Schmelzverbindung 2 der Kapsel zum Schmelzen zu bringen, werden die im Inneren der Kammer in der Kapsel enthaltenen Indikatorgase frei und treten durch den porösen Stopfen 8 in das Innere der Kernbrennstoff nadel aus. Das geschmolzene Material des Schmelzverschlusses 2, das in den Raum 7 eintritt, wird durch den Stopfen S zurückgehalten und kann daher weder mit dem Kernbrennstoff noch mit dem Material der Hülle IjJ in Berührung kommen.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Kapseln sind so ausgestaltet, daß sie unter konstantem Druck mit einer vorgegebenen Menge an Indikatorgäs gefüllt werden können* Beispielsweise umfaßt ihre Herstellung und ihre Füllung nachstehende Phasen: '

Formung der Rohform ausgehend von gezogenen Rohren, Verschließung eines Endes durch Zusammenquetsehen

oder· Schmelzen mit einer Schmelzverbindung aus Zinn oder

r, und Festlegungjdes porösen Stopfens,

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BAb OPaGlNAL ^C0PY

Ausbildung eines linearen Kolbens,

- Einführung des Kolbens in eine unter Heliumatmosphäre stehende Handschuhkammer über eine Vakuumschleuse,

automatisches Ansetzen ,jedes Hohlraums der Kapsel an eine Füllstation*

Einführung einer vorgegebenen Menge an Indikatorgas in die Kapsel,

Abschnüren den Schwanzes durch elektrisches Verschweißen eines !'indes,

Rückführung in Tonnenfarm und

Herausnahme des T-önnohens · aus "der Ilandsehuhkammer,

Selbstverständlich ist die oben beschriebene Herstellung.^- weise für eine erfindungsgemäß ausgebildete Kapsel lediglich als Ausführungsbe.ispiel zu verstehen, und es können daran zahlrei -;he Abwandlungen und: änderungen vorgenommen werden, die für den Fachmann auf der Hand liegen» ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.

BAD ORlGiNAL COPY

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Erkennen von Undichtigkeiten der !Fällen von Kernbrennstoffnadeln mit Hilfe von Indikatorgasen, die in geschlossenen Kapseln in die zu überwachenden Hüllen eingebracht und darin auf thermischem Wege freigesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatorgase in die Hüllen in Kapseln eingebracht werden, die aus einem- Material mit oberhalb der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln liegendem Schmelzpunkt bestehen und durch Schmelzverschlüsse aus einem Material mit unterhalb dieser Betriebstemperatur liegendem Schmelzpunkt verschlossen sind.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kapseln ein Material gewählt wird, das dem der Hüllen für die Brennstoffnadeln analog ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Schmelzverschlüsse der Kapseln Zinn oder Blei gewählt wird.

\. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Kapseln in Ausströmrichtung der Indikatorgase gesehen hinter ihrem jeweiligen Schmelzverschluß mit je einem für die Indikatorgase durchlässigen, den geschmolzenem Schmelzverschluß jedoch im Kapselinneren zurückhaltenden Stopfen aus einem bei der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln nicht schmelzendem Material versehen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikatorgase Mischungen der stabilen Isotope von Xenon und/oder Krypton gewählt werden.

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-10-υ. Kapsel für die Aufnahme von Indikatorgasen zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Material mit oberhalb der Betriebstemperatur für die Kernbrennstoffnadeln (11) liegendem Schmelzpunkt besteht und durch einen Schmelzverschluß (2) aus einem Material mit oberhalb dieser Betriebstemperatur liegendem Schmelzpunkt verschlossen ist.

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