KFK 39f- Oktober 1965 Institut für Reaktorentwicklung Sicherheits bericht für BR2 - Material-Bestrahlung sversuche, Projekt Mol 2 Untersuchung des Kriechverhaltens von Can-Materialien unter Bestrahlung KERNFORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE Oktober 1965 KFK 396 Institut für Reaktorentwicklung Sicherheitsbericht für BR2-Material-Bestrahlungsversuche, Projekt Mol 2 Untersuchung des Kriechverhaltens von Can-Materialien unter Bestrahlung von K.Gast und W.Kramer Gesellschaft für Kernforschung mbH •• Karlsruhe Diese Arbeit wurde im Rahmen der Assoziation zwischen der EUROPÄISCHEN ATOMGEMEINSCHAFT und der GESELLSCHAFT FÜR KERNFORSCHUNG auf dem Gebiet der schnellen Reaktoren durchgeführt. ~~tsverzeichnis Seite Einleitung 1 AuslegunG der Bestrc.h1ungseinricl1tung 1 AllgeMeine Gesichtspunkte Aus1GbUllcsd~ten und ~lordnunb der Bestrahlungsproben 1 3. Bestrahlungsprogr~LThl 4 4. Besc~1reibun.; 2.1 4.2 4.3 4.4 2 (e:.:' Bes trc..hlUh[;Seinrich tung Bes tr;:;,hluncs1:2.näle 5 Bestrahlungseinsatz 6 Hel iun-Drucl:vB::-sorcung 8 5 TeBperatur-Recel~lage 11 5. 5.1 5.2 5.3 HandhabunG des Bestrc..hlungseinsatzes 12 Binbau 12 Ausbau 13 Operationen in der lleißen Zelle 14 6. Tr2.ns)ortfr2.Gen 14 6.1 Trans~ort der Bestrc..hlunGseinsätze von Kar1sruhe nach lIo1 14 Transport c":.o:, bestre.hl ten Proben von Nol n2.ch ICarlsruhe 14 7. Vorversuche und 14 8. Sichcrhei tsbetrC'.c~\tun--:,'en 6.2 ~rprobunGen Al:tivi tä ten 16 16 16 Feste Aktivitäten 16 TritiULl lIech. Fes tigl:ei t de:c Best::c,,-hlun(;s;:'2.pse1 17 Äußerer uberdruck 20 llUlerer Überclruck 20 beim Ein-unC Ausbau Elestische Durchbiesung de~~ K2.pse1 beim :Sinbau 21 21 Sicherheit 22 Reaktivitätsbcitrc..g Be2.ns~ruchunG 9. Gc~en Sieden 2.n <.ler Kapseloberfläche Kurze Störfc..1lana1yse 20 24 Verzeichnis der Abbildung NI'. Abbildunge~_und 1 Bestrahlungseins~tz Tabellen " " 2 Prüfling " I1 3 :Drucl::versorgu.~lG'sschemB " I1 4 Temperatur-ReGel~nlage, Schaltplan " I1 5 A~:ti vi L','c " 11 6 Durchbiegune; des bein Einbau Tabelle 1 11 2 Gewichte der Legiertmgselenente im Corebereich von -373 bis + 267 11 3 y-Spel:trUI:l der festen Al:tivi täten " 4 Verteilun::; (~er nen Isoto~)e 11 5 Durc~: des Bestl'.:::.hlungseinsatzes im Corebereich von - 373 bis + 267 vorlieGenden Bericht \'Tirel der ersetzt. Ilestr~hlun-:;seinsatzes Al:tivit~:ten Je~icht auf die einzel- 2. ?hasp. von Hai 1964 1. Einleitung Bei der Aus\'Tahl geeigneter Can- und Struktur\lerkstoffe für einen Schnellen Brutreaktor ist deren Anfälligkeit gegen Strahlenschäden ein wichtiges Kriterium. Insbesondere bei Canwerkstoffen ist die Frage von Bedeutung, bis zu \reIcher Temperatur das Hüllmaterial dem inneren Druck durch die Ausdehnung des Spaltstoffes und die Freisetzung von Spaltgasen für die Einsatzdauer eines Brennelementes standhält. Je genauer diese Temperatur ermittelt werden kann, desto höher kann die Oberflächentemperatur der Brennelemente zugunsten des thermischen \lirkungsgrades und/oder einer kleineren Kühlmi ttelulli\lälzleistung angesetzt \Jerden. Es soll deshalb eine Reihe von aussichtsreichen Herkstoffen auf ihr mechanisches Ver- hulten unter Bestrahlung in einen mögliehst hohen schnellen Fluß untersucht werden. Die Bestrahlunesversuche , bezeichnet mi t "Projekt Hol 2", \'lerden im Reaktor BR2 in 1101 durchgeführt und betreffen die Bestrahlung von Hüllröhrchen unter Innendruck bei regelbarer Temperatur, um Aussagen über die ZeitstandfEstigkeit verschiedener Hüllwerkstoffe zu gewinnen. 2. Auslegung der Bestrahlungseinrichtung 2.1. Allgemeine Gesichtspunkte Die Experimentiereinrichtung soll die Ill.Jglichkei t bieten, verschiedene hochwarmfeste LegierunGen unter annähernd den gleichen BedinGUngen, denen sie uls Brennstoff-Hüllmaterial in einem SchnellenBrutreaktor ausgesetzt sein \-lerden, auf ihr TeI:lperatur-Standzei tverhalten zu untersuchen. Für die Auswahl des Bestrahlungsortes im Core des BR 2 waren folgende Gesichtspunkte maßgebend: Die Prüflinge sollen einem möglichst hohen schnellen Neutronenfluß &usgesetzt sein. Die Bestrahluneskosten sollen durch Verwendung eines Kanals nit kleinem DurchI:lGsser niedrig gehalten werden. Es soll ein Bestrahlungseinsatz mit einer Vielzahl von lfußund Versorgungsleitungen so eingebaut werden,daß der normale Betrieb des Reaktors nicht gestört wird,und ein Brennelement\'lechsel ohne Ausbau des Einsatzes vorgenommen werden kann. Als Bestr~hlungskanal wurde aus diesen Gründen das Innere eines 6- schaligen Brennelementes gewählt. Es sollen je\Yeils zwei ~insätze gleichzeitig in 2 Kanälen bestrahlt werden. - 2 - - 2 - Eeide Kanäle sind. durchgehend, d.h. sie haben eine Durchführung am unteren Reaktordec1:el, durch die alle II~ ..und Versorgunsslei tungen in den sub pile room gefiU1rt werden. Der Einbau der BestrahlungseinsEtze erfolgt von oben. Die Erenneleoente können unabhßnGig von den Dinsf.tzen ausGel1echsel t ,,,erden. Die Probekörper sind Gasdicht verschlosseneRöhrchen, d.ie oi t einem steuerbaren HeliuB-Intlencruck von uaxinal 450 ata beaufschlaGt werden können und deren Temperatur ~urch elektrische Innenheizung über eine elektronische Recelanlac;e l:onstant t;ehal ten 'lire::.. Die TeLlperatur 'lird Dit drei IIantel-TherDoelenenten je PrüflinG gemessen und ~egistriert. Die Daten der PrüflinGe sind folGende: 7,0 Dm 0,4 mm 62,0 mn AuBendurchmesser Uanddicke Gesn.ntlänge Länge der Heizwendel Heizleiter Thermolcoax nm 34 1 Nc I 075/15 [lax. elel:tr. IIeizleistung 250 \1att cax. Oberfl~chentemperatur nax. Innen(~rucl: 800 0 C 450 ata Heliun FüllGas In einem Bestrahlungseinsatz sind 8 Prüflinge koaxial ['.l1georclnet, von denen jeder über 3 zvleipoliGe Ther~oeleilentleitunGen, eine Heiz- stromlei tung und ein Kapillarrohr für die DruckkonstanthaI tung rü t der Kontrolleinrichtunc in 3R2-Betriebscebäude verbunden ist. In z'lei Bestrahlungskan~len können also gleichzeitig 16 Prüflinge bei ver- schiedenen Tempern.turen und unter beliebiger mechanischer Spannung bestrahlt werden. Entscheidend für den Aussage\1ert des Experimentes ist die Genauigkeit, mit der die \landtemperatur der Proben Genessen und über eine bestinnte lIeBLinGe und eine 12.ncere Bestrallluncszei t konstant behalten \lerclen l:ann, bzvl. mit der systeLlatische TeL1l)eraturfehler rechnerisch eliminiert verden können; denn relativ kleine TenperaturänderunGen haben bereits eine erhebliche Verl::ürzung ocler VerLo.l1C'GrunG c1er Standzeitzur FolGe. -3- ." 3 Die durch Temperaturfehler verursachte streuung der ermittelten Zeitstandwerte muß deshalb klein sein gegenüber der durch Strahlenschäden zu erwartenden Veränderung der Ilaterialkennwerte. Die zeitliche Temperaturkonstanz ist durch eine Präzisions-Regelanlage mit einer Genauigkeit von ca. ± 1 oe ge~ährleistet. Sehr schwierig ist es dagegen, die Oberflächen temperatur exakt zu Qessen und über einen gewissen Bereich der Proben örtlich konstant zu halten, weil durch den hohen y-Fluß im BR 2 und die daraus resultierende hohe spezifische Heizleistung der Proben einerseits und die kleinen Abmessungen der Bestrahlungskapsel andererseits erhebliche Temperaturgradienten in der Umgebung der Probenoberfläche entstehen. Die Prüflingsrährchen sind deshalb innerhalb eines gemeinsamen Hüllrohres von einem mit Helium gefüllten Ringraum umgeben, der bis auf die Thermoelemente frei von lIeßlei-tungen ist, die die Temperaturverteilung beeinflussen würden. Dieser Ringraum ist so dimensioniert, daß die Temperatur der Prüflinge durch die maximale y-Absorption von 16 Vatt/g bei abgeschaltetem elektro Heizstrom einen \Jert von 500 oe nicht überschreitet, so daß bei der niedrigsten Versuchstemperatur von 550 oe noch elektrisch geregelt verden kann. Je größer der die Prüflinge umgebende Gasspalt ist, desto kleiner bleiben dia Einflüsse von l1aßabweichungen, Exzentri'7 zität und Dehnung der Proben auf ihre Temperaturverteilung. Der bis zur äußeren Kapselwand verbleibende Ringraum besteht deshalb aus einem Aluminiumrohr, in das sämtliche l1eß-und Versorgungsleitungen eingebettet sind. Dadurch wird erreicht, daß der größte Teil des Temperaturgefälles zwischen Probenoberfläche und Kühlwasser für den Gasspalt zur Verfügung steht. Die Ausdehnungsmö0lichkeit Kriechvorganges der Prüflingsröhrchen während des beträgt auf G'rund des zuischen Prüfling und Proben- träger vorgesehenen Ringspaltes und bei Berücksichtigung der auf dem Prüfling angebrachten Thermoelemente ca. 14%. Falls eine weitere Dehnung während der Bestrahlung stattfindet, ,vürde der Prüfling am Probenträger anliegen, wodurch eine freie Dehnung nicht mehr möglich wäre. Ein Teil der zum Einsatz kommenden Uerkstoffe hat Bruchaehnirigon von ca. l~, so daß hierbei keinerlei Schwierigkeiten auftreten. Eine 2. Gruppe von Haterialien besitzt jedoch Bruchdehnungen von ca. 30% und mehr. Um bei fortschreitendem Kriechen zu verhindern, daß solche Pr~flinge sich soweit aufblähen, daß ein Anliegen an den Probeträger stattfindet, ist der oberste Probenträger jedes Einsatzes mit einem kleinen elektrischen Kontakt ausgerüstet, der bei Erreichung von - 4 - - 4 ca. 8 ~~ Dehnung eine Anzeige beuirkt, so daß die Heizung und Druck- belastung für den betreffenden Prüfling außer Betrieb gesetzt werden können. TIer Zeitpunkt der Außer-Betriebnahme wird vom Bedienungspersonal der AnlaGe aufgeschrieben; dadurch ist es möglich, eine AussaGe über den Ze~um zu m~chen, in welchem eine bestimmte Dehnung eingetreten ist. Es ist zu eruähnen, daß diej enigen Prüflinge, \'181che in der mit Kontaktvorricht~Ulg ausGestatteten Grü~den nur mit 2 The~oelementen Position einGebaut sind, aus Platzausgerüstet werden können. Die Bestrahlungen sollen in den beiden durchgehenden und Gleichwertigen Kanälen C 41 und C 319 gleichzeitig \vobei insgesamt 14 Bestrahlungseinsätze mit ~urchgeführt zusaL~len werden, 112 2roben zur Bestrahlung gelanGen. Die Belegung beider Kanäle wird sich inSceSaI:lt o.uf ca. 18 lIonate ers trecl:en. Die lIaterialausuahl Gliedert sich in z\lei VersuchsGruppen. Versuchscruppe A: austenitischer Stahl 20/25 er Ni " Incoloy 800 1nconel X 750 " 16/13 er lTi Nb Versuchsgruppe B: 1nconel 625 1nconel 718 V - 20 Ti V - 20 Ti ... 10 Nb Im einzelnen handelt es sich um 80 Prüflinge der Versuchsgruppe A (10 Bestrahlungseinsätze) ~Uld um 32 PrüflinGe ~er Versuchsgruppe B (4 Bestrahluncseinsätze). Als BestrahlunGs~auer sind drei verschiedene Zeiten vorgesehen: 2, 4 und 8 Reaktorzyklen. Die Versuche .,erden bei zwei Temperaturen durchgeführt, und zvar bei 600 und 700°C. Die Drücke in den einzelnen Prüflingsröhrchen richten sich nach der Ilerkstoffart une: sind gestaffelt in prozentuale Anteile eines Bezugswertes, der selbst von Versuchsziel abhängig ist. - 5 .. Die Drücke werden demnach im wesentlichen im Bereich von 40 bis 400 atü liegen, In der VersuchsGruppe A sind bezüGlich ihrer Duktilit~t z~rei ver- schiedene Legierungstypen zu unterscheiden: Aus Vorversuchen und Literaturangaben hat sich ergeben, daß die LegierunGen 16/13 Cr Ni Nb und Inconel X 750 selbst beim Bruch nur Dehnungen unterhalb 1 % er~eichen, Solche geringe Dehnungen sind jedoch in der Heißen Zelle nur schuerlich meßbar, so daß Iür diese beiden Leßiel~ngen eine Zeit-Bruch-Untcrsuchung vorgesehen ist; die Röhrchen sollen also innerhalb der Bestrahlungszeit zu Bruch gehen. Demgegenüber sind jedoch die Legierungen 20/25 Cr Hi und Incoloy 800 sehr duktil, so daß hierbei innerhalb der Versuchszeit eine Deßbare DehnunG, jedoch kein Bruc:_ angestrebt \Tirdl Die Auslegung der Be- %zu, strahlungskapsel l~ßt eine I~xiDaldehnung von 14 Eine UnterteilunG der Legierungen der Versuchsgruppe B ist erst nach Abschluß der Vorversuche möglich. Die Richtanalysen der für die Bestrahlung vorgesehenen Legierungen sind aus der Tabelle 1 in Anhang ersichtlich. &. Beschreibung der Bestrahlungseinrichtung .4..,1 Bestrahlungskan~le Als Bestrahlungskanäle sind die Position C 41 und C 319 im Core des BR2, bestückt mit je einem Standardbrenneleuent vom Typ S VI i , vorgesehen. Beide Kanäle sind um einen Hinkel von 5 23 i 59~f gegen die 0 Vertikale seneigt und beiden ist eine Flanschdurchführung im Boden des Reaktorbehälters zugeordnet, Den eiGentlichen BestrahlungskenaI bildet das Zentralrohr des BEls nit einem Innendurchmesser von 20,9 Dm; nach AbZUG eines Kühlspaltes von 1,75 tffil verbleibt für den Bestrahlungs. einsatz im Corebereich ein nutzbarer Durchmesser von 17,4 nm. Unterhalb des Brennelementes hat das FührunGsrohr eine lichte von 80,14 11L1. ~reite Für das !Cühhrasser steht in diesen Bereich bei einge. bautem Versuchs einsatz ein Ringspalt von 12,57 um zur Verfürrung, -6.. - 6 4.2 Eestrahlungseinsat~ Die Außenhülle des Eestrahlungseinsatzes ist ein sehr schlankes, sich nach unten mehrfach erweiterndes Edelstahlrohr mit einer Gesamtlänge von ca. 5800 rum (s::i.che Abb.l). Der Oberteil der Kapsel, in dam koaxial die 8 Prüflinge sitzen, he.t e:i.11.:,n Auss<md:::.:cC!llJ)')s8C'r von :.7,4 rt? und eine Uanddicke VQ~.1 1 Bill; er s (;üt~t sich ['.'J.f der Höhe -:. 280 r!m übe:~ c.r::d. Zentrierrippen gegen das Innenrohr des Brennelemontes ab. Unterhalb des Cores erweitert sich das Kapselrohr auf einen Lurchmesser von 55 ~.; bei einer \landdicke von 5 mm. Ober-und Hi ttel teil sind an der Durchmessererweiterung miteinander verschueißt (nach dem Einbau der Prüflinge). Der Kapselmittelteil ist auf den Höhen - 1105 mm und-2025 mm mit je 3 Rippen in dem ErenneleBent-Führungsrohr zentriert. In seinem Inneren sind Kupplungen für Thermoelementleitungen und Heizstromkabel und der Abschirmstopfen Kurz untergc~~acht. ob~rhalb dc~ rohres erweitert sich die Kapsel auf 69,2 mm Durchführungs- und dann auf den Durch- messer der stopfbuchse von 69, 5 mm und endet in einem Zapfen von 59 mm Durchmesser. An diesem Zapfen sind L11.schlüsse für die Druckversorgungsleitungen und eine ~asdichte Glasdurchführung für die Heizstrom- und Thermoelementleitungen. Die eigentlichen Eestrahlungsproben (Röhrchen, Außendurchmesser 7 mm, Länge 45 mm) sind an den Enden durch eingeschweißte Formstücke versch~ossen, die von der stromzuführungsleitung bzw. von einem Kapillar- rohr zur Druckeinspeisung durchbrochen werden. Beide Leitungen sind gasdicht mit den Deckeln verschweißt. Das Kapillarrohr hat einen Außendurchmesser von 1,2 mm und eine \randst~rke von 0,3 mm. Der Heizleiter ist ein Thermokoaxkabel von 1,5 mm Außendurchmesser mit einem Nickel mantel und lIagnesiumoxydisolierung, einen de::.~ im Inneren des Prüflillgs auf Durchmesser von 0,75 mm ausgezogen und ~u einer Spule gewickelt ist. Am Ende des Heizleiters ist die Ader mit dem Nickelmantel verschweißt, so daß der Heizstrom üher den Ni-Hantel, den Prüfling und das Probenträgerrohr und außerdem über das Kap~llarrohr zur Erde abfließt. Auf die Außenfläche der Proben sind drei - bei einem Prüfling nur zwei - 0,5 mm starke llantel-Thermoelemente (Chromel-Alumel) direkt aufgeschweißt. Die Proben sitzen in je einem Probenträger auS AIIIg 3 mit einem Innendurchmesser von 9 mm, in dem sie durch die beiden Deckel zentriert sind. Die Passung zwischen Probende ekel und Probenträger ist so gewählt, daß die Prüflinge sich bei Erwärmung axial frei in einer Richtung ausdehnen können, andererseits aber ein guter Wärmoübergang an diesen Stellen mit erhöhter y-Absorption gewährleistet ist. - 7 - Um die Proberöhrchen herum entsteht so ein Ringspalt von 1 Dm, der mit Helium von maximal 2 atü g~füllt und bis auf die Thermoelemente frei von lIeßleitungen ist. Die Ringräume der einzelnen Proben sind durch Nuten am Rand der Deckel miteinander verbunden und können über eine Spülleitung, die in den obersten Probenträger mündet, mit frischem Helium versoret werden. Diese Leitung dient außerdem zum Spülen des Bestrahlunßseinsatzes vor und nach der Bestrahlung. Die Heizleiter, Kapillarrohre und Thermoelementleitungen werden durch kurze Läncsschlitze am Ende jedes Probe trägers herausgeführt, und sin~ auf dessen Außenseite in Längsnuten einGebettet. Die einzelnen Probenträger sind zu einem Träcerrohr zusaunengesteckt, das mit seiner Außenfls.che an der I(apsehrand so anlieGt, daß eine freie Uärfiledehnung möglich ist. Das TrL~.:;crrohr \Tird nach unten hin cLurch ein zweites Alu-Rohr mit einem Außendurchmesser von 20 Lm verl~nGert, auf dessen Umfang 8 Heizleiter-Verbindunesmuffen und 23 Therfiloelementstecker befestiGt sind. Die lIu:fen dienen zum Anschluß der 2eizleiter an Thermokoaxkabel mi t Nicl:elacler, die bei gleichen Lbr:18ssuncen nur etwa 1/10 des elektrischen \!iclerstandes haben. Durch die zweipoligen Stecker werden die 0,5 mm starken Thermoleitungen lilit 1,5 r:un starl~en LeitunGen gleichen Typs verbunden. Am Ende des- Aluminiumrohres hängt der Abschirmstopfen. 2600 [~1 ~r ist rund lang und besteht aus fertigungstechnischen Gründen aus Edelstahl. Die l'Ieß- und VersorßUngslei tunGen 1lerden in 4 Spiralnuten geführt, die außereen Eval~uieren l.md ~ls Verbindung zum oberen Spülen des Bestrahlun:.;seinsatzes !~apsclraum beim c~ienen. Der Stopfen endet kurz oberhaI b der Durchlaessererwei terung des Kapselrohres auf 69,2 mm. Der Unterteil der Kapsel enth~lt gebündel ten ließlei tun::;en. nach unten "ird clie ICapsel wähnten Durchführun~szapfen verschlossen; r.1i t nur die den er- die Verbindung erfolgt nit einer uber,vurfmutter und O-Rinß,Abdichtung. Der Zapfen hat eine zentrische Bohrunb', cl.urch "leIche die Thornolei tunb'en und IIeizlei terkabel zu einer gasdichten Durchführung verl~ufen. Diese Bohrung ist über eine radiale Bohrung und eine Einschraubkupplung o.n die Vakuunleitung der Druckversorgungseinrichtung angeschlossen. Um die zentrale Bohrung herun sind 9 parallele axio.le Sacklöcher anGeordnet, in welche die Kapillarröhrchen une die Spülcasleitung gasdicht eingelötet sind. -8- - 8 - Der He-Druc~ccmscll1uß von außen erfolGt über radiale Bohrunc;en eben- falls (lurch :Jinschraubkupplu11c.;en mit Flaohdiohtungen. Die Druckvcrso11::;u11t;'s-Einrichtunc; h2,t i:i:1 vresentlichen 2 Aufgilben zu erfüllen: einerseits die BeilufschlaGunc der beheizten Prüflince nit Innenclruck, um 0_ie BelastunG der Can-lIaterialien infolGe des Spul tgasdruclces une eventuell Ausdelu1unc.;en des BreID1stoffes zu sillulieren, und andererseits die Beaufschlacung der BestrD.hlllllc;seinscitze nit einer InertGasatllOS?h~re. Brc~neleDcntl:an~len zu Da vorGesehen ist, Gleichzeitig ~n zl1ei bestrahlen, handelt es sich LC111it un die :.?r~_flinGen ull(.~ Ve::csorGL'.nc von 2 x 8 = 16 2 Bcstl1ahluncseins:it:.:en. Der prinzipielle Aufbau und clie Funktionsueise ("Les Druckversor.;un::;ss;ystems ,:;;o11en aus den Schal;tscller:la, Lbb. 3 hervor. Die AnlaGe cliedert sich in das ::::;val:uieruncs- und Abgassysten, clie Dinspeisevorrichtl'.llC für die beiden vor~ichtung BestrahlunGseins~tze und clie Binspeise- für die Prüfli11Ge. Die Bestrc..hlunGseinsLtze "erden über Druckr:linderer und Rückschlagventile (l.irel:t von einer He-Flasche beaufschlact. Die Dins::?eisunc der einzelnen PrüflinGe erfolet von einem Dl~clc­ 0 behiilter, (er bei 1 1 Inhalt auf einen Druck von 500 atü bei 80 C ausGelegt ist und in allen Einzelheiten den DestiwlunGen der Druckbeh6lter-Richtlinien ents)richt. Die VersorGunG des Beh~lters crfol.=;t (hl..rcb einen Eeuoranl:oTlljreSSOr, so daß inDer ölfreies Helium zur Verfü::,unG st::;ht. Der Gasclruclc in de;'l einzelnen PrüflinGen nuß f1-lr :; e(e11 ~'rüi'lin~' der )J.:.lac;e ein u'ct:conn t cinc;ostoll t 1101'(:'en 1:öni1en, iTobei sei tens theoretisc~l(H Diese L'oro.erl'.nc; 1lil~d 1l2.jci::12.L.ruck von 500 atü nöclich ist. (hl..rcJ.l ("Lie Ge1l~;,hl te I~asLadensc~1altung erfüllt. Die einzelnen abSllerrbc.ren Speichc::clei tun...-;'en können über eil': Jece Rücl:sc~Ü2.bVc:1til Getrennt VersorC;lm0sstrec~:e benufsc~ll<:::;t Desitzt ~ine .!erdell. unabhcnc;iGe DXllckueDeinrichtunc.;, iTelche ni t einen elo::tro11iscl1en GrenziTertnelder für einstellbaren lIaxhlal-u. lIiniDaldXll..C~C ausGestattet ist. Die von lIeßuuforuern <:uf::,'onoi1.,1e11on !hi.i.clce \Tel~c1en ele~:trisc:len von llel1rfac11punl:tc:'ruclcer:l recictriort. U::'l (:ie StreuunG der DeLostlU1G bei Un.=;enauickeiton ill Drucl:systen .=;or::"nc zu :lalten,wurde eine lIeßeinrichtun.;- C;'evTJJllt, l_eren Gesa:-.lttole::"1<1nz ± 1 %VOI:1 :ieCbcrcicJ.lsend'Te::ct betr~:,Gt. :lie "Tcsen tlicllen Aru2- turen und lIeßc()r~~te sincl in einen boschlossenen Be(:'ienun,.. ; ss c:J.l~anl: ZUS2-. L:cnc.;ef2,Ct, ("cer an (las Abgassyotcu c_es Dn 2 2.nGesc~:lossen ist, lToC:.urch ein eventuelles Austreten von Tritium - 9 DruckversorgunG der Prüflince ------------- Das gesamte System wird übe~ die Vakuumpumpe weitmöglich evakuiert, wobei Zwisohenspülungen mit Helium vorgenommert ..erden. Der FüllvorganG eines Prüflings gliedert sich in folgende Stufen: a) Die einzelnen Speioherleitungen werden über ein System von Dosierventilen voneinander unabhängig befüllt.Die Speicherleitung ist dabei zum Prüfling hih noch abgeschlossen. Nach dem Füllen wird die Zufuhr ebenfalls '\lieder gesperrt. Der Druck in den einzelnen Speicherleitungen wird registriert. Die Druckmeßeinrichtung besitzt Grenzkontakte, die bei einem für jede Leitung getrennt einstellbaren }ffiximal- und Minimalwert Signale auslösen b) Die einzelnen Prilflin~e werden durch Öffnen ~es jeweiligen Ventils beaufschlagt, welches die Verbindung zwischen der Speicherleitung und dem Kapillarrohr zum Prüfling herstellt. Zwischen Speicherleitung und Prüfling findet ein Druckausgleich statt. Der sich einstellende Druck kann über die Druckmeßeinrichtung kontrolliert werden. Der Füllvorgang erfolgt in mehreren Stufen. Der Dnddruck muß einen Hert derart erreichen, daß bei Ansteigen der Temperatur im Prüfling infolge der elektrischen und y-Aufheizung sich bei 3rreichen des stationären Zustandes im Prüfling der gevrunschte Beaufschlagungsdruck einstellt. :Bei einem evtL Überdruck kann Gas über den Ventilblock in das Abgassystem abgegeben verden. ~e~ufs~hlaß.ll!!g_d~r_:B~s.!rE::hlu,gg.§.ein~ä.!z~ Die Einsätze werden im Normalfall mit Helium bei einem Dmnck von 1 -1,5 atü beaufschlagt. Durch den Unterdruck im Einsatz gegenüber dem Druck des Reaktorvmssers ist gewährleistet, daß kein Gas in den primären Reaktrokreislauf gelangt. Es ist jedoch mÖGlich, daß durch ein Leck eines Einsatzes Reaktorwasser in diesen eindringt. Die Einsätze müssen deshalb als Stopfen des Reaktors angesehen werden, die die Aufgabe haben, das Auslaufen des Reaktorwassers über das Druckversorgungssystem zu verhindern. Die Sicherheitsventile in den Absaugleitungen der Einsätze sind deshalb auf 15 atü, den theoretischen Druck des Reaktorwassers, eingestellt.Die Einsätze einschließlich der entsprechenden Rohrleitungen sind auf denselben Druck ausgelegt und uerden bei der Fertigung einem Prüfdruck von 22,5 atü unterworfen. -10 - -10In den Absaugleitungen der Einsätze sind insgesamt folgende Sicherungen gegen Drucküberschreitung eingebaut: Kontaktmanometer mit Alarmgabe, eingestellt auf 5 atü, Druckwächter mit Alarmgabe, eingestellt auf 10 atü, Sicherheitsventil, eingestellt auf 15 atü. Uo ein allerdings unwahrscheinliches ~indringen von Reaktorwasser über die Bestrahlungseinsätze in das Druckversorgungssystem möglichst frühzeitig anzuzeigen, ist in jeder Absaugleitung ein Naßfühler eingebaut. Nachdem die Bestrahlungseinsätze einschließlich der Leitungen weitmöglich evakuiert sind, kann über den Druckminderer und Feinregulierventile Helium aus einer Gasflasche eingespeist werden. Um sicher zu gehen, daß zwischen Eintritt und Austritt keine Verstopfungen vorhanden sind, sind sowohl an den Einspeiseleitungen zu den Einsätzen als auch an den Leitungen danach Kontaktmanometer angebracht. Die beiden Bestrahlungseinsätze können vollkommen getrennt beaufschlagt werden. -11- 4.4 Temperatur-Regelanlage Eine Grundforderung an die Versuchseinrichtung ist, daß die Temperatur der Prüflingsröhrchen ",ährend der ganzen Versuchszeit mit großer Genauigkeit konstant gehalten werden muß. Außerdem soll die Temperatur jedes einzelnen Prüflings unabhängig von den übrigen in Bereich von 550-S00oC wählbar sein. Diese Forderungen erfüllt die im folgenden beschriebene Präzisionsregelanlage zur kontinRierlichen Regelung des Heizstromes (siehe Abb.4). Es werden in 2 Bestrahlungskanälen insgesamt 16 Prüflinge gleichzeitig bei unterschiedlichen Temperaturen bestrahlt.lIegen der geringen Zeitkonstanten der Proben und der hohen \lärmestromdichte "rürde eire Ein-Aus-Regelung ni cht genügen. Aus dem gleichen Grunde können auch keine mechanischen Stellglieder verwendet werden.Die 16 Regelkreise und der identische Reservekreis sind daher mit schnellen kontinuierlichen, voll-transistorisierten Reglern aus- gerüstet. Jeder Regelkreis besteht aus den folgenden Gliedern: Chromel - Alumel - ~ermoelement (Istwert), Sollwertgeber, 8011- Ist- wert - Vergleichsstelle, Nullverstärker, PID-Regler, stromgesteuerter Transduktor und Trenntransformator. Die Trenntransformatoren sind für eine maximale Ausgangsleistung von 300 VA bei einer ",ählbaren Spannung von maximal Da die Heizwickllmgen gemeinsam die 11~sse des 88 Volt ausgelegt. Bestr~hlungseinsatzes als Rückleitung benutzen, ist als Kurzschlußsicherung ein Transformator zur galvanischen Trennung der Regelanlage vom Netz vorgesehen. Sämtliche Teile der Anlage sind in 2 Bedienungsschränken untergebracht; Schrank I enthält 8, Schrank 11 9 ReGelkreise, Der Reservekreis kann jeden einzelnen der 16 Regelkreise ersetzen. Die gesamt~ Temperatur- regelanlage ist elektrisch abgesichert. Hit der beschriebenen Regelanlage wird die Prüflincstemperatur in den Grenzen ± lOe konstant gehalten. l.els~u.!!g.§.d§t~n_ max. Leistungsbedarf eines ~rüflings (3,25 A, 77 v) 250 Uatt max. Ausgangsleistung eines Transduktors max. Leistungsbedarf für die ganze Regelanlage 300 Vatt ca • 15 KVA .Eeß:elv..Q.rß:a~g_ Als Istwert dient die E}~ eines der 3 Thermoelemente jedes Prüflings. Dieser Thermospannung wird die Spannung einer Sollwertgebereinheit entgegengeschaltet. Die Differenzspannung wird über einen O-Verstärker de;'l ~.·I])-Regler zugeführt. Der Regler steuert einen Transduktor, "eIcher über einen Trenn-und Anpassungstransformator den lieizstrom für den Prüfling liefert. Die den Regelvorgang auslösenden Störsrößen -12- -12sind der zeitlich veränderliche y-Fluß und Anclertillc;en der Wirr.leabfuhrbedinGUUsen im Gasspalt durch Dehnung oder Durchbiegung der Prüflinge. Hetzspalmungssclnmnkungen innerhalb ± 10 %he.ben keinen Einfluß, ueil der ReGelkreis eine solche jU1üerunG in l~i.irzester Zeit n~chregelt. !e~p~r~t~rBe~s~ Alle TeL1~)eraturnessungen uel~cLen 'vobei für jeden der beiden auf Hehrf2.c~:::lUn~:tdrucl:ellm registriert, Best~J11unbseinsätze Getrennte te vorGesehen sind. Die The~noelemente, \Terc~en, Entl~op~',lun::;sverstärkerrli t sine. über einen Punktdrucl~er Instrwnen- uelche zur RegelunG benutzt deM entsprechenden verbu:1a.en. Dieser Vel'stärl:e:c' h2.·;; eine hohe Eingangsiml)e- danz und verhinQert eine Beeinflußune des Reselvorganges durch den Punktdrucker iLl Lugenblick c"les AbGleichens. Die lIessungen' der Thermoelemente, welche nur zur Registrierung da sind, werden zusammen und ::;etrennt von den lIessungen c~e~ The:~moele:.1ente, ",elche auch zur Rege- lun.::; dienen, 2.uf einen eigenen Punktc:"rucl:er aufgezeichnet. Die Temperatur jedes PrüflinGS kann außerde;~ über d8.8 Regel therr.1oelel1ent r.li t eünCI::1 direl:t c,nzeigencl.ea Gel'2.t GeDessen Herden. :Cs dient hauptsächlich zur IContrO'lle del' ?rüflinGsteI:1~)eratur bein Anfahren und zur Kontrolle c"les Reglers. 5.. Handhabung des B~<J.hlun~s~i~satzes Bestrc.hlu"1Gs~:c.psel Der :einbau C.8r nu:c~ den leeren, d. h. ni t ~Jasser in den Reaktor crfoli~;t von oben in ,:;efi5..11 ten K2.nal. Die Kapsel hänGt dabei an einen AusHechselrohr, d2..s ("'..en 1(;::',l)Seloberteil llJ:1schließt tmd mi t dem 55 Inn starken ~li ttel teil über einen Spezie.l verschluß verbunden mst. Der Durchfi..ür\m;:;szapfen a'.1 un tel~en :=:nc1e des Einsatzes steckt in einer Hülse .:it einen Außendurcrmesser von 69,2 üm, die nit den Kapselunterteil verschraubt, üi t einen O-Ring e.b::;ec1ich tet und l1i t einer Stiftschrc.ube gegen Verdrehen ,::;esichert ist. Diese Hülse hat unten ein Sackloch ni t "inde~apfen Flansches an Tr2.pezGeuim~e, des Ve~schluDstopfens c'.el~ Herden, bis die in das beim N)sen1:e11 der Kapsel der GeeinGreift. Nc.ch Dntfernen des losen Te.nl:c"lurchfül1rung l:2..11n (.ie Kapsel "ei ter abgesenkt Vel~binc.un~;::;stelle DichtunGshülse-Kapselunterteil die stopfbuchse verl2.ssen h2.t, ohne daß \lasser -13- 13 aus dem Rea1:to1'{;'efiiß in den sub ,ile 1'oom austri tt. Danach iferclen Verschlußstopfen und Dichtun~shülse von cler ICapsel Getrennt und eiese r1i t einer.l losen 71ansoh befes tiG't. Der Einsatz 1Iirel ni t einG1' L:esich(n~ten Ubervmrfl:mttor ui t e',.eü :Flansch verschraubt. Zuletzt uer<len die Druckanschl1+ßl::ul)plun,::;en eingeschr2.ubt und c.er Ge.::.;enstecl:er ni t ci.en elel::trischen AnschluBleitun.:;en 8-n cleu Durchführun..;sz.::_)fen bofes·cict. Die DichtllCi t der Drucl::2.nschlü::;se une'.. (,es Val::uUT:J.a:1Sc:llusses '\lirel nach beenüeten I;inbau folgenC.erüaLcn .=;e~:l'L·,ft ~ IT2.chcinander Uer(:'e11 säntliclle ~.li t l"rüflinGe bis zu e'..er,l j evTeils naxL12.1en Bctl'iebselrucl:: Gefü1l t- Unc.L e'..ie clazuGehu:dG'e Einschr<:l:ubku))lunG" ab:;escl1l1.üfielt. Die Der Ausbau eines ;,ü t IIe1iUfa einer Lecl:soncle zuL~ssibe Lecl:rc.te bot1'~:ct 10-5 To1'1' • I/sec. Bestr2,~lluncsoinsatzes erfolc;t fn.:llestens 24 Stune.en nach Abschal teu cles Rec.l:·cors, und. Z1I2.1' erst nac1: einer ~;1'ünülicllCn ReiniGung eler :L)l'l,f1in::;e une cler ICa)se1 von Tritium.. D.::.s Reini::;unG"sverfahre:1 \firel im Abschni tt 8.2.2 beschrie ben. Die Reihonfol,::;e aer oinzelnen ;.rbci tsso~lrit'(;e bein Ausbau "ire':. e'oO:1S0 \fie f'"r elen :'::;inoau 1. ~o..s Brennc1enent clos bc·crcfiGJ.1C:.en K2.n2.18 "il'el 2,us.:.;ob8.1.:t. 2. Jas AUSITCcllS01 uer1:;:;ou(;' \lil~( in den I=2.nc1 abGesel1~~t uncl di t deD Bestrc.llllm~seinsc,tz -.:,'e~:u})e1 t. 3. Dor DU1'chfüllnmC;Sza1)fen und s~Dt1iche unteren :L:nc1e e.. er ==apse1 vird abGesclnaubt D.D Leitun.:.;en durchGetrennt. 4. Die Diclltun:::;shülse \lire\. auf,::;escln'c_ubt une':. ui t Ginor stiftscllraube cesichert. 5. Der Versclllußstopfen vü'c':. ,1it der Diclltun.::;shülse Vor 1)t.UleLen. 6. -u bermu'ül1.1 t tel', Si cllerun.::;spla tte UTlcl ;Scllrau'Jen an rl2.nschC.ecl::el uerc:ten ,::,,'elöst. 7. :Der Stal1c2.rd-F1o..J.1schclec~:el uird an Versclllußsto}fen befcsti.::;t. 8. Der :DcstrallhcnGseinsc'_tz \Tire.. . 1anC'sa:.J <.:urch die Stopi~)ucl1Se -:,;'ezo.:::en, bis der Vel'ccll.1uDsto)fen in seinol' J.lol'j.l2,lon ?osition ist. 9. :Der l:'12.nsc~.l""ec~:e1 sto)fen von 10. Der e~as l1ird .:\",1 T2.;11:bo(en bofesti~ t un( der VGrscll1uß- ~insatz ~elöst. Bestr2.hlunGseins~tz ,drd aus deu Kallel hCl'cus~Gzo~on und in AbsetzbecLen trc..nsporticrt. (Abschirmung beachten). -14- -145.3 Ouerationen in der Heißen Zelle Nach der Bestrahlung bleibt jeder Einsatz mindestens 10 Tage im Absetzbeckenj in dieser Zeit klin~en die kurzlebigen Aktivitäten ab. Die ZerlegunG erfolgt danach in der Heißen Zelle, wobei folgende Operationen auszuführen sind: 1. Der BestrahlunGseinsatz wird auf einer Trennvorrichtung P9sitioniert und das Oberteil abgetrennt. 2. Die Hüllrohrzentrierung an Oberteil wird abgetrennt. 3. Das Oberteil Hird zwischen dem 4. und 5. Prüfling halbiert. 4. Die beiden je 320 mm langen Teile werden in eine spezielle Transportkapsel eingebracht. 5. Die Kapsel wird in den Transportbehälter eingesetzt und dieser uit einen Stopfen verschlossen. 6. Transportfragen 6.1 Transport der Bestrahlungseinsätze von Karlsruhe nach Mol Die Bestrahlungseinsätze 'verden in fertig mmntiertem Zustand und in Spezialkisten verpackt per LK\'! von Karlsruhe nach Nol transportiert. Sie sind innerhalb der Kisten mehrfach unterstützt und so fixiert, daß sie sich we~er verbiegen noch in der ~erpackung bewegen können. 6.2 Transport der bestrahlten Proben von 1101 nach Karlsruhe Nach der BestrahlunG werden die Oberteile der Bestrahlungseinsätze mit den PrüflinGen von einer Speditionsfirma per LmJ zur Auswertung von Hol nach Karlsruhe geschafft. Zu diesem Zwec.ke iverden die beiden Teilstücke eines Einsatzes in eine Aluminiumkapsel gesteckt, die bereits unter Punkt 5• 3ervTähnt wurde und genau in den Abschirnbehälter paßt. Der Behälter ist in einer separaten Notiz, TA 2 - Notiz Nr. 64/20, eingehend beschrieben. 7. Vorversuche und Erprobungen Die bexeits durchgeführten Vorversuche dienten hauptsächlich der Prüfung wichtiger Einzelkomponenten der Bestrahlungseinrichtung, insbesondere des Einsatzes auf Druckfestigkeit, Dichtheit, erreichbare Genauigkeit usw. Im folgenden werden einige wichtige Vorversuche l~urz beschrieben: Bestrahlun~seinsätze und Prüflinge ----------------- Es vrnrde ein vereinfachter Einsatz hergestellt, der fast alle wesentlichen Komponenten des endgültigen enthält. An diesem "Prototyp" wurden folgende Versuche durchgeführt: -15- -15.1. Druckproben und Dichtheitsprüfungen, besonders an den Einschraub- kupplungen (Ermittlung der erforderlichen Flächenpressung an den J'ln.cJ1uic>. tuncren ). 2. Erreichbares Vakuum im Einsatz. 3. Optimale Ausbildung der illhermoelement-Schileißstelle ( erreichbare Genauigkeit und Reproduzierbarkeit). 4. Bestimmung der axialen und tangentialen Temperaturverteilung im Prüfling. 5. Untersuchung des Einflusses von Herstellungstoleranzen und Verformung der Prüflinge auf die TeTIperaturverteilung. 6. BestiTImung der Zeitkonstanten der Prüflinge hinsichtlich ihres Tempereturverhaltens. 7. Bestimmung der maximalen Temperatur, bei welcher die Heizwicklung eines Prüflinges durchbrennt. 8. Ermittlung der wahren Oberfl~chentemperatur eines Prüflings. 9. UntersuchunG über die AmrendungsIJöglichkei teines Dehnungskontaktes für die Prüflinge. iliO. Berstversuche an verschiedenen Prüflingen. 11. Berstversuch am Kapselrohr 17,4 ~. Hinsichtlich der Ergebnisse der einzelnen Versuche wird für interessierte Stellen auf folgende separate Notizen verwiesen: TA2- Notiz Nr. 64/27 v. 14.10.64, mit Nachtrag v. 17.2.65 und 22.6.65, TA2- Notiz Nr. 65/51 v. 17.2.65, TA2- Notiz Nr. 65/61 v. 3.5.65, IRE2-Notiz Nr. 65/68 v. 26.7.65, IRE2-Notiz Nr. 65/69 v. 2.7.65, ~r~rQb~n~ ~e~ ~oEPle!t~n_~l~g~ Ein vollständiger out of pile-Test der gesamten Bestrahlungseinrichtung uird in Karlsruhe stattfinden, so daß sich die Prüfungen vor der InbetriebnahIJe in lIol auf verschiedene erforderliche Funl:tionstests beschränken können. Beim out of pile-Test sollen insbesondere auch die Betriebsvorgänge wie Anfahren, Temperaturkorrektur, Druckeinspeisung und Gasspülung gefahren und erprobt werden. Diese Versuche sollen elle für den späteren Betrieb erforderlichen Heßwerte und Erfahrungen bringen.: -16... -16Für die Bedienung der Bestrahlungseinrichtung in Hol wird auf die separate Betriebsanweisung verwiesen. 8. Sicherheitsbetrachtungen 8.l.Reaktivitätsbeitrag Da kein spaltbares lIaterial zur Bestrahlunc kommt, kann der Bestrahlungseinsatz nur einen negativen Reaktivitätsbeitrag haben. Sein Beitrag ist wegen der geringen 11asse des im Core befindlichen Teiles uhd wegen der relativ niedrigen Absorptiönsquerschnitte der verwendeten Materialien, die sämtlich unter 4 barn liegen, gering. Er wird sicher kleiner sein als 0,7 Dollar. 8.2. Aktivitäten Während der Bestrahlungen entstehen in dem Bestrahlungseinsatz mit Ausnahme des Tritiums nur feste Radiosotopa der Legierungselemente. Diese Aktivitäten müssen hinsichtlich einer evtl. Strahlengefährdung während des Transportes untersucht werden, wobei wegen des "remote handling" nur die I-Strahler zu berücksichtigen sind. Beim Tritium besteht die Gefahr der Incorporation, \Teil das Heliumvolumen innerhalb des Bestrahlungseinsatzes über die Einspeiserohre und die Vakuumleitung mit den Reaktorbetriebaräumen in Verbindung steht. 8.2.1. Feste Aktivitäten Es soll eine Abschätzung der größt möglichen Gesamtaktivität desjenigen Einsatzteiles angegeben werden, welcher nach der Bestrahlung zusammen mit den @rüflingen von Mol nach Karlsruhe transportiert werden muß. Bei der Aktivierungsrechnung ist von folcenden Annahmen ausgegangen worden, welche auf dem Bestrahlungsprogramm, Kapitel 3 dieses Berichtes, basieren: 1. Bestrahlungszeiten: 2,4 und 8 Zyklen mit 20 Tagen pro Zyklus 2. maximaler thermischer Neutronenfluß = 4,3 • 1014 n/cm 2 sec, max. totaler Neutronenfluß a,o . 10 15 n/cm 2 sec. 3. Länge des interessierenden Einsatzoberteiles = 640 mm, von ca. - 373 bis + 267. 4. Bei den Legierungsanteilen der einzelnen Prüflinge sind jeweils diejenigen Komponenten berücksichtigt wmrden, welche die höheren Aktivitätsbeträge ergeben. Es ist also sicherheitshalber mit einem theoretischen Bestrahlungseinsatz gerechnet worden, welcher ein etwas größeres Gewicht als in 1Tirklichkeit aufweist. Die unter diesen Voraussetzungen errechneten maximalen Aktivitäten sind als Funktion der Abklingzeit in Abb. 5 dargestellt. -17- ··1 'i" .• Die ~ec:,bellc 2 im Anbc:lg er-c'Jiil t t)ine ::bernicht "titer die Gewichts- anteile d8x' einzelnel: Lcgie:::'t:ng1::leler.1€n-ta" Die Tabelle 3 zeigt die spektrale Vcrteilu~ de~' ~t~2hlung nach 160 Tagen Bestrahlungs- dausr, ";';:.che hin:",' cht':Lic''l lcJ:' :1.ot"eneligGl1 Abnchirnung aufschlußreichel' :c.ls di(' Anga:.e 'T:1'l ben. De·:::, t haJ.re:' ;l)llstc;,~ldigkG::' C'J.rie'i<".:-tC-J::-. :i.:t" 1:1 einer 'Wei t::rim T.:::.belle 4 Si~J.('n f'~~r dO:l T::-ansportbe::'äl te~' die Dosisleistungen, "Telche boi der c:ntez- dc"l ebigen Voraussetzungen berechneten maximalen Aktivität und nit 3crücksjchtigung des y-Spektrums auftreten, noch an["eg3ben. :;-'3i einer Bestrahlungszei t von 160 Tagen ergf'ben sich folgenc.c DOE~810:.::;tu'-1gen in :,~e:::J./~1 z·...llässig nach Strahlenschutzverordnung 10 Tage 30 Tage 35 32 200 3 10 1,5 10 an der Oberfläche des Behälters in 1m Abstand vom Behälter in 50m Abstand vom . 1,65 Behälter Der für den Transport und die Lagerung vorgesehene Beh:~~er (vergI. Abschnitt 6,2) ist damit ausreichend. 8.2.2 ~r~~i~ Als Druckgas für die Prüflinge und zum Spülen der Bestrahlungseinsätz3 vlird hochreines cID9rikanisches Helium mit einem He 3-Isotopenanteil VOll 1,37 • 10- 6 verwendete Bei der Sicherheitsbetrachtung "erelen zunächst folgende ungünstigen Annahmen gemacht: 1. Die gesamte Heliummenge im Corbereich ist einem ~luß thermisch~n -1-2 von 6 .10 14 sec' cm aup-gesetzt. 2. Das entstehende Tr:.tium verteilt sich durch Diffusion gleichmäßig i)meThalb der Kapsel und der Leitungen b::'s zu den Einspeiseventilen. 3. Die H~3.-Konzentration in Einsatz nim::lt vTährend der Bestrahlung nicht ab. -18- -18Ohne die unter 2. vorausgesetzte Vermischung der Gasvolumina in pile und out of pi1ewäre die He 3-Konzentration bereits nach 60 stunden Bestrahlungszeit auf die Hälfte abgesunken und nach etwa 10 Tagen wärenpraktisch alle ursprimglich vorhandenen He 3-Atome in Tritium uogewandelt. Die spezifische Aktivität betrüge dann 1,34 • 10GraL1m Helium. Bei einem Druck von 400 ata und einer Temperatur von 500 2 Curie prc °c befindet sich eine Heliummenge von 0,27 gr in den acht Proben, weitere 0,03 gr sind in den Ringspalten und zwischen den einzelnen Proben, so daß insgesamt 0,3 gr Helium der Bestrahlung ausgesetzt sind. Unter den Voraussetzungen 1. 2. u.3. beträgt die Tritium-Erzeugungs11 rate im Bestrahlungseinsatz 8,9.10 Atome/sec gr. Insgesammt werden also in einer Sekunde 2,67 • 10 11 Tritiumatome erzeugt. Die Gesamt- aktivität steigt unter den getroffenen Annahmen linear mit der Be2 strahlungszeit an und beträgt nach 20 Tagen 2,25 • 10- Curie. Die längste vorgesehene Bestrahlungsdauer für einen Einsatz beträgt 8 Reaktorzyklen a 20 Tage. Es ist beabsichtigt, das Drucksystem nach jedem Zyklus zu entlasten, zu spülen und mit frischem He zu beaufschlagen. Wenn jedoch die He-Füllung im Einsatz und in den Proben nicht erneuert imrde, betrüge die Tritium-Aktivität nach 8 Zyklen 0,18 Ci. Damit liegt man hinsichtlich der größtoöglichen erzeugten Tritiummenge auf der sicheren Seite. Die Kenntnis der maximalen Gesamtaktivität ist wichtig bei dem - allerdings sehr unwahrscheinlichen ~ Unfall, daß die gesamte aktivierte He-Henge plötzlich aus dem Drucksystem austritt. Bei einer Toleranzkonzentration in ~temluft von Kontrollbereichen von 2.10- 6 Curie/m 3 väre eine Verdünnung der 0,18 Curie Tritiuoaktivität auf 90 000 m3 Luft erforderlich.Um diesen Unfall und die Gefähruung von Personal durch egentuelle Leckagen von vorneherein praktisch auszuschließen, sind alle Bauteile des Drucksystems, die während de~ Versuchsbetriebs Tritium enthalten können, in einem Schrank untergebracht, der unter einem niedrigeren Druck ald das BR 2- Betriebsgebäude steht und an das Abgassystem des BR 2 angeschlossen ist. Die Verschraubungen der einzelnen Rohrleitungen mit dem Bestrahlungseinsatz sind bei ci er IIontagc auf eine Dichtheit derart überprüft worden, daß die Leckrate~0-5 Torr • I/sec beträgt. vJenn bei zwei Einsätzen mit insgesamt 24 Verbindungsstellen gerechnet wird, ergibt eine größt mögliche Leckrate von 2,4 • 10- 4 Torr I/sec. -19- sic~ -19Für die Berechnung der in den subpile room tiummenge muß ~ austretenden Tri- im Gegensatz zu den Annahmen 2. und 3. davon ausgehen, daß gar kein Aust~usch der Gasvoluoina in pile und out of pile stattfindet. In den Prüflingen und im Kapseloberteil sind dann sämtliche He 3-Atome aktiviert, d.h. die Tritiu~~onzentration beträgt 1,34' 10- 2 Curie/gr oder 2,3 • 10-6Curie pro Normal-Kubikzentimeter. Bei einer Gesamtleckrate von 2,4 • 10- 4 Torr I/sec treten dann 3,16 • 10- 4 Ncm 3/sec Helium und damit 7,3 • 10-10 6 Curie /sec oder 2,63 • 10- Curie/h in den Sub Pile Room aus. Es würde etwa 75 stunden dauern, um dawit einen unbelüfteten Raum von 100 m3 Inhalt auf Toleranzkonzentration für Atemluft zu bringen. Um die Tritium-9.ktivität des Helium in den Bestrahlungseinsätzen und Prüflingen in besti~lten Grenzen zu halten, werden die ein- zelnen Rohrleitungen währänd der Abschßltperioden des Reaktors vom Gasdruck entlastet und mit Frischgas beaufschlagt. Vor den Ausbau des Bestrahlungseinsatzes muß das Drucksystem soweit von Tritium gereinigt sein, daß die Druckanschlüsse am Kapselunterteil~efahrlos von Hand gelöst werden köhnen. Nach Abschalten des Re- aktors steht für die Reinigung ein ganzer Tag zur Verfügung; dabei wird 1. yerfahren: Das gesaute Drucksystem uird über die Leitung für radidaktive 2. Gase entlastet. Das System wird mehrere Stunden lang evakuiert, während die ~olgendermaßen Prüflinge geheizt werden, um eine ev. Oberflächenbeladung 3. mit Tritium zu reduzieren. Sämtliche Prüflinge werden mit frischem Heliym von ca. 100 atü beaufschlagt und nach ca. 1 Stunde wieder entlastet. Die Kapsel selbst wird mit Helium von 9 atü gefüllt, das nach einiGen Hinuten in die Abgasleitung abgelassen wird. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die Toleranzkonzentration für Atemluft 4. erreicht worden ist. Das System wird nochmals bei beheizten Proben evakuiert und schließlichnit Helium von I ata gefüllt. Eine Abschätzung ergibt, daß spätestens nach dreimaligem \liederholen des Vorganges Nr. 3 in den Proben nnd nach 5-maligem Wiederholen in der Kapsel die Toleranzkonzentration für Atemluft herrscht. Der Schritt Nr. 4 dient lediglich der Erhöhung der Sicherheit. -20- -20- 8.3 Mechanische Festigkeit der Bestrahlungskapsel Eine mechanische Beanspruchung des Einsatzes entsteht durch äußeren Überdruck im Reaktorgefäß und unter Umständen bei plötzlich auftretenden Lecks an einem oder mehreren Prüflingen durch Überdruck. Da die Kapsel festig~eitsm~ßig mehrfach inne~en überdimensioniert ist, kann man den Fall einer Beschädigung der äußeren Hülle eIs 88hr unwahrscheinlich betrachten. Sollte trotzdem durch eine nicht vorhersehbare Ursache ein größeres Leck an dem Teil der Kapsel auftreten, der sich innerhalb des Druckgefäßes befindet, so ist damit dieser Versuch beendet. In diesem Fall wäre der Ausbau der teilweise oder ganz mit vlasser gefüllten ICapsel zwar mit einigen Komplikationen verbu~den, eine Störung des Reaktorbetriebes ist jedoch nicht zu ervarten. In Abschnitt 4.3 ist bereits darauf hingewiesen worden, daß im Falle des Eindringens von Reaktorwasser in den Bestrghlungseinsatz dieser als Stopfen des Reaktors angesehen werden muß. Die dadurch entstehende Beanspruchung der Kapsel bedeutet keine Gefahr für die Sicherheit des Reaktors. 8.3.1. Äußerer Überdruck Der Vasserdruck von 12,5 atü erzeugt in der 1 mm starken lfand des 2 Kapseloberteiles eine Tangentialspannung von 1,125 kg/mm , so daß gegen Einbeulen Genügend Sicherheit vorhanden ist, zumal die Kapselwand durch die Probenträger von innen abgestützt ist. Die Drucks~an­ nungen in dem Kapselmittelteil ( 55 mm ~, 5 mm \landdicke) und mn dem Unterteil (69,2 mm ~, 6 mm 1randdicke) betragen, 0,69 kg/mm 2 bzw. 0,73 kg/~. 8.3.2. Innerer Überdruck Wenn ein Prüfling durch die gleichzeitige Druck-und Temperaturbeanspruchung zerstört wird, so ist es sehr unwahrscheinlich, daß schlagartig das unter einem Druck von maximal 450 atü stehende Helium freigesetzt wird. Unter der ungünstigen Voraussetzung, daß sich die Heliumfüllung der Probe in diesem Fall zunächst nur auf den Ringspalt zwischen Probe und Probenträger und die Gasräume zwischen di4ser und den beiden benachbarten Proben verteilt, \mrde bei adiabatischer EntspannunG momentan ein innerer Überdruck von 35 atü entstehen. Der Berstdruck des äußeren Mantelrohres liegt höher als 700 atü, so daß auch dann noch genügend Sicherheit gegen Zerstörung der Kapsel vorhanden mst, \lenn sämtliche Prüflinge im gleichen Bruchteil einer Bekunde platzen sollten. Ein weiterer Druckaufbau durch nachströmendes Helium ist unmöglich, weil dem hydraulischen \/iderstand der Kapillarrohre mit einem Innendurchmesser von 0,6 mm ein 1!eit ge~ingerer - 21 - -21Ausströmwiderstand in die unteren Teile der Kapsel und in das Abgassystem gegenübersteht. Eine Gefährdung der Kapselwand duroh Druok~lellen beim Aufplatzen einer Probe ist auszuschließen, weil der Ringspalt von 1 mn Breite nioht zur Ausbildung einer Druokwelle ausreicht; außerden lrurde der Aluminium-Probenträger als Schockabsorber ~lirken. 8.3.3. Beanspruohung beim Ein-und Ausbau Beim Ein-und Ausbau des Einsatzes ~lird der Kapseloberteil nicht durch Zug-oder Biegekräfte belastet, weil das Ausweohselwerkzeug an dem 55 mm starken Kapselmittelteil angreift. 8.4. Elastische Durohbiegung der Kapsel beim Einbau Durch die Neigung des Bestrahlungskanals gegen die Senkrechte und dadurch, daß der untere Teil des Einsatzes beim Absenken unterhalb des "grid" nioht mehr in einem Rohr geführt wird, ergibt sioh eine elastisohe Durohbi egung; außerdem bel'lirkt das Spiel zwischen den Zen trierrippen an ilittelteil des Einsatzes und dem Führungsrohr eine Abweichung der Kapselaohse von der Achse des Bestrahlungskanals. Die elastische Durohbiegung und die Achsabweichung dürfen zusammen einen I'lert von 8 mn nicht Deckelstop~en übersc~lreiten, damit der Gel'1indekopf am unteren noch in das Gewinde der Dichtungshülse am unteren Ende der Kapsel einGreifen kann. Die Einbausituation im Augenblick vor dem Gewindeeingriff ist in Abb. 6a skizziert. Der Einsatz ruht in diesem Zeitpunkt auf den Stützen A und B, und nach den Einziehen in den unteren Kesselboden auf den Stützen Bund C. Für die Bereohnung der Durchbiegung wurde der Belastuncsfall nach Abb. 6b angenommen. Die gesamte Abweichung setzt sich zusammen aus, der elastisohen Durchbiegung (fl) auf Grund der Streckenlasten ql 1. und q2 (Eigengewicht Trägerrohr, Abschirmstopfen und sonstige Einbauteile), der elastischen DurchbieG~g (f2) durch die Punktlast F (Durch- 2. führungszapfen und IIontagehülse), 3. der Abweichung f3, die aus dem Spiel zwischen den Führungsrohr und den federnden Zentrierungen A und B resultiert. Je nachden, ob durch die Lage der Einsätze die federnde Zentrierrippe bei A oder bei B eingedrücl:t wird, ergibt sich eine andere Abueiohung f 3. -22- -22Ergebnis: f 3A = f = 2,0 mm l f 2 =0,34 mm 3,6 mm (Feder bei A) f f ges = 5,94mm 3B = 5,2 mm (Feder bei B) f ges = 7,54mm Dami t liegt im ungünstigsten Falle die IIi ttenabweichung immer noch innerhalb der zugelassenen Toleranz. Der Sicherheit halber sollte beim Beladen. des Einsatzes so vorgeg~ngen werden, daß der Einsatz in einer solchen Lage eingeführt wird, daß keine federnde Zentrierrippe belastet wird. 8.5. Sicherheit gegen Sieden an der Kapseloberfläche Die infolge der y-Aufheizung und der elektrischen Heizung im Bestrahlungseinsatz erzeugte Ilärmemenge muß durch das Kühlwasser des Reaktors abgeführt werden. Im Zusamtlenhang mit der IIärmeübertragung zwischen Kapseloberfläche und Reaktorwasser soll nachgewiesen werden, daß das Kühlwasser des Reaktors in der Umgebung der Kapsel nicht zum Sieden gelangt. Die maximale y-Aufheizung im Co re beträgt bei einer Reaktorleistung von 50 InT thermisch 16 V/go Für den Bestrahlungseinsatz gilt im Bereich der Prüflinge eine Gewichtsverteilung von ca. 9 g/ cm. D~mit wird die \1ärmeleisilung des Einsatzes infolge der y-Aufheizung Sl = 144 Il/cm Die elektrische Heizleistung pro cm Prüfling ist maximal S2 = 52,2 U/cm Die gesamte \lärmeleistung ergibt sich dann zu S = Sl + S2 = 196 u/ cm Unter Zugrundlegung eines stationären lTärmeflusses wird für den vlärmeübergang zwischen Kapseloberfläche und \'lasser nach VDI-\'lärmeatlas die Beziehung Nu = e . Rem • Prn • (L/d) S angesetzt, welche für Längsströmungen allgemein gilt. Dabei ist für turbulente Läneo1J~r~g.. C . (L/d) S 0,024; m = 0,8; n 0,335. Hit den Gleichungen Nu wird = a: • dh/A Re c· y • d Pr 3600):· c h p /1 . g = C • dh/V • y/A - 23 - -23- />" == 0,024 (c·dh/V) 0,8. (3600 .y•• c • r/>..)0,335 h p Für die Wasserbedingungen im Reaktor mit einem Druck von ca. 10 ata und einer Temperatur von Sa4 50 oe sind nachstehende Stoffwerte aus a • d VDI-Wärmeatlas entnommen: ., ;; . 988 kg/m' == c p >.. Für den . 10- 6 r}/s 0,553 I, ~ == 0,997 kcal/kg oe == 0,551 kcal/m hOC Kühlk~nal zwischen Bestrahlungskapsel und BE-Zentraklrohr mit den Abmessungen da Durchmesser == 4 p/u d h == 20,9 und Qi == 3,5 mm == == 17,4 mn ist der hydraulische 3,5 • 10- 3 m Die Geschwindigkei t des h:ühhlassers '\lird mit c 9 m/s angenommen. Mit obigen lkrten ergibt sich eine Reynolds-Zahl von Re 56900 == und eine Prandtl-Zahl von Pr == 3,55 Die llärmeübergangszahl a bestimDt. sich dann zu 37000kcal/m2 h oe a Dieser thecrretisch ermittelte 1Jert erscheint unrealistisch; es wird deshalb im folgenden sicherheitshalber mit a == 20 000 kcal/m 2 h oe gerechnet. Für die abzuführende Uärmetlenge gilt S es ist I kcal a • F (t w - tfl) 1,163 Uh und dar.'lit == (Rcal/h) S = 1,163 • a • F ( \, - tfl) wobei t (lI/em) die Oberflächentemperatur der Kapsel und t f1 die \:asser- w temperatur bedeutet. Die Austauschf1Qehe F wird auf einen em Kapsel6 länge bezogen und beträgt dann 546 • 10- ~2 Bei einer oi ttleren \lassertempera tur von 50 oe und S bestimmt sich die Temperatur der Ka~seloborfläche == 196 Ulern zu 15,4 + 50 = 65,4 oe Damit ist der Nachweis erbracht, daß die durch den Bestrahlungeinsatz t w == anfallende \Järmemenge von Kühlwasser des Reaktors abgeführt werden kann, ohne daß das llasser an der Kapseloberfläche zum Sieden gelangt. - 24 - -249. Kurze Störfallanalyse Die bei evtl.auftretenden Störfällen an der Bestrahlungseinrichtung erforderlichen Ilaßnahmen sind der Übersicht halber tabellarisch zusammengestellt. (Siehe Tabelle 5 im Anhang). Für nähere Einzelheiten \Vird auf die Betriebsanweisung verwiesen. :J111 ' • 7, " ..... ,,' J' , -1' " ' / t',.' /' n ..... - " ~ ///c) .. ""...... ,.,,,.~, --.-- '~ - 993 " ~ - --ij- / /" t -109S 7;' "/- 1381 /"' -'1" '- f ,\.'~' 5 • 6 ,"" 101 : "I" : ' T ~, I '.., i I '1 ,n'~, 10 ., u, , ' " " , Nlrt'u 0 ' , <', ~,~ ". " , ~ "n i ":. ,',,, . ,. • ' 6 , Prufl",/mnhtd - 53 '"-, ,~ ,-', ,-_',,- '-,'\.'-"'~,~,,~ '~"\.'~ '<,., ...... J ,~4j \.', - 381 ~ ) , ---} '--"6 I I ~1I61 ., --"'-"'''-'-'':'-"'--J, ,",-' ,,.~-"-'- ".' .. , " 12 13 15 -10 I ._< 17 j 18 •• / 19 ., '//., ! -"71 •• I 20 , 16 , 1/ i/~' ~ -'569 , /' / ').. ; , / / /' / ~ ~ ~ '' 11 , (t ////' 21 "r Z, , "~I,,) . J ',:r', ,--.' '11',:, a" , ' t 'ie Ij 't [" " [ d- I ~,., ~ 'I -sm .' i;' 28 27 1(( i 1)- " Druckrohr :1' 'lI11 1 1,/:1 !lli1~ Schnitt A-B t .",~ I .. '. .1- " 0 j/ j -"I -,.. I t , Schnitt {-B '. '-~" " f ' \\ ! '\ I Schnitt E-F -l- Pli // ('i . ) \ i ji" ' J T"/' 1/ 1.1: 1; ,: ,~~-"= ::;=--~ ~ -!. : • ~ ~ ~ ,,,I, -m' ·m... (, QG, I(~/.''!~ !/. ,f_ 'I I ,'''' I.. .f . ~ -1411 I Schnitt I-K ... : . . , "INP,.AM/dtIItf _Hf ,,,.... Schnitt 6-N i (~i " , =":--='1<' ... ,;_~~ ~ '.. -,., 1[. i.J!.JlI:.:Jl' i u \ 16 ;; 'SlllfI"oflr ~~''''.l!"!I''.'L.-''-''''''~1 " \ / 16 U I ' i7 I \ \ !'''''''''.-H'U'I 38 \ -IN ·).,""'-·~:>.71 _ _. __ . I"'Jritt/Ol-l~tt 1.2" '0 I I -~1 32 JJ " 35 I " ,----~ . ;;gC:;~:~ ,: :""" t':':.:~':o.JL:3e!!"i' ;' ..,~~~r~Q::f!::::,:~ "::., ~~T ~ ~ ~ I} , , t'<~ /~/ i" 1 .c""I}J? ~ ~ L ::: ::.. , ' ~'"'; ;,,&;: ,:;;;,;;;;,:;,;;~2;:;'J~~:;~iW Hilft ., ~: E.... I I" : , i -=-, ,,,. '"-' ,''- , . '-'-',\0-" i9"iP iSI~;;; ', 89 2 --I "':'\@"'" ~B ,~ i -JA 7 «f['"'' ',C'~" ,~, ~ ( Ci, dh HS!! '." ""1''" ~f' 3 , ::.!~::::;;x;:::~ :: f:i ! - 813 ,;_"'~~l""~ ->~ ~" 1111!11 ':fI'\' 7 7.!t-,~",. ,~"~,,., ,~,'P t . il-f h j !i~ ~p - Il!41: ....-in 'i'6.1 ...1 t--ß-mo--;ßA-b-mo-lß I' 1- i!ihi :lHt j ~-I-I ~'! i!h ~ t~<l ~ 1 ~ ... ~ ~ I..: • .I: >;1 t : 1--1--- ",alit 1 - . - , ~: ~ 1: li:!i ,df"! ~ &ii~ lr' 'i.!lsi' 1 --~ I 1I -- r----- 7 T III / . --- T / / // / '" 6 ~r/' / '/ / /;--/'7'-7 -T ~ ~:; .. .0:':' Änderung . "/ / j L/ --.' . '~..' / '-',~-'--" / / ./ /.L / .//. .n \, 6 2 -=--=. ~-~~.~-- ~._-~~--- _L / L / ..- ' - ' ._- - - - /7--7-;7:.-/-----~- '" :==, . " __ ' T / / )<'y7/ /_/./ / ,j~".<// /. / " ., 3 " ~,- . . . . ,_.._. .::... ~ I Tag I Nam. r,uS] tIt-/ I 5:1 Maß. lab 0". .., I I BR2 - HO/- 2 Werke/alt '" 'V'VV'J ~I ~$ll. iPx(},;"i IO;x /5 O,3f'lfl; J. j.~/'p'~--j'~/e.~ IUS",68.,Th ,,1()~-~-I()8s. I.'O?r 7s t .fJr !.1()() 6Ao.;"8 1~/.IJ40-2-'O "-1- Ni,,- ~to~-l-l()iS- t t./O~-2-1()~5 Postfach 9'f7 750() Karlsruhe Gel.l/schaft fDr Kernfor.chung m.b.H. -" TA2-f'J'8-4/ 04 -J-IO,fta Z.khnun~ Nr. c -I-- ·1 Frt,maßfoleronz 1---=-,--t-"'=+==-+-'="-~='4~=:"1 W"b/off /Nc!Ol.JjJfli rl _. MH t.5i'1 ,,,' """ ,.,q.<" ÜI'! ~5i'1 ~5;ij . (, ID f- F ',,- .."- -\..1-- ,~'\ --T---r <. 9 Abb.2 45" x iAnpr!n.9un~l7~h P!o.n.. 1,1~4.l.rlj!O Elektr: beheizter Priifling(mol7lierl) B.IlBnnung I .~~---~~ Nam. I IIvH~hr-~~&a Heizleiter 19t1 r;;g I 1 rohr . 1~1L!L:7~__ 1 8.1 6' .rehlInge'.' .! _J.Ii}!I["Q.!l.r- .Jtqpfen 1 oislonzhiilse 1 Nil11 1 pistonrhiilse j 1j therl11oeielTlef/1 f(opillorrol/r 2,.. 8estrohltJngJemsal.r- Nt: I . . ft ~ Priifling'Snosillon a-/} im EinsaIr v a ii3 82 8.t. 8,5 8.6 8.., Q:..9. 88 y X -... /P;: 1 ./1'- '-, ---"L. L' ,7 ,{ 8 r -r 6 2 - 1 a: ort f. Schwel/Jung b ~ ort 2 .rchweIRung, I'olls a undicht _o(.Jfg~[Jl!flktel II! Abhon Igkelt der Flu/Jvertelluflg siehe TA - Nolir Nr. 65/51 ~ Thermoelemenlanordnunq u.Nilllrohr-.rtopl'efl f .../ LA;;~dn!'?des.J.Tl1ermOelemen.les [§] i / /~- )t('~ . .. . - ~ /" / / / 77:7 / L/...L/./ / "·ecce.. 4 1 - ;/. 7 / / 5 '--<--Y-/// [ j / / ./ j ./ /-/~/ /. L/ /L~_./---=I- ~: ~:.::-=~-=--~~:- -_:~~/o~-~: .-. --..•.~-='"--" / . __ - 7;17 r-- / ,/ X / / / /, / I ~- ---~ - - LI .._.. 8 I"" I ! '! I .~;' dhl!--J pli . I! I I ! '" ~ ,'" 'HI it<" I,""0;~ I • rI llli!I'll ,I' I !,II i II'il ipH '--- 8estrohl(j"9f~tnsalzI HlUlll .---- 4j PIS PlI ~::: r- r- y.- : ~ ~ : : '''~d "", •• ~L -- .. , f'f'tt I.I'JlJJ IAf/,.., 1.411// INI41 1'-'"" . 0 u ~ r i INrlf ]WI.t1 lA/I'" ~ ,I k ~ ~ ~ ~ .. ; : , : : ; :; : ; J.... r.r/INlfI ~ ~!!!!!!! 1'''tl/l,4l1l11}ll'/4./INHl Ihl«lj4l'l1/ INItl ~Ii' ~ L .. "A I , ! . ~'"~H~."~~.~." t!!!!. ~" ~~1 ~u ~(' ~':" ~." ~.1I ~.1I ~.II ~" ~:IJt !~ ~~tJ't"'~1J,J~"'~111~1'lr'rU~"1~"'r"r:"~"'r:ur:"~w~ ~ - "'1 I/ PJ[I,L '-- L- 111 . '+- Q'" '" !:,J '" PIS ~PU ~P!J PI) Dm ~m r--~ P6I prl 1T ,, , <p- ~ m ~Il;l:! _!__t· ."'110- l INI .u 8IS~'tt'· BNI , IZ;" ,,./,,,,1,,,,, u ~ #!Wl!!L ..A.!'1!1tltlil.all_ .. ~ __ .. ,J/~~tJ,d'lrcAldc. _ _ 'I"'''"'ß'' J;ch.rll.dn."ttl, 1""f~"H .,,/iillf ' M • /i. ~ _..... y~., Jb9,ury.sn", - , ,Yt/lf-sY.f"".J ~--=--, I 1 T V.'06Qcm~pz5l1bl7lq 8lmetoll- Thermometer d TO'C SRI Ne9vl/ff~nttlIlWj,f(OGU o /Hf Ilafli (Alarmsystem) Konft1k1m(Jl1OIT1eltr tJbu;Sol() Obis 6JIJ alu (Alormsysfem) Ft!tnmt!t1mo~/er(Jbu6JOo!tJ PflJckwoch!u KJolu Gauah/er 6r Abb J Hall(1mtftr 0- lSrJ alu f,c!Jerhe,tsv,,,IiI 100 allJ PIO rlch~rh~"sYMtll 15 alu PHO Pli tU olü A/J.fpUr~h!JI NW/O NDSO .rl(:herhetl.r~nltl BNl,8NE NaRlunter 81'1J I sr1, 'a61 8~818J.85,86 ) PHI PM/! ."1"111 Pruckmtllell'lrIChful19 RuckSdJI(J9~nlflNWS NO&4(J PIN, PR} Prf,FY/ "MpUr~(l1tI ftlW4 N06'O R~9ullt!r"t!"IJI NW' N05'tJ PA PlI biSP/8 Profl'fJ9 fOfJBI/f'1/ksfran{un;.uII1Jo/L 11 IU/19S~/n.sotLI Pruf(In9'lJf.$8Imlkslroh~ H:mbron·Jl'akWm/11t!/er l'50m.f1/1 Torr PllblSPl8 8f"1VI 8'" I BI'fI/,B/'fIJ,BHII,8/'f1; Kmtokll11Q?On'1eler JlcherheltSYM/J! ISo/tl I1Cl9ne/~nhl f;WHJ 110» BIS,8IS 8EI, BE,? BVl',8VJlI A!:Jsptrrvenf,J f;W4 ND6J,0 Absperrvenlll/(wI-II0&40 i I -!i R(JckSCNo9~hll/#WI)NO/(1() P,I6,8IJ,8/4.Brl,U' 81" Bill, 8.. PA~ PU,PAJ,PA4,Pd} 80 Oruckmll1derer; Arbed.rd/Vdr "iNs IOl7ItJ DS S,c!?erhetlsvenltl Sf10atü ur DI1 !'fonometer 0 bis 6'+0 alu o ÖlabscheIder P Vokuumpumpe s. ~ mYhJP",r~TQrr o Drvckbtholfer kl-,--c,lq.~Iß.'-+---_.L+--<c!-:3-----""!.L.._-_--.U~It7~~~F-Y 6,.,1. Bwl ,wl PlII&>- 8f:Slrohl{jn9~ms(Jtz Ne - FIeseM 1&0 al" --.I....:::.-.-, I K IUmhrOn KtHnprusor 566010 F i- I I Ir! :>.. ' b- : :1 :.: ::~I-,::-;::-;:l ~'~-'-----'~I .~+- . --, ._~ .--~-----~- • J- -l" ...._ . -l.. ~. j 1 ~_ :1 .,-, , .1 I- ;;~:'~4:::,~~ :~;;; ;~~;F2W~U~ ;~~n;~ ~~~;:R (~~C ~ji~:~~:::iL;;ri:~: :~~+.:::t::;im~; . :~:. :~~~~~;~~~:c-i~~~t:::i:::i . ':"'T::'l::: ·;'1 I~:' ~ ~~:~;~ ~~~E:; :~::g~; g:t~i~W/::i~~:: :~;::=~ ~1t~C:f:;:~~iiiliiil~.f~:;~~:;li:~i~:~l~: :~~~~;~~~:~:L:::: ~ ;6/m~ :~rftH -."1 ;;:L::k::::; ;:0;~::t.;:;'A;~Lt;1 ~.j+ ~jEi-g~~ il~~jfr :~iliiI~i ~~~ ~~-fI~; ;3~~;~~i~-:;~-:~ ~:-S~~~: ::::;;::: ;;:+:~~;J=:: ;-;;i~=~~~.~~;A::;;:;~~ c~g it; !ill1~i! ~t::b~-8E :;tt:: ~ :r~~1-fu§~~F:~i·~~J~:i[~2 ~~~;r~ Sfr:~~::~;:g~~t:::-~;~~~:~~ =- ~~l~~.: ~:~~~:~~~ ~ ~~ $~ };ftf111:~~tl~{~~~1++ . ~]t3~~~ ;~~ :f~~ :i~t~~~rfP~ig Jl~g~~~fii~~~~ ~:[€ g~;~_::E~~g:;I::~~::;EF~~~~ rtnfiili SEH: ~§g ~tli-E~-f ::~~~ :~~§E =-~~~:if:-~~-H ~ __ ~~ ~.-::+--. ~ __ ~ t: ~=E:::Ef:i:4:]?i:±~~~~~~E~ +++4 *Wg I I r+ c 1 +27~5 ~ ~ 0 • coremitte A....... I ~ :::- A 2Zli, -' ~ ~ t - "'"'"" I I ..5-23'59' I 1 .r:::z:::z ' r:zzza , I I, a} Einbausituation a 1 / ~ b / A J---- I-r--- I ~ j:f; n , ,;, ; ;' ; " " ,;,;,;" % a -----; f----- I :J': :" ;; ----I-.. =1305 mm 1, =215' mm 6d = 0,25mm b .-r-o---- 1, I = 265'mm = 1175 mm q,w =0,9'1 kp/m qiw=0.8 ========lJ't--r3 !===Ad l kp/m Fw =O,2öJkp b} Belastungs!all Abb. 6: 0urchbiegung des BestrahJungseinsatzes beim Einbau B A Versuchagruppe Hersteller Charge Fe Cr Rest 0,04 Rest Rest 22,0 Inconel Superior 7310 E 18,0 19,0 Tube 718 Inconel Superior HX Tube 832 AV 3,0 625 0,85 Nb Ti Al 10,0 20,0 Metall1V-20Ti- gesell10Nb schaft 0,8 20,0 5,2 4,0 0,6 0,007 0,85 2,50 0,8 Metallgeaellschaft 0,04 0,05 Incoloy Mannes800 mann 972554 Rest 21,05 31,78 Q,014 AG V-20Ti B Si P S 1,22 0,018 0,007 Mn Co N2 Zr 3,0 0,2 9,0 0,3 I 0,68 0,3 0,007 0,2 0,15 0,007 0,007 1,37 0,012 0,006 0,7 0,67 0,71 0,015 0,008 0,015 0,023 0,02 1,3 0,4 Mo Analyse (Gew-%) Mannesmann SL1918 Rest 19,92 24,68 0,017 0,00°3 0,01 0,01 0,01 AG Inconel Sup..ior 4362 X 6,75 15,0 Tube X750 20/25 CrNi C 13,61 0,07 Ni Richtanalysen der Legierungen 16/13 MannesCl'NiMo mann SL 733 Rest 17,1 AG VNb ru g Le~ie- Tabelle 1: Rest Rest 0,7 V 0,1 0,1 °P3 0,05 Cu 4 PrU!'l1~Sr6hrchen ZusfUlVnensetzung des Bestrahlungee1nsatzes fur die Aktiv1 tat5berechnung 17.6 8,6 9,0 :66.0 V-20 Ti V-20 Tl-'ONb 24.0 '2,6 12,3 1573,, I '2.4 '2,0 24,4 572, I EInsatz Beladunll: rv 1 'neon" 6 25 Inconel 718 I 'neon,' X:1"f,J Incoloy &xl I 2. Zwlschensurnme rv 4 4 PrUfl1~gsrdhrChe[} EInsatz BeladunR III 2. ZwischensulMI& III 4 4 PrUfll~ßBrohrchen 2. Zwischensurnme 11 Einsatz Beladun~ II • '2,0 ",9 23,9 I 1572,3 20/25 CrtH , '6/'3 CrtUNb 0.46 548,4 0,04 28 7.3 0,45 5.7 0.46 200 260 46 r 1 454' Ji57' AIMg 3 Inconel QJ.romel Alumel Nickel HeizLLeg. Al u.Co Fe Pes.Gew. ZwiachensU1lllle I Einsatz Beladun;t; 2 4 -4 Prtlfl1llfsrohrchen 1. Zwlschensumme Kapsel '7,4 llll1l t;i PrUrl.-Deck-el u Kapillare Probentrliger Mantel Thermoelem. Chrome I Alumel Mantel HeiZleiter Lei ter Detektoren f. them.Neutr.Fl. Detektoren f.epltherm.Neutr.Fl Werkstoff g 18,0 3.0 46, ' 0,45 53.8 66. ' '00 0,4 0.8 0.017 0, ' 0. 15 0,2 0,1 0. I ~ 224,0 ?09,9 212 0 2,60 2,22 0.38 2' .0 5.5' 0,°5 O,Q4 0,06 5,5) 0,0<, ?';»,7 14,32 6.45 7,87 209,9 0.46 0. 11 0,57 29,9 0.4 '0 '78 Fe 65.0 68,3 ~ g " SI '5 ' 0" 0.4 0.36 0. '7 o 0,005 0.006 0002 0 0,002 o. '7 0,0 0.3 0.2 0,3 1 2,0 4.3 4, '4 7.0 6.68 6.7? 4.20 0,02 0,02 ° on 677 0,09 6,94 026 0,17 0,09 6.68 0,009 0,098 0,04 0.2 0.15 0.78 0,7' '.39 0,35 0.057 0.4 0.6 0.9 0.29 0,0 15 0,01 99,5 95. 15 190,0 190,0 '90,0 O,O'{ 0,07 o '4 1 22.0 1'],0 0,11 15,1 0.035 20,25 o 003 190.0 , 80 '7 '0 0.002 • 1,5 0,001 '9,92 190,0 0,04 '90 '8 Cr 17 .5 0.15 ~ 5.2 g 0,92 Al 2,0 2,0 0.2 ',0 ~ g Mn ~ 0,06 0,04 0,0:2 00'7 4 '8 0,037 0" 4."" O,oS 0.07 0,0 1 0,002 0,005 0,042 .1,0 0.029 2.6 0,46 g 4,14 0,55 0,67 o. ',0 '.0 , ,0 0.5 0.5 ~ 0.36 0.042 0,0 0,046 0.26 C '0 67,2 6?0 67 '2 5. 11 2.34 2,77 4 ,3'" 2.43 ,87 66,48 4.47 2.08 2.39 62.0' 5,84 0.97 0,046 0.3 NI ' 0,41 0,43 3.8 ').'1.86 60,9 '0,0 80,0 65.6 7",8 14,18 7,6( 6,5 1 ".8 79. Bo,7f 70,1 3,53 1,56 2,97 65.6 27.7 ',46 4. 26 5.5 g Mo 9,0 3,0 2,3 ~ 2.3 1,04 2 2' ',17 1, '3 0,04 .0 1,04 1.04 ',04 g <'0,0 20,0 o,~ 2.15 0,37 0.0 1 0.5 0,5 0.2 ~ 5.5 5,45 '.80 3.52 '. r2 2 0 O. '0 0,10 0,384 0,044 0.34 1,93 0,001 0,00' 1,93 0.4 0,23 '.3 g P 0,0 15 0.045 0,045 ~ Qewichtstabelle der Materialien 1m 3 ' ,7 1),1 24,68 95 99 20 90 72 11,5 46.8 8,05 ~ g Tabelle 2' 0,002 0,14 0,14 0,14 0, ,. 0,14 0.002 0. ' 0,09 0,09 0,09 0,09 0.09 0,078 0,014 0.03 0,03 0.1'7 0,021 0,14 g ~ g 3 O. ' 0,07 0,06 0,07 0.04 0,3 0,21 0.22 0,0 12 0,0 12 0.22 0.008 0,008 0.22 0,015 0,007 0.008 0,21 0,1 g 0,05 Cu 0.7 ~ Mg 6,0 6,06 6,06 6.06 6.06 J6.00 ~ C<lreberelch von -373 llIll bis +267 mm 4,0 5.2 1 Nb 1,04 0,0 1 10,0 1 I , .2 0.'lO 0.90 0.00 , '4 " '4 0,64 O,"f,J 0,12 0,1;:'5 0,03 0.' 0,' 0,63 0,6 12 Cl 612 0,0 1 6 O,b2ö 0,004 0.012 0, 6261 0,014 10,)06 0,0116 1°·26 T. 0.' 0, , 0,33 O. "'" 0.,06 0,024 0,33 0,012 0,0 1 2 JO.'3 0.024 0 '° 12 I 0,' 0, \ 10,012 1 0 •61 21 o. '24 '0.' 0,001 0,0 15 0.0': 0,002 1°,000 1°,5 0.092 I 10.52 10" Co I 1°·2 0,2 I I 0.6 0.08 0076 0,076 0,076 ,., V 6.88 6.Xl n_,S 1),2 -~ 80.0 70.0 I r-Spektrum der festen Mctivitäten des Bestrahlungseinsatzes im Corebereich von -273 bis + 267 n~ch einer BestrGh1ungszeit von 160 TaGen j I'~ j E-Gruppe E-Bereich tUe VJ I E IIe V, Abklingzeit 10 Tage. Abl:1ingzei t 30 TesL ·y-Quanten/sec. ' y-Quanten/sec. 0,4 0,8 2,63 2 0,1- 0,4 0,4- 0,9 3 0,9- 1,35 1,3 1,91 4 1.35-1,8 1,8- 2,2 1,7 2,2 4,72 2,96 2,2- 2,6 2,5 2,6 2,8 1 5 6 7 -P- 9,55 4,2 · · · · 1013 10 13 13 10 11 10 10 7 . 10 7 I I I 1,82 7,88 1,77 3,89 7,4 · 10 13 13 10 1013 · 10 · 10 11 6 !}.'abeJ.::.e 4 Verteilung der Aktivitäten auf die einzelnen Isotope des Bestrahlungseinsatzes im Corebereich von - 373 bis + 267 nach einer Bestrahlungszeit von 160 Tagen. I :Isotop ,i Ca 45 \ , Ca 47 Cr 51 C0 57 58 C0 60 C0 Cu 64 54 l1n ,I 110 93 , Abklingzei t 10 Tage I I 0,0037 : 0,000005 4721, 0,00059 2570 151,5 0,00024 27,8 I I i I i I \ I ! i 0,044 1,50 0,0012 0,00002 Il0 99 Na 24 \ Ni 57 Ni 59 Hi 63 I I i 597,0 74,9 Sc 47 sc 48 182 Ta Tc 99 1;[181 \[ ID8 5 \/ 18 7 l y8 9 y9 0 89 Zr Summe I \ , I - I I 26,5 II I 0,°43 0.011 - - 0,115 13,16 490,0 56,0 0,01 0,°4 0,0015 , , 0,0015 0,003 2 0,0048 24,7 I I 0,00065 9,37 0,00038 0,a58 0,135 0,41 0,35 I 0,0041 ii 0,0024 0,000073 0,000001 p33 s35 Sc 46 0,0034 0,000002 287°, 0,00056 1980 150,5 i 13,16 I Fe 59 Nb 92 Nb 95 p3 2 I 0,115 ! Fe 55 Nb 94 Aktivität Curie Abklingzeit 30 Tage ~ I \ 140,8 124,8 1,65 0,0116 0,021 0,0193 1,28 1,11 : 0,0289 : 0,0001 27 0,000386 0,0001 27 0,000 000 3 0,000 002 0,000 002 0,000 002 I I I I I I : 8226,05 5722,13 I l fall, 51 stllrmIB 1. Leok in ein.,. :a.strahlunga.1naat. 2. Undich herdan oder Beraten ein•• PriU'linpa. ~. Leclc in dem Ein• peisesyst.1I ZU einem PrUflillG Ma.!laqhm bei SjöF!Ulß!B Ilögl.\lir~ Anze1Be .Alarm duroh ßaßf'ühl.er I oder Bll 11. Alana durch KontaktlIW.D_ter 1n!'olge Druck_aU.p neaktorvaaa.r d.a PrillIärkreislaufes dringt in den Einsatz .ia. Abschalten d.r .1.B.izung und Druokentle.stuug all.r Prüf11nge. Auabau dea :einsatz•• naoh Zyklus.nde. e) Druckanzeige sinkt Druokaneti.g i,. Einaatz Schli.Ban des betr. Vsntils PA•• 2. Absohal ten der .1. Beizung des betr. Prütlinges. ~l. Druokentlastung d.a Einaatz.s auf Sollv.rt. lItr ab. b) Grenzvartuelder spricht an. a) Druokanzeige nioht atabil. B.liune.ustritt in den Druckschrank od.r ins Ventil. PA••• 2. Ab- b) Druckane t1 eg 1tl Ein- BR2-Gebilnd., od.r in den sub pile rooll, od.r in den Einsatz. sohalten d.r sl. llsizUAg des betr. Prärlinu"'s, Beliucuustritt in den Dr..l.1::kaohrallk oder ins Bn2-Gebiiude oder in den sub pile roOIll. Abaohalten der el. Heizung für alle Prüflinge d.e betr. Einaatzes. Leokauche aatz (IWnolll8tu llli I 1, lllt I 2 ~ BI XI 1 und BK XI 2) 4. Leck 111 Ga• ..,.a teil der BestrahlUAgaainsätze. I- Druokanzeige sinkt ab. herstell.n. Ausfall eiDer Druokan"e1ge ainkt, Druokmeaa1.nrich- Alarmgabe. Dia ForU'1lhrlmg der BestrahlUAg riohtet eich nach der Anzahl d.r bere1 t. defekten Prün1J>g•• Schli.Ben d.s betr• und Dichtheit wied.r 5. Be... Sohli.Ben d.s betr. Von~ PA ••• 2 Falle Lec}: itl sub pile rooo, ist eine naparatur erst vtlhrend d.r nc.ohsten Abaohal tper10de DÖC'lioh. Evtl. Ersatz_likr.is anaoh11eB_ tung. 6. Ausfall einee HeiE:I.i t.n ~.1ge, AbsohaJ. 'ten d.s b"tr. Regelkrei_, Alarmgabe. Druoken tlas tung Abfall in der TenperB- Di. Fortführung der Be.trahlUDg riobtet a1ch Dach d.1I ADzahl d.r defekten 7· AIlafall dee Thermo. l.....t . . rur di. R.gelung 8. Ausfall ein•• 'reillperatur-R.gelkr.iHe. Regelth.rmo.l.ment gegen ein RegiBtrier- l.brall du Tampera turanze1s-, Alarmt:abe • therao.l.llUIJlt suet:1.UBCbaD.. Absohalten .ret,veaD bs1d. BegiatriertherIBO.I.ment. auob e1agefallen eiad. R.gler überprüfen. Temperatur zu niedriß odsr zu hooh. ETtl. gegen Ersatzregelkreis austau- schen. 9. Plützliohe Absohal tung des R.aktore. AlBrlllI Reaktor Trip. lle1zleistung steigt, um die Term1nd.rte l'-Ilsizung suszugle1oben. AbBchalten pr el. llcizungen. Di. Drüolce 1n d.n Priltl1ngen eind nur ~i regll1ären AllBchaltperiod.n zu entlaeten.