CN108291858B - 取样器皿和取样系统以及相关的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是，提出一种取样器皿(2)和相关的取样系统(200)以及相应的操作方法，借此可以实现从液相、特别是从处于沸腾状态中的液体、以及从气相进行有代表性的取样，特别是可以实现在严重的事故情况之后从核电厂的反应堆外壳地坑或反应堆外壳大气或冷凝室进行有代表性的取样。为此，根据本发明规定了一种用于获取环境样品的取样器皿(2)，其具有：·被外器皿壁(14)包围的外室(10)，该外室通过至少一个设置在所述外器皿壁(14)中的穿通口(26)与环境处于直接的流动连接中，且至少可在底部区中被填充液体；·被内器皿壁(12)包围的内室(6)，该内室通过设置在所述内器皿壁(12)中的穿通口(16)与所述外室(10)的底部区处于流动连接中，且具有用于取样管路(18)的接头(56)和用于输送介质管路(22)的接头(62)，并在其它处以压力密封和介质密封的方式相对于环境密封；·用于在外室(10)和内室(6)之间的穿通口(16)的可气动地或液压地操纵的封闭装置(72)，该封闭装置具有用于操纵介质管路(114)的接头(112)。

Description

取样器皿和取样系统以及相关的操作方法
在核电厂中，在干扰和事故情况下必须考虑放射性裂变产物(例如碘、气溶胶)和稀有气体可能大量释放至反应堆外壳大气中及反应堆外壳地坑中和/或——在沸水反应堆中——释放至冷凝室中。对裂变产物的成分的了解允许推断出后续发生的故障情况，且对可能要采取的对策是一种重要的根据。此外，特别是福岛的故障情况已表明，也需要了解贮存槽中的燃料组件的状态，用以分析设备状态。
在从反应堆外壳大气中释放的情况下，特别是碘同位素131对环境造成放射性危险。严重故障情况的成功处理需要有效的措施，以便使得在反应堆外壳大气中的挥发性碘的对环境有危险的浓度保持尽可能低，而无论碘是如何产生和释放的。
这可通过分解和以不挥发的形式截留在反应堆外壳的地坑中来进行。在此力求将碘尽可能束缚在液相中。由此减少了例如由于泄漏或在反应堆外壳的过滤后的减压(通气)期间造成的来自反应堆外壳的释放。
在反应堆外壳-地坑中设定高的pH值可抑制住和减小潜在的放射危险。然而，地坑的pH值特别是由于在故障情况下(例如线缆失火)氯化物的释放而在其碘-截留方面会受到不良影响。因此，由于地坑作为被动的放射物凹池的角色，了解地坑中的当前的pH值对于故障情况的处理至关重要，并且对适时地采取对策以抑制住放射性至关重要。
在反应堆外壳内部相应的流体中直接安装多个测量传感器，通常由于传感器及其电子零件因辐射、气溶胶、湿气、压力和温度受到的高负载以及由于不存在或只有限地存在抗故障情况的、用于测量信号和供电的线缆而遭受失败。
因此，为了确定和分析变化的设备参数，通常情况下需要从反应堆外壳内部的不同的蓄存器获取代表性的液态的和/或气态的样品。这些代表性的要取出的样品然后可以在反应堆外壳外部，针对感兴趣的参数如化学参数(例如pH值)或一定的放射性核素或气溶胶量予以研究。
目前的方案例如规定从取样器皿取样，该取样器皿位于反应堆外壳大气中或位于反应堆外壳地坑中。
就EP 0 931 317 B1中所述的装置和方法而言，样品受到抽吸，且利用压力脉冲予以输送。取样管路为此必须以恒定的落差、无低点地铺设。此外存在以下缺点：采用特定的压力脉冲技术来输送样品只对取样管路的有限长度(<80米)才可行。另外，样品输送需要一种比回收容器还大的缓冲体积。此外，当要从反应堆外壳取出气态的样品时，此方法需要对取样管路加热。这是必要的，以防止蒸汽冷凝，由此可以正确地推导出经过取样器引导的量。由于这个原因，要引入到取样器中的清洗液也必须在引入之前加热，这造成高昂的设备成本和高的电流消耗。因此，始终都必须在反应堆外壳的直接附近找到样品分析装置的设立地点，以便使得管路的长度保持尽可能短小。
同样要予以考虑的特殊要求是，取出气溶胶样品以及从沸腾的液体中取出液体样品。
由于在经由取样管路输送时气溶胶沉积，用于评估释放出的放射物的代表性的气溶胶取样只有当气溶胶直接在取样地点转变为清洗液时才是可行的，气溶胶可以与所述液体一起以溶解的形式被输送经过较大的距离，而不会在管路中发生严重的沉积。
采用传统的取样机构同样很难实现安全地、有代表性地从经过较大的距离(例如>100米)输送至分析单元的沸腾液体中取得液体样品。
本发明的目的因此是，提出一种取样器皿和相关的取样系统以及相应的操作方法，借此可以实现从液相、特别是从处于沸腾状态中的液体、以及从气相进行有代表性的取样，特别是可以实现在严重的故障情况之后从核电厂的反应堆外壳地坑或反应堆外壳大气或冷凝室进行有代表性的取样。尤其可行的是，以较小的能量需求，将少量的样品经过长的路径(>100米)输送至外部的分析装置，而不会在取样管路的壁上发生明显的沉积。
根据本发明，上述目的通过具有权利要求1的特征的取样器皿得以实现。这种取样器皿是根据权利要求9的取样系统的组成部分。权利要求14规定了配备有这种取样系统的核电厂。相应的操作方法在权利要求14和17中被规定。从属权利要求明确了基本原理的有利的扩展方案。
取样器皿位于待取样的介质中，比如位于核电厂的反应堆外壳中，且经由相关的管路而整合到取样系统中。因此，这是现场取样。样品输送到外部的处理和分析模块，这在气体取样时通过施加欠压来进行，且在液体取样时借助于惰性的运送气体/输送气体特别是氮气来进行。在这种情况下，液体样品可以被输送经过长的路径，因为取样器皿配备有优选自动工作的封闭机构。相比于现有技术的上述压力脉冲技术，由此可以实现持久的输送压力。气溶胶样品优选借助文丘里喷嘴的涌流而引入到清洗液中，该清洗液导入至取样器皿中。气溶胶样品于是就像所述那样作为液体样品而输送。在地坑取样情况下，即使在地坑沸腾时仍可以进行很大程度上被动式的取样。针对于所有这些过程，都可以使用同一个取样器皿，而无需改动。
在一个优选的设计中，借助被动式导热管将热量从环境、比如反应堆外壳大气传递到取样器皿中。由此，清洗液在引入到取样器皿中之前不必再像以前那样被主动地加热，以避免清洗液中的蒸汽冷凝。
此外，在有利的设计中，可以省去在反应堆外壳外部的取样管路的加热，因为借助于过临界地受冲流的节流圈/喷嘴使得体积流被动地保持恒定，由此可以确定在反应堆外壳外部的取样管路中失去的水蒸汽份额。由此可确定被引导经过文丘里喷嘴/清洗液的体积流，且外部测得的放射物可以与反应堆外壳中的体积相关。
在一种优选的变型中，经由取样系统的管路也可以对取样地点处的环境施加反作用，比如通过供应相应的化学剂来调剂pH值。通过这种有针对性的调节/再调控，在核电厂中的严重的故障情况下，可以实现使得放射物释放量大大地减少。
根据本发明的方案的主要优点可以简要地总结如下：
·可以例如在反应堆外壳地坑中对沸腾的液体取样；
·现场测量，样品不失真；
·实现>100米的较长的输送路径；
·无损耗的样品输送，气溶胶很少沉积在输送管路上；
·可以将移动式处理和分析模块连接至预先固定安装的管路系统；
·无需具有回收容器的回收模块；
·在受辐射保护的环境中，特别是在反应堆外壳外部，安装测量装置；
·测量可靠度提高；
·在设备正常工作期间，为了维修任务，可容易地够到测量装置；
·借助处于压力下的输送气体，半被动式地输送样品；
·较小的能量需求——系统操作和测量可以通过电池工作得以维持；
·小的管路横截面，由此在管路破裂情况下的泄漏小。
本发明的不同的实施例将在下面参照附图予以详述。在此，在这些简化的且示意性的附图中：
图1为取样器皿的纵剖视图，其用于特别是从大气或从核技术设施中的液体槽获取/取得环境样品；
图2为从上方观察的取样器皿的俯视图；
图3示出图1的放大的细节部分；
图4为图1的稍微改变配置的另一详图；
图5示出取样操作期间的取样器皿；
图6为核技术设施中的取样系统的概要图，其具有根据图1的取样器皿；和
图7为这种取样系统的一种变型。
相同的或相同作用的各部件在所有附图中都标有相同的参考符号。
为简化起见，所采用的位置描述和方向描述始终都指在按规定应用情况下各组件的在图中所示的通常的安装位置。
图1所示为也称为取样探针或取样容器或简称为取样器的取样器皿2的纵剖视图，其用于特别是在核技术设施中获取环境样品。图2所示为从上方观察的相关的俯视图。
取样器皿2具有带内室6的内器皿4和带外室10的外器皿8，它们由隔离壁或包封壁彼此隔开且与外部环境相隔开。由内器皿壁12包封的内器皿4从上方伸入到由外器皿壁14包封的外器皿8中，从而外室10区段地按照包围着内室6的环形室的形式构造。在该区段中，内器皿壁12同时形成外器皿10的内边界。内器皿壁12在下方的底部区中具有可封闭的穿通口16，经由该穿通口，可以在打开状态下使流体/流动媒介剂/介质从外室10的底部区流入到内室6中，或反之也可以。可通过盖板24上的相关的接头，将取样管路18和输送介质管路22连接到内器皿4上，该取样管路18带有从上方伸入到内室6中的上升管20。在其它处，内室6以压力密封且介质密封的方式相对于外室10和环境封闭。外器皿壁14在上方区域中具有通至环境的穿通口26，这些穿通口的下边缘高于内器皿壁12中的穿通口16的入口。于是——在适当调整的压力情况下——介质可以从环境经由穿通口26而流入到外室10中，聚集在其底部区中，且在该穿通口16打开时涌进到内室6中。
具体而言，本实施例中的取样器皿2相对于中轴线M旋转对称地构造，该中轴线M在按规定的应用中竖直地朝向。内器皿4在上方区域中具有圆柱形造形，其中，直径在下方区域中截锥形地变小。外器皿8具有类似于内器皿4的造形，但具有略大的直径，且包绕着内器皿的下方区域，形成了一种与内室6同心地布置的环形外室10。在顶侧，内器皿4被盖板24封闭。本实施例中，盖板24是一种贴靠在器皿盆的环绕的凸缘28上且在周围通过固定螺栓30(可松开地)与该凸缘连接的构件，其中，位于它们之间的密封圈32负责所希望的密封。外器皿8在其顶侧与内器皿4的圆柱形的侧壁以法兰连接。紧近于其下方存在着设置在外器皿壁14中的通至环境的穿通口26。穿通口26的位于最低处的下边缘在竖直方向上观察，相距内器皿壁12的底部具有一定的距离。在根据图1的纵剖视图中，在内器皿壁12的底部区中的底侧和外器皿壁14的平坦底部之间，存在一种可被介质流过的间隙36，该间隙与通至内室6的穿通口16连通。经由穿通口26从环境流入到外室10中的介质能够特别是以液态聚集在该外室10的底部区域中，在该处特别是聚集在间隙36中，且在穿通口16打开时涌进到内室6中，只要该处产生的压力允许即可。
对于实现所期望的功能而言，外器皿8并非强制地必须包绕内器皿4，至少不必完全包绕。而是，经由穿通口16存在一种流动连接，通过这种流动连接可以使得气体穿过液体柱，这样就足够了。就此而言，术语“内”和“外”相应地应做广义理解。
也可在图3和图5中详细地看到的穿通口16具有在内器皿4的底板38中的钻孔/凹口，且在短小的喷嘴管40内部向上延展，该喷嘴管在竖直方向上伸入到内室6中一段距离。该喷嘴管40在其下端从上方插入到该钻孔/凹口中，或以其它方式压力密封地且介质密封地予以法兰连接。由此形成流动通道42，假定介质的流向为从外室10流到内室6中，即从下向上，则该流动通道的入口/进入口44位于底板38的底面上，且其出口/排出口46位于管40的上端。在特殊的工作情况下，特别是在投入工作时，该流向也可相反，进而入口和出口的角色也可以反过来(见下面)，但在正常情况下，在取样时上述流向和相应地选取的名称是适用的。
为了在取样时有效地把气溶胶离析成流动的介质的液相或者离析成单独的清洗液，穿通口16按照文丘里喷嘴的形式构造，或具有此种喷嘴/包围该喷嘴。为此，如图5中可见，在喷嘴管42中构造的流动通道42在下端具有向上变细的入口锥体47，且在上端具有向上又展宽的出口锥体48。在它们之间的狭窄部位/束紧区，至少在超过周围的一部分上，在喷嘴管42的壁中，存在一种优选环形的或环形区段形式的入口狭缝49，其在径向上流动地与周围的内室6连通。通过如此实现的文丘里喷嘴50，在取样工作期间由进入口44流至排出口46的介质，经由入口狭缝49而在周围抽吸位于内室6中的液体，且随之拖曳此液体。由此特别是使得流动的介质的气态成分与液相密切地进行互相作用。在这种情况下，可能在介质的气相中携带的气溶胶特别有效地从气相中离析出来，且加入到液相中。利用在排出口46上方紧邻地布置的冲击板51，更加强化了上述效果。
上升管20以压力密封且介质密封的方式穿过内器皿4的盖板24。沿着中轴线M即在正常情况下竖直地朝向的上升管20因此从上方伸入到内室6中。在该上升管20下端的入口52以一定的距离位于属于穿通口16的管40的排出口46上方。在该上升管20上端的出口54位于内器皿4外部，且设有用于取样管路18的接头56，该取样管路延伸至用于待取出的样品的处理和分析模块126(见图6和图7)。上升管20也可以视为该取样管路18的一个(起始)区段。
处理和分析模块126特别是具有连接至取样管路18的真空泵150，借助该真空泵，在欠压情况下可以相对于环境来设定取样管路18，进而也设定内室6。这将在下面继续详述。
在一种有利的设计中，只在图6中标出的节流阀/节流圈58接入到取样管路18中。在一种可行的变型中，该节流圈邻近于出口54下方整合到上升管20或接头56中，且与取样器皿2形成一构造单元。节流圈也可以在取样管路18中布置在接头56的下游，但相对于取样管路的总长度而言尽可能靠近该取样器皿2的起始端。节流圈58优选被设计用于流经该节流圈的介质的紧急减压。
此外，在操作取样器皿2时，输送介质管路22以压力密封且介质密封的方式穿过内器皿4的盖板24伸入到内室6中。为此，盖板24中存在一适当的穿孔60。类似于取样管路18，可以存在穿过盖板24的管路节段，在其位于内器皿4外部的上端存在用于该输送介质管路22的接头62。该管路节段也可以视为该输送介质管路22的(末端)区段，该输送介质管路从外部的输送介质源延伸至取样器皿2，且在该处以其出口64通入到内室6中。
优选使用氮作为输送介质/运送介质/驱动介质，其最好经由相应的氮气瓶来提供。借助于该输送介质，可以在过压情况下相对于环境来设定该内室6(也参阅以下针对图6和图7的说明)。
最后，在优选的设计中，内器皿4的盖板24中具有另一穿孔66，即用于伸入到内室6中的导热管68。依据图4，当然也可以存在多个导热管68，这些导热管借助于其中所含有的热输送介质以被动方式将热量从周围的环境导入到内室6中(这里用粗箭头来表示)。由于热量传送至存在于/聚集于内室6的底部区中的液相相比于传送至位于其上方的气相更有效，所以优选将这些导热管68相应长地设计，从而它们向下到达内室6的底部区中，且在通常情况下伸入到液相70中。
相应的导热管68特别可以是二相-热-虹吸管或所谓的热管，在所述管内，热输送介质在自然循环中随着在热源(环境)处的蒸发和在热阱(内室6)处的冷凝被引导。替代地或附加地，也可以在强制原理下使被热介质比如蒸汽流过的热管或类似物伸入到内室6中，且在该处引起内容物的加热，以防止在气相中冷凝。为了优化热传输，在优选的设计中，既在取样器2内、又在导热片或导热肋片外部安置导热管68。
为了在需要时将从外室10通至内室6的穿通口16封闭，存在一种封闭装置72，优选气动的和/或液压的封闭装置，其特别是带有气动缸。
在根据图1和图3的实施例中，该封闭装置72包含柱形的封闭柱塞74，该封闭柱塞沿着中轴线M可线性移动地安置在外器皿8的底部中。
为此，外器皿壁14的底板76具有柱形的凹口，以介质密封的方式把一种包围封闭气缸/封闭柱塞74的空心气缸78装入到所述凹口中。在下端，空心气缸78通过一种精确配合地装入的、用环形密封件92密封的柱形末端件94以压力密封和介质密封的方式予以封闭。末端件94可以如所示那样，通过固定螺栓96而与空心气缸78的气缸壁拧紧。在本实施例中，空心气缸78在此具有上面的气缸区段80，该气缸区段的直径经过选取，从而封闭柱塞74的柱塞轴82以小的间隙在所述气缸区段中引导，且可以在形成柱塞密封的情况下在所述气缸区段中来回(此处即向上和向下)滑动。在下面的气缸区段84中，空心气缸78的直径相比于上面的气缸区段80增大。伸入到下面的气缸区段84中的柱塞轴82在其总长度上具有恒定的直径A，从而在下面的气缸区段84中在柱塞轴82和气缸壁108之间形成环形的中间腔86。在下端，径向突伸的圆形封闭板88安装在柱塞轴82的下端面上。该封闭板88的直径B经过测定，从而在其和气缸壁108之间仍保持一个狭窄的、可被介质流过的间隙90。替代地，在此可以在柱形的柱塞轴82上成形上环绕的具有相应直径的凸起，其方式比如为，在车床中制得具有相应的外轮廓的封闭柱塞74。
在打开位置，封闭柱塞74位于下端位置，且完全下降到外器皿壁14的底板76中，该下端位置例如通过末端止挡98在封闭板88的底侧或末端件94上予以限定。在该位置，间隙36和穿通口16释放。在封闭位置，封闭柱塞74位于上端位置，在该上端位置，封闭柱塞的上面的端面100封闭穿通口16。具体而言，在端面100内部的例如环形的密封区102紧靠在该穿通口16的边框上。在该密封区102中，以有利的方式在柱塞轴82中的槽内设置了从端面100向上伸出的环形密封件104。有效地覆盖且密封穿通口16的入口的面的相关的直径在图3以C表示。
在中间腔86中设置了可用作压力弹簧的螺旋弹簧106，其在下端支撑在封闭板88的径向地突伸的凸起上，且在上端支撑在位于上面的气缸区段80和下面的气缸区段84之间的台阶上。在这种情况下，弹簧力试图使得封闭柱塞74向下移动至打开位置。当然，也可以使用另一种适当的弹簧组件来取代螺旋弹簧106。
为了将封闭柱塞74带到封闭位置，在下面的气缸区段84中，在柱塞和气缸壁之间的中间腔86通过引入操纵介质而处于压力下，直至向上朝向的调节力超过向下朝向的调节力，该中间腔以压力密封和介质密封的方式相对于环境封闭。为此，气缸壁108在下面的气缸区段84中具有通孔110，在该通孔的外侧面上设置着用于操纵介质管路114的接头112，该操纵介质管路引导所述操纵介质。在特别优选的设计中，该操纵介质管路是从输送介质管路22分支出来的管路，从而输送介质同样可用作操纵介质(见下面)。
作用到封闭柱塞74上的力详细地总结如下：
若该封闭柱塞74处于打开位置，则向上朝向的封闭力是由封闭板88(具有直径B)上的有效的柱塞面积AB和在空心气缸78的中间腔86中的操纵介质的压力pZ的乘积ABpZ来给定。
向下朝向的打开力由螺旋弹簧106的弹簧力FF、从上方作用到位于封闭板88上的凸起(具有外直径B和内直径A)的环形面AB-A上的力AB-ApZ和从上方作用到封闭柱塞74的端面AA(具有直径A)上的力AApU相加组成，其中，pU是在内器皿4和外器皿8之间的间隙36中的介质的压力，该压力基本上与环境压力相同。
为了将封闭柱塞74带到关闭位置，将中间腔86中的操纵介质的压力pZ提高一段时间，直至向上朝向的封闭力超过向下朝向的打开力为止。在力平衡的时刻有下述关系：
AB Pz＝AB-A pz+AA PU+FF。
若中间腔86中的该压力被超过，则封闭柱塞74将向穿通口16的边缘行进，且封闭该穿通口，其中，由环形密封件104(具有直径C)进行密封。在穿通口16封闭情况下，现在形成了另一种力平衡，即：
AB pz＝AB-A pz+Ac P+FF。
在此，pI表示内室6中的压力，在优选的设计中，当同一种介质同时有效地作为用于封闭柱塞74的操纵介质和作为用于内室6中的液体的输送介质时(见下述)，该压力等于在空心气缸78的中间腔86中的压力pZ。
以下将借助在根据图6的核技术设施中的两个典型的安装情况来介绍取样器皿2的工作方式。
为此，图6所示为核电厂122的安全外罩120的大大地简化的纵剖视图。被安全外罩120包围的空间也称为反应堆外壳124。在目前的情况下，示范性地将两个取样器皿2安装在反应堆外壳124中，且通过相关的管路系统与布置在反应堆外壳124外部的处理和分析模块126连接。
在两个取样器皿2中的每一个上都——通过相应的接头56——连接着一条取样管路18，该取样管路穿过安全外罩120而延伸至处理和分析模块126。在此示出的范例中，两条取样管路18合并成一条共同的排出管路128，其中，可以通过安装在合并位置的切换阀130来调节使用两个取样器皿2中的哪一个。此外，每个管路区段都可单独地由截止阀132封闭，该截止阀有利地直接布置在穿过安全外罩120的穿孔的后方。
以类似的方式，在两个取样器皿2中的每一个上都通过接头62连接着来自处理和分析模块126的并且穿过安全外罩2的输送介质管路22。具体而言，在此处的实施例中，有一条共同的导入管路134，其在管路分支136处分支成两个子区段。在此，在适当位置也存在截止阀138。
在管路分支140处，从相应的输送介质管路22分叉出一条管路，这条管路与取样器皿2的接头112连接且用作操纵介质管路114。优选用作输送介质的氮气气体因此具有双重功能，其方式为，它同时用作用于封闭柱塞74的操纵介质。接入输送介质管路22中的、即接入到管路分支140和接头62之间的管路区段中的节流圈142使得：在输入输送/操纵介质时，作用到封闭柱塞74上的操纵压力相比于在内室6中有效的输送压力更快速地建立起来。
也可以使用另一种输送/操纵介质特别是惰性气体来取代氮，该惰性气体尽可能少地与待取出的样品交互作用，并且不会使得各种测量失真。
处理和分析模块126包含可与取样管路18连接的、用作抽吸泵的真空泵150，以便在需要时在取样管路18中产生欠压，进而也在取样器皿2的内室6中产生欠压。在这种抽吸过程中，产生了一种从取样器皿2流至处理和分析模块126的介质流/样品流。这在一定程度上是标准情况，这里选取的用于入口/出口等等的名称基于所述标准情况。此外，处理和分析模块126包含用于清洗液154的储备容器152，该储备容器能以一种方式与取样管路18连接，从而在切断或断开真空泵150时可以借助于输送泵156将清洗液154经由取样管路18——与取样时的流向相反——朝向取样器皿2输送到其内室6中。该清洗液154优选是一种碱性液体，特别是添加了促进碘离析的碱性试剂的水状的液体。
此外，处理和分析模块126包含用于在需要时要引入到相应的导入管路134中的优选氮气形式的输送介质/操纵介质的储备容器，所述氮气在高压下储备在压缩气体瓶158(氮气瓶)中。由此省去了单独的输送泵或类似物。通过接入到管路系统中的减压器和调节阀，取样器皿2中的有效的压力将根据当前的需要来调节，且必要时予以再调整。
此外，处理和分析模块也可以具有用于化学剂的储备容器160和输送泵，所述化学剂在需要时为了化学地调节反应堆外壳124中的大气或地坑槽162中的液体等，而经由穿过安全外罩120的单独的导入管路被引入到反应堆外壳中。经由该导入管路和/或单独的返回管路164，必要时也可以将取出的样品返回到反应堆外壳124中。
最后，处理和分析模块包含不同的设备，这些设备用于预处理、化学地/物理地/放射性地分析且必要时暂存或保存从反应堆外壳取出的样品。例如，液态的或气态的样品导入到单独的回路中且在其中稀释。此外，该系统可以配备：测量仪，用于核素特有的放射物测量，其特别是采用在线测量(“on-the-fly”)设计；以及用于确定气体成分的测量仪。在液体样品回路内部，优选也存在着一种用于pH值测量的探针。
处理和分析模块126的优选采用自主供电的控制单元，一方面借助不同的截止阀和调节阀且通过控制真空泵150的驱动设备来控制取样和输送/操纵介质的供应。另一方面也控制各种不同的辅助和附加设备。对测量和分析装置166的控制也可以整合到设备控制中，或者替代地移出到单独的控制单元中。通常，处理和分析模块126可以模块化地构造，且在需要时可扩展不同的功能单元。基本模块于是例如只承担对取样必定需要的组件即真空泵的供电和控制、氮气供应和必要时清洗液的输送，而其它功能则移出到附加模块中。基本模块的上述的部份功能也可以单独地提供。
在根据图6的实施例中，两个取样器皿2中的一个被设置用于从反应堆外壳2中的大气161取得气体和气溶胶样品，因此安装在足够的高度上。利用更下方的、安装在液体水位168下方的取样器皿，要将液体样品从地坑/地坑槽162中取出。
为了利用两个取样器皿2中的上面的取样器皿来取出气体样品，首先在穿通口16打开时经由取样管路18和上升管20把来自处理和分析模块126的储备容器152的清洗液154导入到内室6中。由于在这种情况下施加给内室6的过压，清洗液154经由穿通口16涌进到外室10中。然后，内室6中的压力下降至一定程度，从而清洗液154的一部份经由具有文丘里喷嘴50的穿通口16流回到内室6中。结果，至少在外室10的底部区域中并且也在内室6的底部区域中形成由清洗液154构成的液体柱。因此，此系统预备用于真正的取样。
借助于真空泵150使得取样管路18中的压力进一步减小，由此，大气的空气从反应堆外壳124经由穿通口26而流入到外室10中，且从这里经由具有文丘里喷嘴50的穿通口16——穿过清洗液154——而流入到内室6中。空气的水溶性的成分溶解于清洗液154中。同样，空气流中夹带的气溶胶储存于清洗液154中。非水溶性的气态的组分经由上升管20向上游移，且经由取样管路18而抽出，并供应给处理和分析模块126的测量和分析设备166。
在该过程期间，借助于导热管68利用周围热量来对内室6中的清洗液154进行被动式加热，以便减少冷凝。
此外，流经取样管路18的流量利用超临界地受到冲流的节流圈58保持恒定，该节流圈在取样管路18中紧邻取样器皿2。
借助于在处理和分析模块126中的压力测量，可以确定反应堆外壳124中的大气压力。此压力在此是静态的，即在未流动时测得。此外，反应堆外壳124中的温度借助适当的传感器测得。由此可以确定反应堆外壳124中的水蒸汽分压。通过流经取样管路18的已测得的流量和过临界的流动的分析得到的流量的比较，可以确定在输送路径上冷凝出来的水蒸汽部分。由此可以求得流经清洗液154的气体流，并且，存在于清洗液154中的放射物可以与体积(Bq/m3)有关。
通过这些措施，此系统无需加热用于气体取样的取样管路18/128。
在气体取样之后，借助于封闭柱塞74使穿通口16封闭。为此，就像已详述的那样，封闭柱塞74的中间腔86经由操纵介质管路114——通过引入处于压力下的氮气——被施加以压力，直至封闭柱塞74向上移动至关闭位置。由于在分叉为操纵介质管路114和输送介质管路22的、引导氮气的导入管路134中的压力继续升高，经由输送介质管路22对内室6施加压力，使得经由上升管20取出的、来自清洗液154的液体样品作为堵塞物被输送经过取样管路18。用作输送介质的氮气在一定程度上将所述堵塞物推至前方。以此方式，也可以经过100米的较大距离或更大的距离以持久地作用的输送压力将液体样品输送至处理和分析模块126，在这里，特别是可以对先前在流过时随着来自反应堆外壳大气的气体而移入的、承载着空气的放射物(气溶胶)进行分析。
在借助氮气垫进行输送期间，真空泵150有利地被切断/与取样管路18去耦，但替代地也可以一起运行。
已分析的样品然后可以经由返回管路164又输送回到反应堆外壳124中。
在进行取样后，此系统可以通过引导氮气的管路22、114的减压，且必要时通过利用清洗液的返回清洗而转为初始状态，并用于重新取样。
图6中在下面在反应堆外壳124的地坑槽162内或者在其它槽内设置在液相/液体170中的取样器皿2(“取样池”)，与在上面设置在气相/大气161中的取样器皿2构造相同，并且也以相同的方式通过相关的管路系统连接至处理和分析模块126。为了直接从位于槽中的液体170取样，通过在取样管路18上施加轻微的欠压，可以实现使得液体170从外室10流入到内室6中。该欠压可以通过设置在处理和分析模块126中或者设置在其它部位的真空泵150来产生。然后，就像先前针对另一取样器皿2所述那样，通过利用氮气施加压力把封闭柱塞74带至关闭位置，进而使内室6封闭。经由输送介质管路22利用氮气对内室6施加压力，由此最后将液体样品经由取样管路18输送至处理和分析模块126。
样品可以特别是从在地坑中或槽中的沸腾的液体170取出，且利用氮气予以输送。输送压力在此可调节成大于地坑中的液体170的饱和蒸汽压力。
用于从沸腾的槽/池取样的这种系统的一种变型，在图7中以沸水反应堆的冷凝室180为例示出。由于在此未规定从气相/大气161取样，对于用液体170予以填充来说，在取样器皿2的内室6中产生较小的欠压就足够了。对此，一种气体喷射泵即已足够。
具体而言，在此处的实施例中，连接至取样器皿2的取样管路18穿过冷凝室180的壁和/或穿过安全外罩而延伸至处理和分析模块126。在该处，取出的液体样品流经由控制单元196控制/监视的测量模块182，以确定pH值，并且——受经由氮气管路190供应的氮气垫的驱动——然后经由返回管路184输送回到冷凝室180中。例如借助喷嘴186，在需要时把从储备容器188中取出的化学试剂例如氢氧化钠溶液注入到回流中，以影响/调节池液体170的pH值。该返回管路184的出口端优选设计为注入式喷嘴/注入式喷射器210，其中，喷入的介质流将周围的池液体170一起带走并且产生旋涡，以便混合和均匀化。
为了在给取样器皿填充池液体170时在该取样器皿2中短时间地产生欠压，设置了一种喷射泵192，该喷射泵接入到取样管路18中，或者如此处所示那样接入到返回管路184中。优选使用氮气作为用于喷射泵192的输送介质，该氮气经由压缩气体瓶158来提供。在特别优选的设计中，为此从氮气管路190分叉出一条分支管路194，该分支管路连接至喷射泵192的输送介质接头。通过适当地设置的调节和控制阀，可以在不同的工作模式之间切换。
附图标记清单
2 取样器皿
4 内器皿
6 内室
8 外器皿
10 外室
12 内器皿壁
14 外器皿壁
16 穿通口
18 取样管路
20 上升管
22 输送介质管路
24 盖板
26 穿通口
28 凸缘
30 固定螺栓
32 密封环
34 底部
36 间隙
38 底板
40 喷嘴管
42 流动通道
44 进入口
46 排出口
47 入口锥体
48 出口锥体
49 入口狭缝
50 文丘里喷嘴
51 冲击板
52 入口
54 出口
56 出口
58 节流圈
60 穿孔
62 接头
64 出口
66 穿孔
68 导热管
70 液相
72 封闭装置
74 封闭柱塞
76 底板
78 空心气缸
80 上面的气缸区段
82 柱塞轴
84 下面的气缸区段
86 中间腔
88 封闭板
90 间隙
92 环形密封件
94 末端件
96 固定螺栓
98 末端止挡
100 端面
102 密封区
104 环形密封件
106 螺旋弹簧
108 气缸壁
110 通孔
112 接头
114 操纵介质管路
120 安全外罩
122 核电厂
124 反应堆外壳
126 处理和分析模块
128 排出管路
130 切换阀
132 截止阀
134 导入管路
136 管路分支
138 截止阀
140 管路分支
142 节流圈
150 真空泵
152 储备容器
154 清洗液
156 输送泵
158 压缩气体瓶
160 储备容器
161 大气
162 地坑槽
164 返回管路
166 测量和分析装置
168 液体水位
170 液体
180 冷凝室
182 测量模块
184 返回管路
186 喷嘴
188 储备容器
190 氮气管路
192 喷射泵
194 分支管路
196 控制单元
200 取样系统
210 注入式喷射器
A、B、C 直径
M 中轴线

Claims (20)

1.一种用于获取环境样品的取样器皿(2)，具有：
·被外器皿壁(14)包围的外室(10)，该外室通过至少一个设置在所述外器皿壁(14)中的穿通口(26)与该环境处于直接的流动连接中，且至少能在底部区中被填充液体；
·被内器皿壁(12)包围的内室(6)，该内室通过设置在所述内器皿壁(12)中的穿通口(16)与所述外室(10)的底部区处于流动连接中，且该内室具有用于取样管路(18)的接头(56)和用于输送介质管路(22)的接头(62)，并且该内室在其它处以压力密封和介质密封的方式相对于该环境密封；
·用于在外室(10)和内室(6)之间的穿通口(16)的能够气动或液压地操纵的封闭装置(72)，该封闭装置具有用于操纵介质管路(114)的接头(112)，
其中，从所述外室(10)至所述内室(6)的所述穿通口(16)被构造为文丘里喷嘴(50)。
2.如权利要求1所述的取样器皿(2)，其中，该封闭装置(72)具有在空心气缸(78)中能够在打开位置和关闭位置之间移动的封闭柱塞(74)。
3.如权利要求2所述的取样器皿(2)，其中，存在弹簧组件(106)，该弹簧组件将静止状态下的封闭柱塞(74)带到打开位置，其中，在所述操纵介质有足够压力时，所述封闭柱塞(74)克服所述弹簧组件(106)的力而移动至关闭位置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的取样器皿(2)，其中，所述封闭装置(72)设置在所述外器皿壁(14)的底板(76)中。
5.如权利要求1至3中任一项所述的取样器皿(2)，其中，用于所述取样管路(18)的接头(56)与伸入到所述内室(6)中的上升管(20)连接。
6.如权利要求1至3中任一项所述的取样器皿(2)，其中，存在至少一个伸入到所述内室(6)中的导热管(68)，用于将热量从该环境输送到所述内室(6)中。
7.一种取样系统(200)，具有根据前述权利要求中任一项所述的取样器皿(2)，在该取样器皿的内室(6)上连接着与真空泵(150、192)连接的取样管路(18)和与压缩气体源(158)连接的输送介质管路(22)，且在该取样器皿的封闭装置(72)上连接着与压缩气体源(158)连接的操纵介质管路(114)。
8.如权利要求7所述的取样系统(200)，其中，所述操纵介质管路(114)从所述输送介质管路(22)分叉出来，从而所述输送介质同时用作用于所述封闭装置(72)的操纵介质。
9.如权利要求7或8所述的取样系统(200)，其中，所述输送介质是氮气。
10.如权利要求7或8所述的取样系统(200)，其中，在所述取样管路(18)中接入过临界地被冲流的节流圈(58)，用于使得流经所述取样管路(18)的体积流保持恒定。
11.如权利要求7或8所述的取样系统(200)，其中，所述真空泵是喷射泵(192)。
12.一种核电厂，具有安全外罩(120)且具有根据权利要求7至11中任一项所述的取样系统(200)，其中，至少一个取样器皿(2)设置在所述安全外罩(120)的内部，其中，相关的处理和分析模块(126)设置在所述安全外罩(120)的外部。
13.一种用于操作根据权利要求7至11中任一项所述的取样系统(200)的方法，其中，在外室(10)和内室(6)之间的穿通口(16)打开时，通过在所述取样管路(18)上施加欠压来抽吸气体样品。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述气体样品在从所述外室(10)转移到所述内室(6)中时被引导经过清洗液(154)。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述清洗液(154)在取样之前经由所述取样管路(18)而引导到所述取样器皿(2)中。
16.如权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，为了取得气溶胶样品，首先在取样器皿(2)中将气体样品引导经过清洗液(154)，然后从所述清洗液(154)中取得液体样品。
17.如权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，为了关闭所述封闭装置(72)，对所述操纵介质管路(114)施加压力。
18.一种用于操作根据权利要求7至11中任一项所述的取样系统(200)的方法，其中，在外室(10)和内室(6)之间的穿通口(16)关闭时，通过在所述输送介质管路(22)上施加过压来对经过所述取样管路的液体样品施压。
19.如权利要求18所述的方法，其中，为了取得气溶胶样品，首先在取样器皿(2)中将气体样品引导经过清洗液(154)，然后从所述清洗液(154)中取得液体样品。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，为了关闭所述封闭装置(72)，对所述操纵介质管路(114)施加压力。
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