CH460188A

CH460188A - Verfahren und Einrichtung zur Messung und Überwachung des Tritiumgehaltes von Wasser

Info

Publication number: CH460188A
Application number: CH268568A
Authority: CH
Inventors: Werner Dr Hunzinger; Stebler Alfred Dr Phys
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1968-02-23
Publication date: 1968-07-31
Also published as: DE6902632U; DE1812506A1; FR2002441A1

Description


  
 



  Verfahren und Einrichtung zur Messung und Überwachung des Tritiumgehaltes von Wasser
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und Überwachung des Tritiumgehaltes von Wasser im Beisein von anderen Radioisotopen unter Verwendung eines Proportional-Zählrohres, das von getrocknetem gasförmigem Tritium durchströmt wird.



   Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens.



   Das Wasserstoffisotop Tritium ist ein energiearmer ss-Strahler, dessen Nachweis und insbesondere dessen quantitative Bestimmung immer dann erheblichen Schwierigkeiten begegnet, wenn in der tritiierten Substanz Verbindungen mit einem Gehalt an anderen Radioisotopen gelöst oder suspendiert sind. Solch ungünstige Messbedingungen liegen beispielsweise bei der Überwachung von Abwässern aus Kernbrennstoff-Aufbereitungsanlagen vor. Wegen der sehr leichten physiologischen Resorbierbarkeit ist die Verhinderung eines   Übertrittes    von   tritiiertem    Wasser in den biologischen Wasserkreislauf eine sehr wichtige Aufgabe der Strahlenschutztechnik, die hier mit sehr niedrigen Toleranzkonzentrationen zu rechnen hat.



   Bei der Messung des Tritiumgehaltes von Wasser, insbesondere von Abwasser aus kerntechnischen Aufbereitungsanlagen, müssen das dabei angewendete kernphysikalische Messverfahren und die erforderliche   Messeinrichtung    neben einer hohen selektiven Nachweisempfindlichkeit für Tritium in der Grössenordnung der Toleranzkonzentration eine geringe Verzögerung der Anzeige besitzen sowie eine störungsfreie kontinuierliche Arbeitsweise gestatten.



   Bekannte Verfahren und Einrichtungen der hier in Rede stehenden Art arbeiten beispielsweise mit einem Durchflussproportionalzähler, dem das Probenwasser in Form von getrocknetem Dampf kontinuierlich zugeleitet wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Probendampf mit einem Zählgas vermischt werden muss und dadurch die Messempfindlichkeit reduziert wird. Ausserdem werden beim Verdampfungsvorgang immer noch Fremdsubstanzen in Spuren mitgerissen, die energiereich strahlende Radionukleide enthalten können.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Messung und Überwachung des Tritiumgehaltes von Wasser unter Verwendung eines Proportionalzählrohres, das von getrocknetem gasförmigem Tritium durchströmt wird, vermeidet die geschilderten Nachteile dadurch, dass das Wasser in einer Elektrolysezelle zersetzt und das selektiv entstehende Wasserstoffgas gefiltert, getrocknet und sodann in einem Durchfluss-Proportionalzählrohr radiologisch ausgemessen wird.



   Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle an einen Wasserzulauf angeschlossen und eine Gasauslassleitung eines Zellenelementes der Elektrolysezelle durch die Reihenschaltung eines Flüssigkeitsabscheiders und einer Trockenpatrone zu einem elektrisch an einer Auswerteelektronik angeschlossenen Proportionalzählrohr und von diesem zu einer Gassperre geführt ist.



   Zur Terminologie sei festgehalten, dass hier mit    gasförmig  die die Gasphase der Probe gemeint wird, wo-    bei Wasserstoff in Form von Dampf (H20, HTO, T20) oder in Form von Wasserstoffgas (H2, HT, T2) volliegen kann. Messtechnisch sind jedoch Wasserdampf oder Wasserstoffgas streng zu unterscheiden. In der Erfindungsdefinition ist unter  gasförmigem Tritium   selbstverständlich zu verstehen, dass die Gasphase der Probe lediglich einen Gehalt an Tritium aufweist, während der Anteil an leichtem Wasserstoff überwiegt. Die gleichzeitige Anwesenheit von Deuterium bleibt hier ausser Betracht.



   Ein   Ausführlmgsbeispiel    der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt das Prinzip einer kernphysikalischen Messeinrichtung in schematischer Darstellung.  



   In der Figur bedeutet 1 einen Wasserzulauf für das Probenwasser, welches in einem Zulaufbecken 2 gesammelt und mittels einer Dosiervorrichtung 3 durch Zugabe von Säure soweit angesäuert wird, dass sich für eine über eine Verbindungsleitung 4 an das Zulaufbecken angeschlossene Elektrolysezelle 5 günstige Betriebsverhältnisse ergeben.



   Die Elektrolysezelle 5 besteht aus zwei Zellenelementen 6 und 7, deren jedes eine Elektrode 8 bzw. 9 enthält und die durch einen   Flüssigkeitssteg    10 miteinander in Verbindung stehen. Ein Steigrohr 11 schliesslich bildet den Ablauf für das Probenwasser.



   Die Elektrode 8 ist an den Minuspol einer nicht gezeichneten Gleichspannungsquelle angeschlossen, die Elektrode 9 an deren Pluspol. Der Gasdom des Zellenelementes 7 besitzt eine Entnahmevorrichtung 12, während in den Gas dom des Zellenelementes 6 eine Gasleitung 13 mündet, welche zu einem Flüssigkeitsabscheider 14 geführt ist. Im Zuge der Gasleitung 13 folgt eine Trockenpatrone 15 sowie ein Durchfluss Proportionalzählrohr 16, dem eine Gassperre 17 in bekannter, rückstromsicherer Bauweise nachgeschaltet ist.



   Das Zählrohr 16 steht elektrisch mit einer Auswerteelektronik 18 in Verbindung, die sich aus einem Hochspannungsspeisegerät 19 und aus einem rauscharmen Vorverstärker 20 sowie einem diesem nachgeschalteten   Einkanal-Amplitudendiskriminator    21 und einem Impulsfrequenzmeter 22 zusammensetzt. Das radiologisch auszumessende Wasser, kurz Probenwasser genannt, wird nach Ansäuerung kontinuierlich der Elektrolysezelle 5 zugeleitet, und zwar wenigstens einem der beiden Zellenelemente, in der gezeichneten Anordnung also wenigstens dem Zellenelement 6. Steht genügend Probenwasser zur Verfügung, so können wie in der Figur dargestellt - auch beide Zellenelemente 6 und 7 kontinuierlich durchströmt werden.



   In der Elektrolysezelle 5 erfolgt bei Stromdurchgang die Zersetzung des Probenwassers, wobei neben H2 auch HT und T2 abgeschieden wird. Die Zersetzungsrate der schwere Wasserstoffisotope enthaltenden Wassermoleküle ist bekanntlich kleiner als diejenige des leichten Wassers, so dass einer günstigen Auslegung der Elektrolysezelle 5 eine grosse Bedeutung zukommt. Andererseits wird durch die elektrolytische Abscheidung eine durch andere Methoden nicht erreichbare Selektivität der Probenerfassung und Reinheit der Probe gewonnen, verbunden mit einer rückstandsfreien und weitgehend wartungsfreien Probenaufbereitung.



  Die Einstellung des pH-Wertes des Probenwassers mittels der Dosiervorrichtung 3 sowie die Regelung des elektrischen Zellenstromes in der Elektrolysezelle 5 bereitet keine verfahrenstechnischen Schwierigkeiten. Sind diese Parameter konstant, so hängt der Abscheidegrad der Elektrolysezelle, das ist das Verhältnis der Tritiumkonzentrationen im Wasser und im Wasserstoffgas, im wesentlichen nur noch von der Tritiumkonzentration im Wasser ab.



   Das in dem Zellenelement 6 als Isotopengemisch entwickelte Wasserstoffgas wird nun im mechanischen   Flüssigkeits abscheider    14 gefiltert, wobei sich Glasfasern als Füllung des Flüssigkeitsabscheiders 14 besonders gut bewähren, weil diese bei niedrigem Preis in feinster Form und hinreichender Reinheit zur Verfügung stehen. Zur nachfolgenden Trocknung des Wasserstoff gases (H2, HT, T2) dient die Trockenpatrone 15, wel che vorzugsweise mit Silicagel gefüllt ist, weil diese
Trockensubstanz die Reinheit des Probengases nicht beeinträchtigt.



   Die radiologische Ausmessung des Isotopengemi sches erfolgt nun in dem unter Atmosphärendruck im
Proportionalbereich betriebenen Durchfluss-Zählrohr
16, das gegenüber z. B. einer Ionisationskammer mit einem wesentlich geringeren Zählvolumen auskommt und für Kontamination durch Wasserstoffgas praktisch nicht anfällig ist. Der Wechsel des Gasvolumens im
Zählrohr 16 bestimmt im wesentlichen die grösste An zeigeverzögerung.



   Die Auswertelektronik 18 besitzt an sich einen üb lichen Aufbau, ist in ihrer Zusammenstellung jedoch so gewählt, dass mit geringstem Aufwand eine zuver lässige Auswertung erfolgt. Insbesondere weist der la dungsempfindliche Vorverstärker einen grössten effek tiven Rauschpegel von Qr   eff      10-16    Amperesekunden auf.



   Zur Verhinderung von Rückdiffusion von Fremd gasen in das Zählrohr und zur gleichzeitigen Durch flussanzeige dient die Gassperre 17, bei der sich   Sili-    konöl als Sperrflüssigkeit besonders gut bewährt.



   Das hier erläuterte Verfahren und eine praktisch ausgeführte Einrichtung zu dessen Durchführung be sitzt beispielsweise eine selektive Nachweisempfindlich keit für Tritium von   3 10-3FrCilCm8    und eine Anzei geverzögerung von fünf Minuten. Demgegenüber be trägt die Toleranzkonzentration von Tritium in Wasser nach ICRP   3 10-2, aci/cm3.   



   Eine Erhöhung der Nachweis empfindlichkeit kann ausser durch eine Steigerung des Abscheidegrades der
Elektrolysezelle 5 durch Vergrösserung der elektrischen
Zeitkonstante der Auswerteelektronik 18 auch noch durch eine Abschirmung des Zählrohres (16) mit Blei erreicht werden, um den Nulleffekt herabzusetzen.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Messung und Überwachung des Tri tiumgehaltes von Wasser unter Verwendung eines Pro portional-Zählrohres, das von getrocknetem gasförmi gem Tritium durchströmt wird, dadurch gekennzeich net, dass das Wasser in einer Elektrolysezelle (5) zer setzt und das selektiv entstehende Wasserstoffgas gefil tert, getrocknet und sodann in einem Durchfluss-Pro portionalzählrohr (16) radiologisch ausgemessen wird.

PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (5) an einen Wasserzulauf (1) ange schlossen und eine Gasauslassleitung (13) eines Zellen elementes (6) der Elektrolysezelle (5) durch die Reihen schaltung eines Flüssigkeitsabscheiders (14) und einer Trockenpatrone (15) zu einem elektrisch an einer Aus werteelektronik (18) angeschlossenen Proportionalzähl rohr (16) und von diesem zu einer Gassperre (17) geführt ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wasser in einem Zulaufbecken (2) angesäuert wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser kontinuierlich aus dem Zulaufbecken (2) wenigstens einem der beiden Zellenelemente (6) der Elektrolysezelle (5) zugeleitet wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffgas über einen mechanischen Flüssigkeitsabscheider (14) geleitet wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffgas mit Silicagel getrocknet wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffgas nach dem Austritt aus dem Proportionalzählrohr (16) über eine gleichzeitig der Durchflussanzeige dienende Gassperre (17) abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur radiologischen Ausmessung des Wasserstoffgases ein die Zählimpulse des Proportionalzählers (16) aufnehmender rauscharmer Vorverstärker (20) verwendet ist, dessen Ausgangssignal mittels eines Einkanaldiskriminators (21) und eines Impulsfrequenzmessers (22) ausgewertet wird.

7. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass im Wasserzulauf ein Zulaufbecken (2) angeordnet und mit mindestens einem Zellenelement (6) der Elektrolysezelle (5) verbunden ist, und dass die Elektrolysezelle (5) einen Wasserablauf (11) aufweist.

8. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Zulaufbecken (2) eine Dosiervorrichtung (3) zur Ansäuerung des Wassers angeord netist.

9. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsabscheider (14) mit Glasfasern gefüllt ist.

10. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenpatrone (15) mit Silicagel gefüllt ist.

11. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (17) mit Silikonöl gefüllt ist und als Durchflussanzeiger dient.

12. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (18) aus einem Hochspannungsspeisegerät (19) für das Zählrohr (16) und aus einem rauscharmen Vorverstärker (20) mit eff a : 10-16As sowie einem diesem nachgeschalte- ten Einkanal-Amplitudendiskriminator (21) und einem Impulsfrequenzmeter (22) besteht.

13. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählrohr (16) mit Blei abge- schirmt ist.