DE2324383A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETECTING LIMIT RADIATION DOSE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR DETECTING LIMIT RADIATION DOSEInfo
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Description
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Dr.-bi-j. ι . : 2 Jp. Dr.-bi-j. ι. : 2 Jp.
β Minchen £2, SUinadorfstr. 1t β Minchen £ 2, SUinadorfstr. 1t
410-20.7O6p 14. 5. 1973410-20.7O6p May 14, 1973
Commissariat a 1'Energie Atomique, Paris (Prankreich)Commissariat a 1'Energie Atomique, Paris (France)
Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von GrenzstrahlungsdosenMethod and device for the detection of marginal radiation doses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Sicherheitsgrenzstrahlungsdosen zum Schutz gegen (Kernreaktor-)Kritizitätsunfalle und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for detecting safety limit radiation doses for protection against (Nuclear reactor) criticality accidents and a device to carry out this procedure.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Erfassung von Grenzdosen zur Sicherung gegen Kritizitätsunfälle bekannt, insbesondere das sogenannte 2-aus-3-Verfahren, das in der Überwachung jeder für das Reaktorpersonal gefährlich werden könnenden Zone mit drei Sonden besteht, wobei ein Alarmsignal nur abgegeben wird, wennVarious methods for detecting limit doses to protect against criticality accidents are already known, in particular the so-called 2-out-of-3 method, which is used in the monitoring of every zone that can be dangerous for the reactor personnel with three probes exists, whereby an alarm signal is only given if
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-Hd-r (8)-Hd-r (8)
mindestens zwei dieser drei Sonden während eines vorgegebenen Zeitintervalls ein Überschreiten der Sicherheitsgrenzdosis festgestellt haben.at least two of these three probes during a given Have determined that the safety limit dose has been exceeded.
Dieses Erfordernis erklärt sieh durch den Umstand, daß bei Verwendung nur einer einzigen Sonde deren Auslösung nicht nur auf ein Überschreiten der Sicherheitsgrenzdosis, sondern auch auf einen Störeffekt (z. B. plötzliche Änderung der Netzspannung oder elektronische Störung) zurückgeführt werden könnte, und eine derartige ungerechtfertigte Auslösung hätte unangenehme Konsequenzen, insbesondere einfach aus psychiologischen Gründen.This requirement is explained by the fact that when only a single probe is used, it is triggered not only for exceeding the safety limit dose, but also for a disruptive effect (e.g. sudden change in mains voltage or electronic interference) and such unjustified triggering would have unpleasant consequences, especially for psychiological reasons.
Das Erfordernis, beim 2-aus-3-Verfahren gleichzeitig das Überschreiten der Sicherheitsgrenzdosis durch mindestens zwei Sonden in einem vorgegebenen Zeitintervall festzustellen, hat den Vorteil, die Wahrscheinlichkeit der Abgabe eines Alarmsignals infolge von der Radioaktivität unabhängiger Störungen zu verringern.The requirement for the 2-out-of-3 method to simultaneously exceed the safety limit dose Detecting at least two probes in a given time interval has the advantage of increasing the probability the emission of an alarm signal as a result of interference independent of radioactivity.
Dennoch bleibt diese Wahrscheinlichkeit eines ungerechtfertigten Alarmsignals nicht vernachlässigbar klein, und sie ist um so größer, je größer das gewählte Zeitintervall ist. Im wesentlichen wird ein von jeder dieser Sonden abgegebenes Signal während der ganzen Dauer dieses Zeitintervalls gespeichert und infolgedessen, selbst wenn diese Sonde zu ihrem Anfangszustand vor Ablauf dieses Zeitintervalls zurückkehrt, immer als den Schwellenwert überschreitend betrachtet, d. h. bis zum Ende dieses Zeitintervalls. Nun wählen bestimmte bekannte Vorrichtungen ein Zeitintervall von mindestens 1 min, weshalb es verständlich ist, daß die Wahrscheinlichkeit des Auftre-Nevertheless, this probability of an unjustified alarm signal does not remain negligibly small, and the greater the selected time interval, the greater it is. Essentially one of each of these becomes The signal emitted by the probes is stored for the entire duration of this time interval and, as a result, itself when this probe to its initial state before this expires Time interval returns, always considered to exceed the threshold, i.e. H. until the end of this Time interval. Now certain known devices choose a time interval of at least 1 min, which is why it is understandable that the probability of occurrence
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tens von Signalen von zwei Sonden (und infolge dessen der Auslösung des Warnsignals) während mindestens 1 min viel größer als während nur 500 ms ist.at least of signals from two probes (and as a result the triggering of the warning signal) for at least 1 min is much larger than during just 500 ms.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß beim klassischen 2-aus-3-Verfahren Sonden verwendet werden, die entweder vor allem gegenüber Gammastrahlung oder vor allem gegenüber Neutronen empfindlich sind.It should also be noted that the classic 2-out-of-3 method uses probes that either are especially sensitive to gamma radiation or especially to neutrons.
Bei der Reaktorsicherheit ist es aber wesentlich, bestmöglich das Reaktorpersonal vor Bestrahlungsgefahren zu schützen, und zwar unabhängig von der Art der Strahlung (Neutronen oder Gammastrahlung).In terms of reactor safety, however, it is essential to protect the reactor personnel as much as possible from exposure to radiation hazards to protect, regardless of the type of radiation (neutrons or gamma radiation).
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Schutz mittels einer Vorrichtung zu gewährleisten, die einerseits auf die von den Einzelpersonen empfangene Gesamtdosis anspricht (d. h. sowohl auf Neutronen als auch auf Gammastrahlung) , ohne daß die Anteile der Neutronen und der Gamaaquanten aufgrund eines Kritischwerdens zu berücksichtigen sind, und die andererseits zum Auslösen eines Alarmsignals nicht an ein kurzes Zeitintervall für die mittels zwei Sonden erfolgende gleichzeitige Erfassung des Überschreitens der Sicherheitsgrenzdosis gebunden ist.It is therefore the object of the invention to ensure protection by means of a device that on the one hand is responsive to the total dose received by individuals (i.e., to both neutrons and gamma rays) without taking into account the proportions of neutrons and gama quanta due to becoming critical are, and on the other hand to trigger an alarm signal not to a short time interval for the simultaneous detection of the exceeding of the safety limit dose carried out by means of two probes is.
Diese beiden Bedingungen werden dadurch erfüllt, daß einerseits Donden verwendet werden, deren jede ein auf Gammastrahlung ansprechendes und ein anderes, auf Neutronen ansprechendes Element enthält, und daß andererseits auf die Dosismessung durch jede Sonde eine Dosisleistungsmessung folgt.Both of these conditions are met in that, on the one hand, donors are used, each of which has a Gamma radiation responsive and another one responsive to neutrons contains responsive element, and that on the other hand on the dose measurement by each probe a dose rate measurement follows.
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Dank dieser komplementären Messung der Dosisleistung jeder Sonde gewährleistet die erfindungsgemäße Vorrichtung, die dieses Verfahren anwendet, eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit einer ungerechtfertigten Auslösung eines Alarmsignals (aufgrund von Störungen) ,. ohne daß für die erfindungsgemäße Vorrichtung wie bei den bekannten Vorrichtungen ein Zeitintervall für die gleichzeitige Erfassung mittels zweier Sonden des Überschreitens der Sicherheitsgrenzdosis vorgegeben werden muß.Thanks to this complementary measurement of the dose rate of each probe, the device according to the invention ensures using this procedure has an extremely low likelihood of an unjustified triggering of a Alarm signal (due to malfunctions),. without that for the device according to the invention as with the known Devices a time interval for the simultaneous detection by means of two probes that the safety limit dose has been exceeded must be specified.
Genauer gesagt, die Erfindung betrifft einfach eine Vorrichtung, die durch eine einzige Sonde gebildet wird, die die oben angeführten Eigenschaften aufweist (d. h. eine Sonde, die gleichzeitig auf Neutronen und auf Gammastrahlung anspricht und eine Dosisleistungsmessung nach der Dosismessung ausführt), wobei die Anwendung von drei derartigen Sonden nach dem 2-aus-3-Verfahren und ihrer Einschaltung in ein Alarmsystem nach diesem Verfahren in an sich bekannter Weise erfolgen.More precisely, the invention relates simply to a device formed by a single probe, which has the properties listed above (i.e. a probe that can detect neutrons and gamma rays at the same time responds and carries out a dose rate measurement after the dose measurement), the application of three such probes according to the 2-out-of-3 method and their activation be carried out in an alarm system according to this method in a manner known per se.
Ein Verfahren zur Erfassung von Sicherheitsgrenzdosen zum Schutz gegen Kritizitätsunfälle ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine gemischte Erfassung der Neutronen und der Gammastrahlung in einer einzigen Sonde vorgenommen wird, und daß die erhaltene Globalinformation nur dann weitergeleitet wird, wenn nach dem Überschreiten der Sicherheitsgrenzdosis auch ein Überschreiten einer gegebenen Dosisleistung festgestellt wird.A method for detecting safety limit doses for protection against criticality accidents is characterized according to the invention in that a mixed detection of neutrons and gamma radiation is carried out in a single probe, and that the global information obtained is only forwarded if after the safety limit dose has been exceeded exceeding a given dose rate is determined.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einerseits eine Sonde aus einem Szintillometer, bestehendAn apparatus for carrying out the invention According to the invention, the method is characterized by, on the one hand, a probe consisting of a scintillometer
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aus zwei Elementen, nämlich einem vorzugsweise auf Gammastrahlung ansprechenden Plastikszintillator und einem auf langsame Neutronen ansprechenden Szintillator, die beide von einem Moderatormantel umgeben ist, wobei ein Ab- bzw. gleich zwischen der Neutronendosis und der Gammastrahlungsdosis durch einen Kompromiß zwischen der Dicke des Gammaszintillators für einen Neutronenszintillator gegebener Dicke gewährleistet ist; und andererseits durch ein an die Sonde angeschlossenes Widerstands-Kondensator- oder RC-Glied, wobei ein Überschreiten der Sicherheitsgrenzdosis durch eine an die Anschlüsse des RC-Glieds angeschlossene Schwellenwertschaltung anzeigbar ist, während das Überschreiten der Dosisleistung durch dieselbe Schwellenwertschaltung, jedoch bei abgeschaltetem Kondensator, anzeigbar ist.of two elements, namely a plastic scintillator, which is preferably responsive to gamma radiation, and one slow neutron responsive scintillator, both of which are surrounded by a moderator jacket. equal between the neutron dose and the gamma radiation dose by a compromise between the thickness of the gamma scintillator is guaranteed for a neutron scintillator of a given thickness; and on the other hand by a to the Probe connected resistor, capacitor or RC element, the safety limit dose being exceeded by a device connected to the connections of the RC element Threshold switching can be displayed while the dose rate is exceeded by the same threshold switching, but can be displayed when the capacitor is switched off is.
Der auf die langsamen Neutronen ansprechende Szintillator besteht vorzugsweise aus Bor, ferner ist es vorteilhaft, daß der Moderatormantel aus Polyäthylen besteht.The scintillator which responds to the slow neutrons is preferably made of boron; it is also advantageous that the moderator jacket is made of polyethylene.
Die Erfindung wird anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgebildet ist.The invention is explained in more detail with reference to the drawing consisting of a single figure, in which an exemplary embodiment the device according to the invention is shown.
Die abgebildete Vorrichtung hat ein Szintillometer 1 und ein Widerstands- oder RC-Glied 2.The device shown has a scintillometer 1 and a resistance or RC element 2.
Das Szintillometer setzt sich zusammen aus einer Photozelle 3, die an sich bekannter Weise eine Photokathode k, gespeist durch eine Niederspannung V (z. B. 15 V) und eine Anode 5 aufweist, sowie aus einem erfindungsgemäßen Szintillator.The scintillometer is composed of a photocell 3, which in a manner known per se has a photocathode k fed by a low voltage V (e.g. 15 V) and an anode 5, as well as a scintillator according to the invention.
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Dieser Szintillator besteht aus zwei Elementen, d. h. aus einem Plastikszintillator 6, der vorzugsweise auf Gammastrahlung anspricht, und einem Szintillator 7 aus Bor, der auf langsame Neutronen anspricht, wobei diese beiden Elemente von einem Moderatormantel 8, z. B. aus Polyäthylen, umgeben sind.This scintillator consists of two elements, i.e. H. from a plastic scintillator 6, which is preferably on Gamma radiation responds, and a scintillator 7 made of boron, which responds to slow neutrons, these two elements of a moderator jacket 8, z. B. made of polyethylene, are surrounded.
Das RC-Glied 2 hat in an sich bekannter Weise einen Kondensator 9 und einen Widerstand 10. Ein Ein-Aus-Schalter 11 erlaubt das Abschalten des Kondensators 9· Ein Im- ' pedanzwandler-Verstärker 12 verbindet das RC-Glied 2 mit einem Schwellenwertvergleicher 13» der an eine geeignete Logikschaltung 14 angeschlossen ist, die nicht Gegenstand der Erfindung sind.The RC element 2 has, in a manner known per se, a capacitor 9 and a resistor 10. An on-off switch 11 allows the capacitor to be switched off 9 Pedanz converter amplifier 12 connects the RC element 2 with a threshold comparator 13 'which is connected to a suitable logic circuit 14, which is not the subject of the invention.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:This device according to the invention works as follows:
Der Plastikszintillator 6 erfaßt die Gammastrahlung von einer Quelle S und der Szintillator 7 aus Bor die Neutronen von derselben Quelle; der Mantel 8 aus Polyäthylen gewährleistet ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden empfangenen Dosen, und zwar aufgrund einer bestimmten Wahl des Verhältnisses der Dicken des Mantels 8 und des PIastikszintillators 6.The plastic scintillator 6 detects the gamma radiation from a source S and the scintillator 7 made of boron detects the neutrons from the same source; the polyethylene jacket 8 ensures a balance between these two doses received, by virtue of a certain choice of the ratio of the thicknesses of the jacket 8 and the plastic scintillator 6.
Wenn der Schalter 11 des RC-Glieds 2 geschlossen ist, erfaßt die Schwellenwertschaltung 13 in an sich bekannter Weise das Überschreiten der zugelassenen Sicherheitsgrenzdosis, so daß er ein Signal F abgibt, das durch die Logikschaltung 14 verarbeitet wird.When the switch 11 of the RC element 2 is closed, detects the threshold value circuit 13 in a known manner Way the exceeding of the permitted safety limit dose, so that it emits a signal F, which by the logic circuit 14 is processed.
Nachdem ein Überschreiten der SicherheitsgrenzdosisAfter exceeding the safety limit dose
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auf diese Weise erfaßt worden ist, schaltet die Logikschaltung 14 den Kondensator 9 vom RC-Glied ab, indem der Schalter 11 geöffnet wird, und falls ein Überschreiten der Dosisleistung stattfindet, wird dies über den einzigen Widerstand 10 des RC-Glieds erfaßt und ein entsprechendes Signal F? von der Logikschaltung verarbeitet. Nach demselben Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Globalerfassung des Szintillometers 1 durch die Logik schaltung Ik an eine Alarnieinrichtung (an sich bekannten Aufbaus) nur weitergegeben, wenn diese Logikschaltung nacheinander die Signale F1 und dann F2 empfangen hat.has been detected in this way, the logic circuit 14 switches off the capacitor 9 from the RC element by opening the switch 11, and if the dose rate is exceeded, this is detected via the single resistor 10 of the RC element and a corresponding one Signal F ? processed by the logic circuit. According to the same principle of the device according to the invention, the global detection of the scintillometer 1 is passed on by the logic circuit Ik to an alarm device (structure known per se) only when this logic circuit has received the signals F 1 and then F 2 in succession.
Die Erfindung ist also im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß das Szintillometer 1 global die Neutronen" und die Gammastrahlung erfaßt, und ferner dadurch, daß das (nicht gezeigte) Alarmsystem ein Signal nur registriert, wenn nacheinander ein Überschreiten einer (integrierten) Dosis und einer Dosisleistung erfaßt worden ist.The invention is thus essentially characterized in that the scintillometer 1 globally contains the neutrons " and detects the gamma radiation, and further in that the alarm system (not shown) only registers a signal if an (integrated) dose and a dose rate have been exceeded in succession.
In der Praxis wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem 2-aus-3-Verfahren angewendet: Anders ausgedrückt, man verwendet drei Vorrichtungen gemäß der Erfindung, und ihre Schaltung ist so konzipiert, daß ein Alarmsignal durch das hinter diesen beiden Vorrichtungen angeordnete Alarmsystem nur dann abgegeben wird, wenn dieses Alarmsystem ein Signal von mindestens zwei dieser drei erfindungsgemäßen Vorrichtungen empfangen hat.In practice, the device according to the invention is used according to the 2-out-of-3 method: in other words, one uses three devices according to the invention, and their circuit is designed so that an alarm signal through the alarm system located behind these two devices is only issued when this alarm system a signal from at least two of these three according to the invention Received devices.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat bei einer derartigen Schaltung gemäß dem 2-aus-3-Verfahren den Vorteil, gleichzeitig die Neutronen und die Gammastrahlung zu erfassen; außerdem ist dank dieser Vorrichtung die GefahrWith such a circuit according to the 2-out-of-3 method, the device according to the invention has the advantage detect neutrons and gamma rays at the same time; moreover, thanks to this device, there is danger
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232Λ383232-383
einer ungerechtfertigten Auslösung eines Alarmsignals infolge einer durch eine Störung bewirkten Betätigung viel geringer als bei den bekannten Vorrichtungen.an unjustified triggering of an alarm signal as a result of an actuation caused by a malfunction less than with the known devices.
Der Plastikszintillator 6, der mit dem Borszintillator 7 verklebt ist, hat z. B. eine Dicke von 0,6 cm, während der Polyäthylen-Mantel 8, der zur Verbesserung des Ansprechens des Szintillators 6 auf Neutronen dient (das Verhältnis der Gammadosis zur Neutronendosis beträgt etwa 7 für ein Spaltneutronenspektrum) eine Dicke von 3 cm aufweist. The plastic scintillator 6, the one with the boron scintillator 7 is glued, has z. B. a thickness of 0.6 cm, while the polyethylene jacket 8, to improve the The response of the scintillator 6 to neutrons is used (the ratio of the gamma dose to the neutron dose is approximately 7 for a fission neutron spectrum) has a thickness of 3 cm.
Bei ihrer Anwendung gemäß dem 2-aus-3-Verfahren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vor allem dazu bestimmt, das unerwünschte Auslösen eines Alarmsignals aufgrund von Störeffekten zu vermeiden, wenn also die Radioaktivität selbst die Sicherheitsgrenze gar nicht überschritten hat. Eine derartige unbeabsichtigte Alarmauslösung hat einen ungünstigen psychologischen Effekt und beeinträchtigt außerdem die vom Reaktorpersonal vorgenommenen Arbeiten.When used according to the 2-out-of-3 method, the device according to the invention is primarily intended to to avoid the unwanted triggering of an alarm signal due to disruptive effects, i.e. when the radioactivity has not even exceeded the safety limit. Such unintentional alarm triggering has one unfavorable psychological effect and also affects the work carried out by the reactor personnel.
Es versteht sich jedoch, daß wie immer bei der Anwendung des 2-aus-3-Verfahrens Radioaktivitätsüberwachungseinrichtungen vorgesehen sind, um zu alarmieren, wenn die örtliche Umgebungsradioaktivität des Reaktorpersonals zu hoch ist, obwohl sie unterhalb des von der erfindungsgemäßen Vorrichtung festgelegten Schwellenwertes liegt.It will be understood, however, that as always with the use of the 2-out-of-3 method, radioactivity monitors are provided to alert when the local ambient radioactivity of the reactor personnel increases is high, although it is below the threshold value established by the device according to the invention.
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Legal Events
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