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Verfahren und Einrichtung zur Feststellung der Neutronenflussverteilung in einem Kernreaktor
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bei gleichbleibender Fliessgeschwindigkeit durch den Kern an verschiedenen Stellen seines Querschnittes hindurchgeschickt wird. Wechselweise kann die Querverteilung durch jedes der vorerwähnten Verfahren erzielt werden, indem man das Gas in seitlicher Richtung durch den Kern hindurchschickt.
Die Differenzierung zur Feststellung der Querverteilung kann graphisch oder mechanisch ausgeführt werden.
EinAusführungsbeispiel derErfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in welchen Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt, Fig. 2 einen axialen Schnitt einer Einzelheit in grösserem Massstab als Fig. 1, Fig. 3 ein Schema einer andern Anordnung und Fig. 4 ebenfalls ein solches Schema zeigt und eine Abänderung erläutert.
Bei der baulichen Ausführung nach den Fig. 1 und 2 eines beispielsweise gasgekühlten, graphitmo- derierten Kernreaktors, dessen Kern durch lotrechte Brennstoffelementenkanäle und lotrechte Kontrollstabkanäle durchsetzt ist, sind eine Anzahl von koaxialen Aggregaten von Rohren engen Querschnittes aus rostfreiem Stahl untergebracht. Ein solches Aggregat ist in Fig. 1 dargestellt und mit 1 bezeichnet. Diese Aggregate sind in verschiedenen radialen Stellungen angeordnet, durchsetzen den zylindrischen Kern 2 des Reaktors in axialer, d. h. in Längsrichtung und das innere Rohr 3 jedes Aggregats steht an seinem unteren Ende S mit dem äusseren Rohr 4, welches dortselbst geschlossen ist, in Verbindung. Dadurch entsteht ein Rückweg für das Gas, das dem Ringraum 6 zwischen den beiden Rohren 3 und 4 zugeführt wird.
Unter "engem Querschnitt"wird in der Beschreibung und den Ansprüchen ein solcher verstanden, der ausreichend, z. B. 3 mm, klein ist, um ein Mischen des sich in einem Teil des Rohres bzw. Kanals befindlichen Gases mit dem Gas zu verhindern, das sich in einem andern Teil des Rohres bzw. Kanals befindet. Jedes Aggre- gat l durchsetzt die Wand desDruckgefässes (von welchem in Fig. 1 ein mit 7 bezeichneter Teil dargestellt ist), in welchem der Kern 2 angeordnet ist und jedes Ausflussrohr (das innere Rohr 3 jedes Aggregats) ist mit einem in Fig. 3 schematisch dargestellten Anzeigegerät 8 ausgestattet. Dieses enthält ein Zählwerk 13, einen Verstärker 14 und einen von einem Motor 16 angetriebenen Schreiber 15.
Das verwendete Gas ist Argon, das sich zur Flussfeststellung deshalb gut eignet, weil es aus 99, 6 % des Isotops A40 besteht, weil es (chemisch) inert ist, weil sein Neutronen-Einfang-Querschnitt für gute Detektion gross genug, jedoch nicht so hoch ist, dass der Fluss merklich beeinflusst wird, weil sehr grosse Resonanzquerschnitte fehlen, weil das durch Neutronenbestrahlung erhaltene Isotop A 41 eine Halbwertzeit von 1, 8 Stunden hat, was einen zweckmässigen Kompromiss darstellt, zwischen einer kurzen Halbwertzeit, die eine hohe Zählrate liefert und einer langen Halbwertzeit, welche den Einfluss der Übergangszeit zwischen Aktivierung und Detektion vernachlässigbar macht und weil die Energie der ss-Teilchen die beim Zerfall vonA in das Tochterprodukt K 41 (welches stabil ist) emittiert werden, gross ist.
Das Gas wird jedem Aggregat 1 über einen Einlass 9 zugeführt, indem eine Einrichtung 10 verwendet wird, die näher in Fig. 2 dargestellt ist und einen Kolben 11 aufweist, der mit konstanter Geschwindigkeit in einem Zylinder 12 bewegt wird, so dass eine konstante Fliessgeschwindigkeit des Gases in die Rohre 3 und in den Ringraum 6 hinein erzeugt wird, die beide mit Gas gefüllt werden. Die Fliessgeschwindigkeit wird durch Anhalten des Kolbens 11 auf Null reduziert und das Gas bleibt dann für eine solche vorbe- stimmte Zeit im Aggregat in Ruhe, bis es durch Bestrahlung genügend aktiviert ist, um ein brauchbares Signal an den Aufzeichner 15 abzugeben. Das Gas wird dann aus dem Kern vermittels des Kolbens 11 ausgestossen, der mit derselben Geschwindigkeit wie vorhin betätigt wird, und so die nämliche Fliessgeschwindigkeit erzeugt.
Sobald das Gas aus dem Auslass jedes Aggregats 1 austritt, wird es kontinuierlich untersucht und die Aufzeichner 15 ergeben ein Diagramm der axialen (Längs-) Verteilung des Neutronenflusses. Ein Vergleich zwischen denAblesungen der verschiedenenAufzeichner 15. die mit den einzelnen radial verteilten Aggregaten 1 verbunden sind, liefert die radiale Flussverteilung. Nach Überprüfung und Untersuchung kann das Gas ins Freie abgegeben werden, da seine verwendeten Mengen nur gering sind.
Statt Kolben und Zylinder können auchGasvorratszylinder 24. ein Druckreduzierventil und ein Druckmesser 25 (Fig. l), sowie ein Ventil zum Anhaltenund Freigeben des Gasstromes verwendet werden.
Bei einer andern Vorgangsweise unter Verwendung einer Vorrichtung, die schematisch in Fig. 3 darge- stelltist. wird der zumAntriebdesAufzeichners 25jedes Detektors 8 verwendete Motor 16 auch zum Antrieb des Tachogenerators 17 benutzt, dessen Ausgang einem weiteren Aufzeichner 18 zugeführt und auch zum Verstärker 14 desAufzeichners 15 zurückgeleitet wird. Der Aufzeichner 18 im Verein mit dem Tachoge- nerator 17 wird zur Anzeige der axialen (Längs-) Verteilung des Flusses bei Änderung der Fliessgeschwindigkeit des Gases in dem zugehörigen Aggregat 1 verwendet. Der Aufzeichner 18 gibt dann das Differential der fortlaufenden Ablesung an.
Eine Änderung der Fliessgeschwindigkeitkanndurch Benützung des in Fig. 2 darge- stellten Aggregats 10 bewerkstelligt werden. bei welchem einkleiner. einen grösseren Kolben 11 betätigender Kolben 19 zuerst mittels der Kolbenstange 30 mit konstanter Geschwindigkeit so lange bewegt wird. bis sein
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Ende 20 mit dem Ende 21 des grösseren Kolbens 11 zusammenfällt. Ohne eine Pause werden sodann die beiden Kolben 19 und 11 zusammen durch die Kolbenstange 30 mit derselben konstanten Geschwindigkeit weiterbewegt. Da kein Totgang bei dieser Ausführung besteht, ergibt sich ein ausreichend hoher Neutronenfluss, dass der Aufzeichner 18 ein verwendbares Signal erhält und bzw. oder dass die Fliessgeschwindigkeiten klein sind.
In die Zylinder 12 und 23 des Kolbens 19 wird aus einem Druckzylinder 24 über ein Druckreduzierventil und Druckmesser 25 (Fig. 1) Argon zugeführt.
Der Grund für die Anordnung koaxialer Rohre besteht darin, den Einfluss der Temperaturerhöhung des Gases, welche dieses bei seinem Durchgang durch den Kern erleidet, auf ein Minimum zu bringen. Das erhitzte abströmende Gas dient dabei zur Vorwärmung des zuströmenden Gases und wird dadurch selbst wieder abgekühlt. Ist der Einfluss der Temperaturerhöhung in einem bestimmten Fall vernachlässigbar. kann der Fliessweg des Gases in jedem Aggregat durch ein einziges Rohr gebildet werden, welches durch den Kern hindurchgeht und entweder ausserhalb des Kernes zurückführt oder durch den Kern hindurch ausserhalb des Bereiches mit hohem (Neutronen-) Fluss zum Detektor zurückführt.
Bei einer abgeänderten Einrichtung zur Schaffung eines Wechsels der Fliessgeschwindigkeit, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Reaktorkern 2 von einer Anzahl, beispielsweise von 21 Aggregaten 1 oder, wie dargestellt, durch einzelne Rohre 31, durchsetzt. Ein Wählventil 32 am Austrittsende der Rohre 31 wird durch Verbindung mit einem Wählerventil 33 beim Zutrittsende des Rohres 31 gleichzeitig betätigt ; dabei führt das Ventil 32 zum Anzeiger 8 und das Ventil 33 wird von einem Zweiastnetzwerk aus gespeist, welches Zweiwegventile 34 und 35 besitzt, die zur gleichzeitigen Arbeit untereinander gekuppelt sind.
Die Äste 40,41 sind einander gleich und jeder enthält ein Druckreduzierventil 36, eine variable Drossel 37, die normal auf die gewünschte Querschnittsminderung voreingestellt ist, wobei die Drossel 37 des einen Astes für raschen Fluss und die andere für einen langsameren Fluss eingestellt ist ; ausserdem enthält jeder Ast einen Anzeiger 38 für den Fluss.
JedesVentil 34,35 hat eine Ableitung zum Absauger mit einem variablen fein einstellbaren Restrik- tor 39, der dazu dient, die Rohre 31 hinsichtlich des Gasdurchflusses nachzubilden. Die eine Stellung der Ventile 34,35 stellt die Verbindung zwischen Wählerventil 33 und dem Ast 40 her, während der Ast 41 an eine der Ableitungen angeschlossen ist, wogegen bei der andern Stellung das Wählerventil 33 mit dem Ast 41, der Ast 32 dagegen mit der andern Ableitung verbunden ist. Die Äste 40,41 werden von einem gemeinsamen Vorratszylinder 24 mit Argon über ein Druckreduzierventil und über Druckmesser 25 gespeist.
Die Rohre 31 sind hinsichtlich ihrer Durchflusseigenschaften kalibriert, und die Einstellung der jeweiligen Steuerdrossel 37, die einen bestimmten Fluss bei 38 liefert, ist für jedes Rohr 31 angegeben. Eine Betätigung der Ventile 34,35 verbindet das Rohr 31 der Reihe nach mit einer langsamen und einer raschen
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während die zugehörige Ableitung verwendet wird und das eben in Verwendung stehende Rohr von Argon durchflossen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Feststellung der Neutronenflussverteilung in einem Kernreaktor, bei welchem ein durch Neutronen aktivierbares Gas durch den Reaktorkern hindurchgeschickt und die Aktivität des aus dem Reaktor austretenden Gases gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch Kanäle (1, 31) von engem Querschnitt mit veränderlicher Geschwindigkeit hindurchgetrieben wird.