Verfahren zur Messung und Registrierung der Kernstrahlungsdichteverteilung innerhalb einer strahlenden Anordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und Registrierung der Kernstrahlungsdichteverteilung innerhalb einer strahlenden Anordnung, insbesondere im Kern eines Atomreaktors, mit Hilfe von durch die Strahlung aktivierbaren, vorzugsweise kugeligen, in besondere Kanäle der strahlenden Anordnung einzubringenden und durch ein Strömungsmittel zu bewegenden Sonden.
Bisher war es üblich, für die Ausmessung der Flussdichteverteilung in einem Kernreaktor stab-, band- oder drahtförmige Messsonden in den Reaktorkern einzuführen, sie dort eine bestimmte Zeit der Bestrahlung auszusetzen und dann aus ihrer Aktivierung auf die Flussdichte in den betreffenden Zonen des Reaktorkernes zu schliessen. Entsprechend einem nicht vorver öffentlichten Vorschlag werden zu diesem Zweck kugelförmige Messsonden verwendet, die mit Hilfe eines Rohrpostsystems an ihren Einsatzort im Reaktorkern befördert und aus diesem wieder herausgeführt werden.
Dieses System hat den Vorteil, dass die Transportleitungen für die kugelförmigen Messsonden ausserhalb des Reaktorkernes praktisch beliebig verlegt werden können und somit anderen dort notwendigen Einrichtungen, wie z. B. Regelstabantrieben usw., nicht störend im Wege stehen.
Nachteilig bei diesen Einrichtungen ist jedoch, dass immer nur ein Bestrahlungskanal gefüllt werden kann, und dass für die Umlenkung der zu bestrahlenden Kugeln in die verschiedenen Kanäle komplizierte Weicheneinrichtungen notwendig sind. Ausserdem sind Zubrin geeinrichtungen erforderlich, die die benötigten Kugeln aus einem Sammelbehälter entnehmen. Diese Nachteile werden durch das neue Verfahren behoben.
Erfindungsgemäss werden alle B estrahlungskanäle der strahlenden Anordnung gefüllt und wieder entleert, und die bestrahlten Sonden anschliessend an einer Auswerte einrichtung vorbeigeführt. Bei einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist es wesentlich, dass ein Magazin zur Aufnahme der kugeligen Messsonden vorgesehen ist, das wenigstens eine der Zahl der Bestrahlungskanäle entsprechende Anzahl von Magazinröhren, die ausserdem etwa von gleicher Länge wie diese sind, enthält, dass dieses Magazin über Rohrleitungen mit den Bestrahlungskanälen sowie mit einer Druckluftquelle verbunden ist und dass das Magazin in seiner Gesamtheit so verschiebbar ist, dass alle mit aktivierten Sonden gefüllten Röhren der Reihe nach an eine Verbindungsleitung zur Auswerteeinrichtung anschliessbar sind.
Dieses Magazin hat beispielsweise die Gestalt eines drehbaren Trommelspeichers und enthält wenigstens so viel Kugeln, wie zu einem einmaligen Bestrahlungsversuch in der strahlenden Anordnung, also z. B. einem Reaktorkern, benötigt werden. Selbstverständlich kann das Aufnahmevermögen des Trommelspeichers auch noch gesteigert werden, so dass eine mehrfache Füllung der Bestrahlungskanäle, d. h. dass mehrere Flussdichteuntersuchungen hintereinander, durchgeführt werden können. Die Entleerung des Trommelspeichers erfolgt dabei mit Hilfe eines Druckluftsystems, das alle Bestrahlungskanäle der strahlenden Anordnung gleichzeitig füllt und nach Aktivierung der Messsonden diese wieder in den Trommelspeicher zurückbefördert. Anschliessend werden die Speicherröhren einzeln entleert, ihr Inhalt an einer Auswerteeinrichtung vorbeigeführt und wieder in die Speicherröhre zurückbefördert.
Nach Abwarten der Abklingzeit, die einige Stunden betragen kann, steht diese Speicherfüllung zum erneuten Einsatz im Reaktorkern oder in der strahlenden Anordnung bereit. Lediglich die erste Füllung des Trommelspeichers mit Messsonden erfolgt von Hand, hinterher ist keine Veränderung des Trommelspeichers mehr erforderlich, alle damit auszuführenden Arbeitsgänge können daher fernbedient ausgeführt werden. Dies ist auch notwendig, da der Trommelspeicher sowie die Auswerteeinrichtung wegen der Strahlung der aktivierten Messsonden nach aussen hin mit einer Strahlenabschirmung an sich bekannten Aufbaues umgeben werden müssen.
Weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind der einfache und übersichtliche Aufbau der gesamten für die Durchführung des Verfahrens notwendigen Einrichtungen, dass praktisch keine Wartungsarbeiten notwendig sind, dass störanfällige Kugelventile in Wegfall geraten und dass auf Grund der geringen Anzahl von Einzelgeräten nur ein sehr geringer Aufwand für die Steuerung der gesamten Anlage notwendig ist.
Das Verfahren nach der Erfindung sei nun anhand der beiliegenden Figur, die ein Beispiel der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Einrichtung zeigt, beispielsweise erläutert. Darin ist mit 1 der Kernreaktor bezeichnet, in dem die Flussdichteverteilung gemessen werden soll. Zu diesem Zweck sind in demselben die Bestrahlungskanäle 2 eingebaut, die mit Hilfe der Leitungen 21 mit dem Trommelspeicher 3 verbunden sind.
Das untere Ende der Bestrahlungskanäle 2 ist über die Druckluftleitungen 22 mit dem Dreiwegeventil V2 verbunden, über das in einer Stellung Abluft ins Freie gelassen, über das aber auch aus der Druckluftquelle 5 Druckluft auf die Bestrahlungskanäle gegeben werden kann, um die bestrahlten kugelförmigen Messsonden über die Leitungen 21 wieder in den Trommelspeicher 3 zurückzuführen. Der Trommelspeicher ist vertikal aufgestellt und drehbar zwischen einem oberen festen Schild 32 und einem unteren festen Schild 31 angeordnet. Er besteht aus einer Reihe von Speicherröhren 34, die durch einen oberen und unteren Ring 33 zusammengehalten werden. Die einander zugekehrten Flächen der Ringe 33 sowie der Schilde 32 und 31 sind so gut bearbeitet, dass für die zum Transport der Kugeln be nötigte Druckluft keine grossen Leckverluste enstehen.
Wie dargestellt ist nur ein Ausschnitt des oberen Schildes 32 mit Transportröhren 21, die zum Reaktor 1 führen, bestückt. Die übrigen Magazinröhren des Trom melspeichers 3, die von Anfang an ebenfalls mit Messsondenkugeln gefüllt sind, können für eine spätere Messung verwendet werden. In diesem Beispiel reicht der Trommelspeicherinhalt für drei Messungen, d. h. immer nur 1/3 der gefüllten Trommelspeicherrohre wird für eine Messung in den Reaktorkern 1 zur Bestrahlung entleert. In dem oberen Schild ist ausserdem eine weitere Leitung 23 angeschlossen, die zum Auswertegerät 4 führt.
Durch jeweils eine Drehung des Trommelspeichers um eine Teilung kann ein Speicherrohr nach dem anderen vor diese Leitung 23 gebracht werden und mit Hilfe der Druckluft, die über das Ventil Va und die Leitung 24 dem unteren Schild zugeführt wird, in das Zählermagazinrohr 41 entleert werden. Dieses dreht sich an einem Szintillationszähler 42 vorbei, der mit einem entsprechenden Schreibgerät zur Aufzeichnung der Ergebnisse verbunden ist. Nach Beendigung der Messung werden die Kugeln durch Umstellung des Ventils V4 mittels Pressluft, die über die Leitung 43 in die Messröhre 41 gelangt, wieder über die Leitung 23 in das jeweilige Speicherrohr zurückbefördert.
Der Trommelspeicher kann mit seinem Inhalt immer wieder neu verwendet werden, er wird nur zu Beginn des Betriebes einmal gefüllt und zwar mit Hilfe der Handfülleinrichtung 6 und der Leitung 24. Falls notwendig, können die Speicherrohre mit Druckluft wieder entleert werden. Wie bereits eingangs erwähnt, müssen diese Einrichtungen gegen die Umwelt abgeschirmt werden, für das Auswertegerät 4 ist diese Abschirmung angedeutet und mit 44 bezeichnet.
Das Messverfahren läuft demnach kurz zusammengefasst folgendermassen ab:
Zunächst wird über die Handfülleinrichtung 6 und die Leitung 24 der Trommelspeicher 3 gefüllt. Durch Öffnung des Pressluftventils Vt gelangt Druckluft in das Schild 31, dessen Drnckluftausgangsöffnungen genau denjenigen der Leitungen 21 im oberen Schild gegenüberstehen. Die Druckluft bewegt daher die vor den Leitungen 21 anstehenden Messsondenkugeln aus ihren Speicherröhren heraus und in die Bestrahlungsrohre 2 des Reaktors hinein. Nach Ablauf der festgesetzten Bestrahlungszeit wird das Ventil Vi umgestellt und über das Ventil VI Druckluft über die Leitung 22 in die Bestrahlungskanäle 2 gegeben.
Dadurch werden die bestrahlten Kugeln wieder in den Trommelspeicher zurückgeführt und gleichzeitig die Abluft über das Ventil Vt ins Freie gegeben. Nach diesem Vorgang wird der Trommelspeicher um eine Rohrteilung gedreht, so dass das erste Speicherrohr vor der Transportleitung 23 im oberen Schild 1 steht. Über das Ventil V3 und die Leitung 24 wird mit Hilfe von Pressluft der Inhalt dieses Speicherrohres zum Auswertegerät 4 gegeben. Dort wird es in der Röhre 41 aufgenommen und am Szintillationszähler 42 vorbeibewegt. Nach Beendigung dieses Vorganges wird das Ventil V2 umgestellt und über das Ventil V4 Druckluft auf die Leitung 43 gegeben, die ebenfalls an die Ringröhre 41 angeschlossen ist und die gemessenen Kugeln über die Leitungen 23 in das Speicherrohr zurückbefördert.
Nun wird der Trommelspeicher 3 wiederum eine Rohrteilung gedreht und der nächste Rohrinhalt der Auswerteeinrichtung 4 zugeführt usw. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Ausmessung der einzelnen Kugelsäulen selbstverständlich einige Zeit beansprucht, während dieser die noch nicht gemessenen Kugeln in ihrer Aktivität abnehmen. Da jedoch bekannt ist, welche Elemente in den Messsonden aktiviert werden, z. B. Mangan, so ist auch deren Abklingzeit bekannt und die Messergebnisse können mit Hilfe der ebenfalls festgestellten Zeitverzögerung rechnerisch korrigiert werden. Dies kann sogar automatisch geschehen, wenn ein entsprechend programmiertes Rechengerät die benötigten Korrekturwerte auf den Schreiber des Auswertegerätes überträgt, so dass die entstehenden Messkurven ohne weitere Umrechnung sofort interpretiert werden können.
Aus dieser kurzen Beschreibung geht hervor, dass die gesamte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sehr einfach aufgebaut ist und lediglich vier Dreiwegeluftventile zur Steuerung der ganzen Einrichtung benötigt. Selbstverständlich können in das Schild 31, das die Pressluft auf die einzelnen Speicherrohre, die für eine Messung benötigt werden, verteilt, auch noch einzelne Ventile eingesetzt werden, wenn lediglich ein oder eine kleinere Anzahl von Bestrahlungskanälen beschickt werden sollen.
Wenn der Inhalt des ersten Drittels der Trommelspeicherröhre für eine Messung Verwendung gefunden hat, so benötigt er eine Zeit von einigen Stunden, bis die Aktivität abgeklungen ist und er wieder erneut verwendet werden kann. Sollen in der Zwischenzeit neue Messungen vorgenommen werden, wird der Trommelspeicher um 1/2 gedreht, so dass weitere noch unbenützte Messsonden in gleicher Anzahl für einen erneuten Versuch zur Verfügung stehen.
Nach diesem Beispiel können mit einer Trommelfüllung hintereinander drei Messungen durchgeführt werden. Selbstverständlich hängt die Zahl dieser Messungen von der Anzahl der in dem betreffenden Reaktor vorgesehenen Bestrahlungskanäle und der Grösse des Trommelspeichers 3 ab.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässenVerfahrens, bei dem die Ermittlung der Stromdichteverteilung innerhalb eines Reaktorkernes durch gleichzeitige Bestrahlung aller Messsondenkörper erfolgt, kann natürlich auch ohne weiteres noch anders ausgeführt werden. So braucht z. B. die Speichereinrichtung nicht trommelförmig aufgebaut sein, sie kann zum Schieben angeordnet sein oder auch mit losen Speicherröhren arbeiten, die nach Art eines Pistolenmagazins gelagert und vor die Transportleitungen geführt werden.
Auch die Anordnung der Auswerteeinrichtung 4 kann anders aufgebaut sein. Es können hierfür durchaus an sich bekannte Geräte Verwendung finden.