DE2332958A1 - Verfahren zum erkennen von undichtigkeiten der huellen von kernbrennstoffnadeln mit hilfe von indikatorgasen und kapsel zum durchfuehren eines solchen verfahrens - Google Patents
Verfahren zum erkennen von undichtigkeiten der huellen von kernbrennstoffnadeln mit hilfe von indikatorgasen und kapsel zum durchfuehren eines solchen verfahrensInfo
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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
410- (B46O3. J)-DfP 309882/0693
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
84 82
und Kr /Kr gekennzeichnet sind.
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
3 0
t 6 ■ ■ :■ ο
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
ORIQfNAL INSPECTED
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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.
3 0 ; c ?■ 7 I 0 G P ^
23??~5δ - 6 -
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
30.^32/0691
£OPY ORIGINAL WSPECTEI
•2332358
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,
3 fj '■ / Π π ο ι
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 (1)
- PatentansprücheVerfahren 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.3 0 :- β 3 2 / 0 B ° **-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.303882/069^
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