Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Detektieren von Wasser in Brennstäben eines Brennelementes wassergekühlter Kernreaktoren, wobei die Brennstäbe auf einer Tragplatte abgestützt und von einem Kasten umfaßt sind, der an seiner Unterseite in einen mit Durchbrüchen versehenen Dreifuß übergeht, wobei weiterhin eine mit einem Sendeprüfkopf und einem Empfängerprüfkopf bestückte längliche Sonde durch eine Öffnung der Tragplatte in einen von vier Brennstäben begrenzten Raum einfahrbar und um ihre Achse verdrehbar ist, wobei ferner die Prüfköpfe einen solchen Winkel zueinander einnehmen, daß ein Schallumlauf vom Sendeprüfkopf durch die Hüllrohrwand des Brennstabes zum Empfängerprüfkopf stattfindet, und wobei schließlich eine Intensitätsänderung der empfangenen Schallsignale ein Maß für einen im Brennstab vorhandenen Wassereinschluß ist.

Eine derartige Einrichtung ist aus der EP 02 98 387 A2 bekannt. Die dort angegebene Ultraschallsonde besitzt, in ihrer Achsrichtung betrachtet, zwei ca. 45 mm voneinander entfernte Ultraschallprüfköpfe, die den Ultraschallverlauf in Achsrichtung des Hüllrohres als Indiz für eingedrungenes Wasser benutzen. Wegen der Gesamtlänge von ca. 90 mm kann es bei der vorgenannten Ultraschallsonde insbesondere bei deren Ausfahren aus der Prüfposition, zum Verhaken kommen.

Es stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit einer kürzer aufgebauten Ultraschallsonde auskommt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die beiden Prüfköpfe auf einer einzigen, senkrecht zur Achse der Sonde verlaufenden Ebene am Umfang der Sonde angeordnet sind, und daß der Schallumlauf in azimutaler Richtung durch die Hüllrohrwand erfolgt.

Die Einrichtung schlägt mit dem azimutal umlaufenden Ultraschall einen anderen Weg zur Detektierung eines Wassereinschlusses ein. Somit kann eine Ultraschallsonde mit einer reduzierten Bauhöhe zum Einsatz kommen. Wegen der geringen Bauhöhe ist ein Verhaken im Bereich der Durchtrittsöffnung der Tragplatte für die Brennstäbe ausgeschlossen. Auch bei einer Schräglage der Ultraschallsonde erreicht eine aussagekräftige Anzahl von Signalen den Empfängerprüfkopf.

Zwar ist aus der Zeitschrift "Atomwirtschaft" 7 (1989) Seiten 354 bis 356 die Verwendung eines azimutalen Schallumlaufs bekannt. Dort werden die Prüfköpfe jedoch von einer Sonde getragen, die horizontal zwischen den Brennstäben eines Brennelements eingeführt werden. Dabei wird Sender und Empfänger auf getrennten dünnen Blechen angeordnet.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Fig. 1 bis 5 wird die erfindungsgemäße Einrichtung beschrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein zu prüfendes Brennelement,

Fig. 2 eine Ansicht der Fig. 1 von unten in einem größeren Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teilbereich des Brennelements mit der Ultraschallsonde und

Fig. 4 und 5 verschiedene Sondenpositionen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das zu prüfende und für einen Siedewasserreaktor übliche Brennelement 1. Das Brennelement 1 umfaßt ein Brennstabbündel aus 8×8 Brennstäben 2, die in Bohrungen 3 einer mit einem Fußstück 4 verbundenen Tragplatte 5 abgestützt sind. Am oberen Ende sind die Brennstäbe in einer Halteplatte 6 festgelegt, die ihrerseits einen Bügel 7 für den Transport des Brennelementes trägt. Abstandshaltegitter 8 sorgen für die erforderliche Distanz zwischen den einzelnen Brennstäben. Zwischen dem Fußstück 4 und der Halteplatte 6 erstreckt sich ein das Brennstabbündel umfassender Kasten 9. Beim Einsatz im Kernreaktor durchströmt Kühlwasser über einen Durchbruch 10 des Fußstücke 4 und über in der Tragplatte 5 angeordnete Öffnungen 11 das Brennelement und tritt durch nicht dargestellte Öffnungen in der Halteplatte 6 aus. Ein aus Streifen gebildeter Dreifuß 12 übergreift den Durchbruch 10 des Fußstückes 4 von der Unterseite her.

In der Fig. 3 ist eine Ultraschallsonde 13 in einer Prüfstellung und eine weitere Ultraschallsonde 13a beim Bestimmen ihrer Position innerhalb eines von vier Brennstäben 2 begrenzten Raumes 14 dargestellt. Die jeweilige Ultraschallsonde ist in Pfeilrichtung 15 drehbar und umfangsseitig mit einem Sendeprüfkopf 16 und einem Empfängerprüfkopf 17 bestückt. Beide Prüfköpfe liegen auf einer senkrecht zur Achse 18 der Sonde 13, 13a verlaufenden Ebene 19 (Fig. 4) und sind in einem solchen Winkel zueinander angeordnet, daß ein mit 20 symbolisierter Schallumlauf vom Sendeprüfkopf 16 durch die Hüllrohrwand des Brennstabes 2 zum Empfängerprüfkopf 17 erfolgt. Der senkrecht vom Sendeprüfkopf wegführende und senkrecht zum Empfängerprüfkopf hinführende Schallstrahl schließt etwa einen Winkel 21 von ca. 330° ein. Selbst geringe, an der Hüllrohrinnenwand niedergeschlagene Wassermengen bewirken eine bestimnte Intensitätsänderung des umlaufenden Schalls, die dann über den Empfängerprüfkopf und seine ihm nachgeordnete nicht dargestellte Auswertestation defekte Brennstäbe erkennbar macht.

Die Ultraschallsonde 13a führt zur Bestimmung ihrer Position zu einer der vier den Raum 14 begrenzenden Brennstäbe 2 bei kontinuierlicher Beschallung einer langsamen Drehung um 360° aus. Mit den dabei gebildeten vier Rückwandechos beim Beschallen des Kastens 9 durch den jeweiligen Zwischenraum zwischen zwei Brennstäben wird bestimmt, welcher Brennstab aus dem 8×8-Bündel des Brennelementes gerade geprüft wird oder als nächster Brennstab geprüft werden soll. So ist beispielsweise die Brennstabposition 23 dadurch bestimmt, wenn die Sonde 13 analog der mit der Sonde 13a dargestellten Methode bei ihrer Verdrehung um 360° zwei lange und zwei kurze Wege zum Kasten 9 anzeigt und dann zwischen den zwei "kurzen" Kastensignale seine Prüfposition einnimmt. Die einen bestimmtem Raum 14 zuzuordnenden Kastensignale können in der Auswerteeinheit gespeichert sein, so daß bei Übereinstimmung mit den Ist-Signalen die Position des Raumes bestimmt ist.

Die Fig. 4 zeigt in einer Teilansicht in Pfeilrichtung IV der Fig. 3 die zwischen zwei Brennstäben 2 angeordnete Ultraschallsonde 13 in einer parallel zu den Brennstäben 2 erstreckten Position. Diese optimale Prüfposition wird selten erreicht, da das nicht dargestellte Antriebselement eine biegsame Welle ist, die wegen der nur über den Dreifuß 12 (Fig. 2) möglichen Zugänglichkeit erforderlich ist. Bei der in der Fig. 4 gezeigten optimalen Position verläuft der Schallumlauf 20 etwa senkrecht zu den Prüfköpfen 16 und 17.

In der Regel wird die Sonde 13 je nach der Steifigkeit der biegsamen Welle eine Position einnehmen, die zwischen der optimalen Position nach der Fig. 4 und der ungünstigsten Schräglage nach der Fig. 5 liegt. Mit der Fig. 5 soll dargestellt werden, daß auch bei einer extremen Schräglage die Sonde eine ausreichende Aussage über einen Wassereinschluß liefert. Obwohl ein Teil der zum Empfängerprüfkopf zurücklaufenden Signale diesen nicht erreicht, ist der verbleibende, zur Auswertung gelangende Rest der Signale zur Detektierung eines Wassereinschlusses auch bei dieser extremen Schräglage der Sonde ausreichend.