DE3232552C2 - Ansatz für einen Kernbrennstoffstab zum Messen seines Gasinnendruckes - Google Patents
Ansatz für einen Kernbrennstoffstab zum Messen seines GasinnendruckesInfo
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Abstract
Vorrichtung zum Anbringen eines Meßkopfes, der mit einem Meßinstrument versehen ist, an einem Kernbrennstoffstab. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse (20), das eine Bohrspitze (11) enthält, und eine Einrichtung zum Anhalten der Bohrspitze, wenn eine Bohrung durch den Brennstoffstabstopfen (14) ausgebildet ist, sowie ein Meßgerät, wie beispielsweise ein Druckmeßgerät (3) zum Messen des Druckes der freigegebenen Spaltungsgase oder ein anderes Instrument, das einen Parameter messen kann, der von Interesse ist. Verfahren zum Anbringen eines ein Meßinstrument enthaltenden Meßkopfes an einem Kernbrennstoffstab.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ansatz für einen Kernbrennstoffstab
zum Messen seines Gasinnendruckes mit einem geschlossenen Gehäuse, das gasdicht mit einem
Ende des Kernbrennstoffstabes verbunden ist und irr dem eine Druckmeßeinrichtung und eine Einrichtung
zum Durchbohren des Abschlußstopfens des Kern-
brennstoffstabes aufgenommen sind.
Ein derartiger Ansatz ist aus der DE-OS 28 35 162 bekannt und dient dazu, bei der Fertigung von Kernbrennstoffstäben
stichprobenartig zu überprüfen, ob der im Kernbrennstoffstab vorzusehende Druck tatsächlich
erreicht ist oder nicht, um in dieser Weise eine Qualitätsprüfung während der Herstellung der Kernbrennstoffstäbe
durchzuführen.
Es ist weiterhin bekannt, VgL die DE-OS 22 54 285, Kernbrennstoffstäbe mit Meßgeräten auszurüsten, um
ihr Verhalten in Kernreaktoren gegenüber der Strahlung als Funktion der Zeit zu ermitteln. Derartige Meßgerate
werden üblicherweise in neue Kernbrennstoffstäbe während der Herstellung, d. h. vor dem Einsetzen
in einen Kernreaktor und vor der anschließenden Bestrahlung eingebaut
Es ist andererseits vom äußersten Interesse, den Gasdruck im Inneren der Kernbrennstoffstäbe zu kennen,
die nicht vorher mit einem Meßgerät ausgerüstet wurden und eine hohe Strahlungsdosis aufgenommen haben,
um beispielsweise die Ursache von Betriebsunregelmäßigkeiten zu ermitteln.
Es besteht somit die Schwierigkeit ein geeignetes Meßgerät an den Kernbrennstoffstäben anzubringen,
nachdem diese einer Strahlung im Reaktor ausgesetzt worden sind.
Dazu ist es bekannt die Kernbrennstoffstäbe nach dem Herausnehmen aus dem Reaktor, in dem sie bestrahlt
wurden, entweder teilweise oder insgesamt in einem Strahlenschutzkasten aufzuarbeiten und anschließend
die Brermstoffstäbe immer noch im Strahlschutzkasten vollständig neu zusammenzusetzen und
dabei die Brennstoffstäbe mit einem zusätzlichen geeigneten Gerät, d. h. einem Gerät zum Messen des Druckes
der Spaltungsgase auszurüsten. Das hat ersichtlich den Nachteil, daß der gesamte Brennstoffstab vollständig
neu zusammengesetzt werden muß, was mit Kosten verbunden ist, die die Herstellungskosten von neuen BrennStoffstäben
erheblich übersteigen, und daß darüber hinaus die Verhältnisse des Brennstoffes und der Spaltungsgase
im Inneren des neu zusammengesetzten Brennstoffstabes am Ende des Arbeitsvorganges vollständig
von den Verhältnissen am Anfang des Arbeits-Vorganges verschieden sind, so daß sie nicht mehr die
ursprüngliche Beschaffenheit des Brennstoffes wiedergeben können.
Es ist zwar grundsätzlich möglich, den bekannten Ansatz der eingangs genannten Art auch bei bestrahlten
Kernbrennstoffstäbe.-i anzuwenden, dabei würden sich jedoch aufgrund der Ausbildung des Ansatzes in Form
einer einzigen Meßkammer, in die wiederholt die zu messenden Kernbrennstoffstäbe mit einem Ende eingeführt
werden, erhebliche Kontaminationsprobleme ergeben. Das betrifft insbesondere das nach dem Messen
eines Kernbrennstoffstabes in der Meßkammer verbleibende radioaktive Gas.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Ansatz für einen Kernbrenn-Stoffstab
zum Messen seines Gasinnendruckes der eingangs genannten Art zu schaffen, der es erlaubt, ohne
Kontaminationsprobleme den Gasinnendruck bestrahl» ter Kernbrennstoffstäbe zu messen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Durchbohren des Abschlußstopfens
einen elektromagnetisch bewegbaren Stößel aufweist und daß die Druckmeßeinrichtung einen
innerhalb des Gehäuses angeordneten beweglichen Teil umfaßt, dessen Lage von dem nach Durchbohren
des Abschlußstopfens herrschenden Gasdruck im Inneren des Kembrennstoffstabes abhängt und von außerhalb
des Gehäuses induktiv ermittelt wird.
Aufgrund der beim Erfindungsgemäßen Ansatz vorgesehenen elektromagnetisch bewegbaren Ausbildung
des Stößels und der Möglichkeit der induktiven Messung des Gasdruckes von außen können alle Betätigungen
des Meßansatzes kontaktfrei von außen erfolgen. Der Stößel wird elektromagnetisch über ein äußeres
vorgesehen ist, damit die Gase hindurchströmen können,
während das andere Ende frei beweglich ist. An diesem Ende ist ein Kern 2 befestigt, der die Induktivität
einer Spule 15 beeinflußt. Ein sehr dünnwandiges Rohr
1, das mit dem Zylinder 23 eine feste Dichtung bildet, enthält den Kern 2 und trennt den Kern 2 von der Spule
15. Wern der Druck im Inneren des Zylinders 23 zunimmt,
wird der Metallfaltenbalg 3 verkürzt und somit der Kern 2 eingezogen. Diese Bewegung wird durch die
anliegendes elektromagnetisches Feld bewegt, während io Veränderung der Induktivität wahrgenommen, die bei
die Meßgröße induktiv vom Meßansatz ausgekoppelt einer geeigneten Eichung direkt die Höhe des Druckes
angibt Das Rohr 1 hat zwei getrennte Funktionen, nämlich
eine Eichung des Druckmessers zu ermöglichen, indem dort Gas mit einem bekannten Druck eingeführt
Die einzige Figur zeigt das Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht.
Der in der Zeichnung dargestellte Ansatz weist ein 15 wird, und weiterhin nach der Eichung für die gewünschgeschlossenes
Gehäuse mit einem Durchmesser auf, der te Atmosphäre im Inneren des Ansatzes, d h. einen Unterdruck
oder irgendeine geeignet eingestellte Atmosphäre, zu sorgen. Wenn die gewünschten Verhältnisse
einmal eingestellt sind, wird das Rohr 1 durch Punkt-Der untere Teil des Ansatzes hat einen Metallstopfen 20 schweißen an seinem oberen Teil vollständig dicht ver-19,
der an der Stelle 12 mit einem Metallzylinder 20 schlossen.
verschweißt ist. Er weist vorzugsweise einen zyiindri- Der Ansatz kann vor seinem Verschv aißen mit dem
sehen Vorsprung auf, der in eine Blindbohrung einge- Kernbrennstoffstab in einem »kalten« Laboratorium
setzt wird, die vorher in dem Stopfen 14 des Brennstoff- zusammengesetzt, geprüft und geeicht werden. Die Prüstabes
ausgebildet ist, um eine zufriedenstellende Posi- 25 fung erfolgt dadurch, daß ein Inertgas, vorzugsweise
vorzugsweise im unteren Teil gleich dem Durchmesser des Stopfens 14 des Brennstabes 18 ist und im oberen
Teil kleiner wird.
tionierung und Zentrierung zu erzielen. Der Metallstopfen
des Ansatzes 19 hat eine Innenbohrung (Blindbohrung), die als Führung für eine Bohrspitze 11 dient, wenn
diese gedreht und axial verschoben wird.
Mit der Bohrspitze 11 und mit dem Inneren des Metallzylinders
20 ist y-.arr ein Weicheisenzylinder und/ oder ein Magnetdipol 9 verbunden, in dessen zentraler
Bohrung die Bohrspitze aufgenommen ist und dessen Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser
Heliurr durch das Rohr 1 eingeführt wird. Es besteht
somit die Möglichkeit, mögliche Leckstellen mit einem Massenspektrometer für Helium aufzusuchen, um die
Dichtheit sicherzustellen. Wenn der Ansatz in dieser 30 Weise zusammengebaut, geprüft und geeicht ist, wird er
in einen Strahlenschutzraum eingebracht, in dem sich bereits ein bestrahlter und daher extrem aktiver Kernbrennstoffstab
befindet, der entweder von einem Versuchsreaktor oder von einem Leistungsreaktor kommt,
des Zylinders 20 ist. Der Weicheisenzylinder und/oder 35 Das Anbringen des Ansatzes am Brennstoffstab erfolgt
der Magnetdipol bewirkt aufgrund der Treibkraft eines dann mit folgenden Arbeitsschritten:
elektromagnetischen Feldes 10 sowohl eine Axiaibeive-
elektromagnetischen Feldes 10 sowohl eine Axiaibeive-
gung als auch eine Drehbewegung der Bohrspitze und a) sorgt für den notwendigen Druck für den Bohrvorgang.
Der Zylinder und/oder der Dipol hat eine geeignete 40 b)
Bohrung 21, damit die Spaltungsgase hindurchströmen c) können. Am oberen Teil der Bohrspitze 11 ist fest ein
weiterer Zylinder 7 angebracht, der einen magnetischen d) Dipol darstellt, der durch die Treibwirkung eines elek- e)
tromagnetischen Feldes 16 die Spitze 11 axial in Dre- 45 f) hung versetzt, um die notwendige Bohrwirkung zu erzielen.
Auch der zweite Zylinder 7 hat eine Bohrung 8, damit die Spaltungsgase hindurchströmen können. Der
obere Endabschnitt der Bohrspitze ist mit einem geeigneten Schraubengewinde 6 versehen und bildet zusam- 50 g)
men mit der kombinierten Wirkung der elektromagnetischen Felder 10 und 16 eine Anordnung zum Blockieren h)
der Bohrspitze, wenn der Bohrvorgang beendet ist, wobei die Spitze in das Gewindeloch 24 geschraubt ist, das
in einem oberen Stopfen 22 ausgebildet ist.
Als Bohranordnung kann ein Schwingbohrer, ein Drehbohrer, ein Dehnungsbohrer, ein Schlagbohrer
oder eine Kombination dieser Bohrtypen verwandt werden, wobei gleichfalls auch ein Schlagbohrer mit ab-
Einführen des bestrahlten Kembrennstoffstabes in den Strahlenschutzraum;
Abflachen des Stopfens 14 des Stabes; Bohren einer Blindzentrierungsbohrung durch einen Teil des Stopfens des Brennstoffstabes; Zusammenfügen von Stab und Ansatz; Verschweißen von Stab und Ansatz bei 13; Vorsehen von einem oder mehreren, insbesondere von zwei äußeren elektromagnetischen Feldern, um einen Bohrvorgang möglich zu machen und Vorbereiten der Instrumente zum Messen des Druckes im Inneren des Ansatzes; Durchbohren des Bodens des Stopfens 19 und des Stopfens 14 des Brennstoffstabes und Abziehen der Bohrspitze und Blockieren der Bohr spitze, um das gebohlte Loch freizulassen.
Abflachen des Stopfens 14 des Stabes; Bohren einer Blindzentrierungsbohrung durch einen Teil des Stopfens des Brennstoffstabes; Zusammenfügen von Stab und Ansatz; Verschweißen von Stab und Ansatz bei 13; Vorsehen von einem oder mehreren, insbesondere von zwei äußeren elektromagnetischen Feldern, um einen Bohrvorgang möglich zu machen und Vorbereiten der Instrumente zum Messen des Druckes im Inneren des Ansatzes; Durchbohren des Bodens des Stopfens 19 und des Stopfens 14 des Brennstoffstabes und Abziehen der Bohrspitze und Blockieren der Bohr spitze, um das gebohlte Loch freizulassen.
Bei dem obigen Vorgehen erfolgt ein Durchbohren der Bodenwand des Ansatzes und des Stopfens des
Brennstoffstabes durch eine Drehung und eine Vorwärtsbewegung einer Bohrspitze, was durch die von
außen angelegten Hektromagnetischen Felder hervor
gedichtetem Metallfaltenbalg vorgesehen sein kann, auf 60 gerufen wird. Der axiale Vorschub der Bohrspitze kann
die von außen eingewirkt wird, entweder fortlaufend oder durch Axialschwingungen
Der obere Teil des geschlossenen Gehäuses nimmt erfolgen.
einen Druckmesser3 auf. Dazu ist ein Zylinder23 ander Man kann aber auch den Brennstab mit Ansatz in
Stelle 4 an den Zylinder 20 geschweißt. Der Druckmes- Drehung versetzen, während ein äußeres Magnetfeld
ser besteht vorzugsweise aus einem dünnen axial elasti- 65 die Bohrspitze an einrr festen Stelle blockiert, so daß die
sehen Metallfaltenoa'g 3, der an seinen beiden Enden Bohrung durch eine Kombination der Drehbewegung
geschlossen ist. Ein EnHe ist in einem Stück mit dem mit einer Axialvorschubbewegung des Brennstoffstabes
Stopfen 22 ausgebildet, in dem gleichfalls eine Bohrung erfolgt.
32 32 552 5 |
IO | 6 | ) | I |
Der in dieser Weise mit einem Meßinstrument ausge
rüstete Brennstoffstab ist dann für einen erneuten Ein satz in einen Reaktor bereit, um einer neuen Bestrah lung ausgesetzt zu werden. |
15 | I | I | |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen | 20 | |||
25 | ||||
30 | ||||
35 | ||||
40 | ||||
45 | ||||
50 | ||||
55 | ||||
60 |
Claims (7)
1. Ansatz für einen Kernbrennstoffstab zum Messen seines Gasinnendruckes mit einem geschlossenen
Gehäuse, das gasdicht mit einem Ende des Kernbrennstoffstabes verbunden ist und in dem eine
Druckmeßeinrichtung und eine Einrichtung zum Durchbohren des Abschlußstopfens des Kernbrenn-Stoffstabes
aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Durchbohren
des Abschlußstopfens (14) einen elektromagnetisch bewegbaren Stößel (11) aufweist und daß
die Druckmeßeinrichtung einen innerhalb des Gehäuses (20) angeordneten beweglichen Teil (2) umfaßt,
dessen Lage von dem nach Durchbohren des Abschlußstopfens (14) herrschenden Gasdruck im
Inneren des Kernbrennstoffstabes abhängt und von außerhalb des Gehäuses (20) induktiv ermittelt wird.
2. Ansatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichuet, daß der Stößel (11) nach Durchbohren des Abtchlußstopfens
(14) rückziehbar angeordnet ist, um die gebildete Bohrung freizugeben.
3. Ansatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch getennzeichnet
daß der Stößel (11) axial verschiebbar und drehbar angeordnet ist
4. Ansatz nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Eisenzylinder (9) und einen zylindrischen mafnetischen
Dipol (7), die beide mit dem Stößel (11) starr verbunden sind und jeweils einem äußeren
elektromagnetischen Feld (10, 16) zur Erzeugung der axialen Verschiebung und der Drehung ausgesetzt
sind.
5. Ansatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenzylinder (&) unc ier Dipol (7) einen
Durchmesser haben, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des in diesem Bereich ebenfalls zyiindrisch
ausgebildeten Gehäuses (20) ist und mit axialen Bohrungen versehen sind.
6. Ansatz nach Anspruch !,dadurchgekennzeichnet,
daß das Gehäuse mit einem Stopfen (19) verseken ist, der einen Vorsprung mit zylindrischer Form
aufweist und in eine entsprechende Aussparung im Stopfen des Kernbrennstoffstabes paßt, und daß der
Stopfen (19) und dessen Vorsprung mit einer Blindbohrung versehen sind, die eine Führung für die Bewegung
des Stößels (11) liefert.
7. Ansatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil der Druckmeßeinrichlung
an einem axial elastischen Metallfaltenbalg (3) ausgebildet ist, der an beiden Enden geschlossen ist
und dessen eines Ende ortsfest angebracht ist, während das gegenüberliegende Ende frei beweglich ist,
wobei am beweglichen Ende ein Kern (2) angebracht ist, der den beweglichen Teil einer veränderlichen
Induktivität (15) biidet.
Applications Claiming Priority (1)
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