DE102022129285A1

DE102022129285A1 - Anordnung mit einem Strahlenschutzbehälter und einer Kühleinrichtung

Info

Publication number: DE102022129285A1
Application number: DE102022129285.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Harter; Roland Bonath
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2022-11-07
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2024-05-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Strahlenschutzbehälter (1) mit einem Gehäuse (2), und einer innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Aufnahme für eine radioaktive Quelle (3), und mit einem Austrittsfenster (5) für radioaktive Strahlung (4) im Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kühleinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse (2) durch ein Kühlmedium (9) kühlbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Strahlenschutzbehälter und einer Kühlvorrichtung zur Kühlung des Strahlenschutzbehälters mittels eines Kühlmediums.
Die Strahlenschutzbehälter der vorliegenden Anmeldung werden üblicherweise verwendet, um radioaktive Quellen sowohl in Zeiträumen, in denen sie für eine bestimmte Anwendung verwendet werden als auch in dazwischenliegenden Zeiträumen sicher zu verwahren. Sicher bedeutet dabei insbesondere, dass der Austritt radioaktiver Strahlung dann, wenn die Quelle nicht verwendet wird, in jeder Raumrichtung auf ein vertretbares Maß reduziert ist und dann, wenn die Quelle verwendet wird, in einer streng definierten Abstrahlgeometrie erfolgt und in allen anderen, nicht dieser Abstrahlgeometrie entsprechenden Richtungen auf ein vertretbares Maß reduziert ist. Dementsprechend weisen derartige Strahlenschutzbehälter regelmäßig eine Aufnahme für die üblicherweise verkapselte radioaktive Quelle und ein Austrittsfenster für die radioaktive Strahlung der radioaktiven Quelle aus. Das Austrittsfenster weist dabei eine Blende auf, die in Zeiträumen, in denen die radioaktive Quelle nicht verwendet wird, das Austrittsfenster verschließt, und in den Zeiträumen, in denen die radioaktive Quelle verwendet wird, das Austrittsfenster öffnet. Dabei kann durch die Blende auch die Abstrahlgeometrie der radioaktiven Strahlung definiert werden.
Ein Beispiel für die Anwendung des vorliegenden Strahlenschutzbehälters sind radiometrische Füllstandmessgeräte, mit mindestens einer in einem Strahlenschutzbehälter angeordneten, radioaktiven Quelle die Strahlung in beispielsweise einen Behälter emittiert, um dessen Füllstand, Grenzstand, Dichte und/oder Massenstrom von Materie zu überwachen. Dazu wird ein auf der gegenüberliegenden Seite des Behältnisses gelegener Detektor verwendet, der direkt oder indirekt die durch den Behälter gelangte Strahlung der radioaktiven Quelle oder die Wechselwirkungsprodukte der Strahlung der radioaktiven Quelle mit im Behälter vorhandener Materie detektiert. Eine solche Messanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2014 101 373 A1 bekannt.
Solche Strahlenschutzbehälter sind in der Regel zu großen Teilen aus Blei gefertigt, so dass eine hohe Abschirmwirkung für die Strahlung der radioaktiven Quelle erreicht wird. Wolfram eignet sich ebenfalls gut zur Abschirmung von radioaktiver Strahlung, ist aber sehr viel teurer als Blei und lässt sich wesentlich schwerer verarbeiten.
Kommt der Strahlenschutzbehälter in einer sehr heißen Umgebung, wie zum Beispiel bei einer Glasspiegelmessung unter hoher Wärmeeinstrahlung zum Einsatz, oder bricht ein Feuer in der Nähe des Strahlenschutzbehälters aus, kann es sein, dass das abschirmende Blei des Strahlenschutzbehälters aufgrund seiner niedrigen Schmelztemperatur von 327,5 °C weich wird und seine Form verliert, oder sogar schmilzt und daraufhin unkontrolliert radioaktive Strahlung aus dem Strahlenschutzbehälter austritt.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung einen Strahlenschutzbehälter bereit zu stellen, der auch bei erhöhter Temperatur sicher verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert wer-den können (auch über Kategoriegrenzen, beispielsweise zwischen Verfahren und Vorrichtung, hinweg) und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des er-findungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Strahlenschutzbehälter mit einem Gehäuse, und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Aufnahme für eine radioaktive Quelle, und mit einem Austrittsfenster für radioaktive Strahlung im Gehäuse. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anordnung eine Kühleinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters durch ein die Kühleinrichtung durchströmendes Kühlmedium kühlbar ist.
Die radioaktive Quelle ist innerhalb des Gehäuses des Strahlenschutzbehälters mithilfe der Aufnahme positioniert. Das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters ist in der Lage die Strahlungsintensität der radioaktiven Strahlung erheblich abzuschwächen bzw. vorzugsweise gänzlich abzuschirmen. Erheblich abzuschwächen bedeutet, dass der Austritt radioaktiver Strahlung dann, wenn die Quelle nicht verwendet wird, in jeder Raumrichtung auf ein vertretbares Maß reduziert ist und dann, wenn die Quelle verwendet wird, in einer streng definierten Abstrahlgeometrie erfolgt und in allen anderen, nicht dieser Abstrahlgeometrie entsprechenden Richtungen auf ein vertretbares Maß reduziert ist. Dazu ist das Gehäuse aus gut abschirmenden Materialien wie beispielsweise Blei hergestellt, die einen Teil der radioaktiven Strahlung absorbieren.
Ein Teil der radioaktiven Strahlung soll jedoch zeitweise aus dem Gehäuse austreten und genutzt werden können. Damit die radioaktive Strahlung zur Nutzung gezielt aus dem ansonsten abschirmenden Gehäuse des Strahlenschutzbehälters austreten kann, ist ein Austrittsfenster in dem Gehäuse vorgesehen. Dieses Austrittsfenster lässt die radioaktive Strahlung passieren, und ist derart gestaltet, dass die radioaktive Strahlung in einem definierten räumlichen Abstrahlprofil aus dem Gehäuse austritt.
Zusätzlich zu dem Austrittsfenster kann eine Blende zum Verschließen des Austrittsfensters und/oder zur Definition des räumlichen Abstrahlprofils der radioaktiven Strahlung vorgesehen sein. Das Material der Blende schirmt ähnlich wie das Gehäuse die radioaktive Strahlung ab und kann zum Freigeben und Verschließen des Austrittsfensters genutzt werden, so dass im verschlossenen Zustand die radioaktive Strahlung das Austrittsfenster nicht passieren kann bzw. entsprechend abgeschwächt wird. Im freigegebenen Zustand kann die radioaktive Strahlung des Austrittsfenster ungehindert passieren. Durch die Formgebung der Blende kann zusätzlich das räumliche Abstrahlprofil der radioaktiven Strahlung angepasst werden.
Die Aufnahme der radioaktiven Quelle kann derart drehbar oder schwenkbar ausgeführt sein, dass die von der radioaktiven Quelle ausgehende Strahlung zum einen in Richtung des Austrittsfensters und zum anderen in Richtung des abschirmenden Gehäuses gerichtet werden kann. Ist die radioaktive Strahlung in Richtung des Austrittsfensters gerichtet, kann sie durch das Austrittsfenster aus dem Gehäuse austreten, ist die radioaktive Strahlung in Richtung des abschirmenden Gehäuses gerichtet, so tritt keine radioaktive Strahlung aus dem Gehäuse bzw. dem Strahlenschutzbehälter aus.
Die zur Abschirmung der radioaktiven Strahlung verwendeten Materialien für das Gehäuse haben häufig im Vergleich zu Eisen oder Stahl relativ niedrige Schmelzpunkte. So hat beispielsweise das gut zur Abschirmung geeignete Material Blei einen Schmelzpunkt von 327,5 °C, so dass die Formstabilität schon bei Temperaturen von 100 °C bis 200 °C erheblich abnimmt und das Blei an seinem Schmelzpunkt gänzlich seine Form verliert und zerfließt. Verliert das Material des Gehäuses zum Beispiel im Brandfall oder in Umgebungen mit erhöhten Umgebungstemperaturen jedoch seine Form und/oder zerfließt, kann die radioaktive Strahlung nicht mehr sicher und kontrolliert durch das Gehäuse abgeschirmt werden und ein sicherer Betrieb des Strahlenschutzbehälters ist nicht mehr möglich. Daher umfasst der Strahlenschutzbehälter eine Kühleinrichtung, um das Gehäuse zu kühlen und die Temperatur des Gehäuses in einem für das verwendete Material geeigneten Temperaturfenster zu halten. Beispielsweise kann die Temperatur des Gehäuses durch die Kühleinrichtung unterhalb von 200 °C, vorzugsweise unterhalb von 180 °C, weiter bevorzugt 150 °C, 100 °C oder 50 °C gehalten werden.
Zur Kühlung des Gehäuses wird in der Kühleinrichtung ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium eingesetzt. Das Kühlmedium kann permanent mit dem Gehäuse in Kontakt stehen oder durch die Kühleinrichtung erst bei Bedarf wie zum Beispiel im Falle eines Brandes oder dem Vorliegen einer zu hohen Wärmeeinstrahlung auf das Gehäuse mit dem Gehäuse in Kontakt gebracht werden. Ob das Gehäuse einer Kühlung bedarf, kann anhand einer Grenztemperatur am Gehäuse festgestellt werden, ab der die Kühleinrichtung beginnt das Gehäuse zu kühlen.
Die Grenztemperatur hängt dabei von dem verwendeten Material ab und ist deutlich beabstandet zur Schmelztemperatur des Materials zu wählen. Im Falle von Blei sollte diese deutlich vom Schmelzpunkt beabstandete Grenztemperatur bei 200 °C, vorzugsweise 180 °C, weiter bevorzugt 150 °C, 100 °C oder 50 °C gewählt werden.
Damit das Kühlmedium das Gehäuse kühlen kann, muss das Kühlmedium eine geringere Temperatur als das Gehäuse aufweisen. Dazu kann die Kühleinrichtung beispielsweise auf ein Kühlmedium zurückgreifen, welches bereits in einer entsprechenden Temperatur vorliegt. Zum Beispiel liegt Leitungswasser bzw. Trinkwasser in der Regel mit einer Temperatur von 10 bis 20 °C vor, und eignet sich damit ideal zur Kühlung des Gehäuses. Die Kühleinrichtung kann aber auch eine aktive Kühlung umfassen, welche bereits verwendetes Kühlmedium wieder entsprechend herunter temperiert und erneut dem Gehäuse zur Kühlung zuführt. In einem solchen Aufbau wird das Kühlmedium in einem Kreislauf zirkuliert und die Wärmeenergie, die das Kühlmedium im Kontakt mit dem Gehäuse aufnimmt über die aktive Kühlung an die Umgebung abgegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können sowohl in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.
Die Anordnung umfasst einen Strahlenschutzbehälter mit einem Gehäuse und eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Gehäuses mithilfe eines Kühlmediums. Die Kühleinrichtung kann in das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters integriert oder extern zu diesem ausgebildet sein. Eine externe Ausgestaltung umfasst dabei sowohl Ausgestaltungen mit einer Hülle, die das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters im Wesentlichen umschließt, als auch eine Rückhaltestruktur zum Beispiel ein Behältnis, in welchem der Strahlenschutzbehälter angeordnet ist. Bei einer integrierten Kühleinrichtung kann die Kühleinrichtung oder ein Teil der Kühleinrichtung durch beispielsweise ein doppelwandiges Gehäuse des Strahlenschutzbehälters ausgeführt sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist die Kühleinrichtung derart eingerichtet, dass das Kühlmedium das Gehäuse im Wesentlichen umspült. Eine Umspülung des Gehäuses mit Kühlmedium hat zur Folge, dass im Wesentlichen das gesamte Gehäuse von dem Kühlmedium sehr gut erfasst und gekühlt wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass einzelne Bereiche des Gehäuses nicht oder nur von sehr wenig Kühlmedium erfasst werden und das Gehäuse möglicherweise doch einzelnen Bereichen überhitzt.
Ein Gehäuse das im Wesentlichen von Kühlmedium umspült wird meint im Sinne der Anmeldung, dass ein Großteil des Gehäuses mit dem Kühlmedium in Kontakt kommt, während jedoch gewisse Bereiche, wie zum Beispiel das Austrittsfenster, Anschlag- oder Befestigungspunkte und der gleichen nicht zwingend mit dem Kühlmedium in Kontakt kommen müssen, insbesondere Bereiche des Gehäuses die aus Materialien hergestellt sind, die höheren Temperaturen stand halten können und daher nicht zwingend einer Kühlung bedürfen, um ihre Formstabilität zu behalten.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist die Kühleinrichtung in einem Bereich des Austrittsfensters derart ausgespart, dass die radioaktive Strahlung unbeeinträchtigt von der Kühleinrichtung und/oder dem Kühlmedium aus dem Austrittsfenster austreten kann. Jegliches Material, welches sich im Strahlengang der radioaktiven Strahlung befindet, kann die Strahlung bzw. die Strahlungsintensität beeinflussen. Da die aus dem Strahlenschutzbehälter austretende Strahlungsintensität der radioaktiven Strahlung aber zur ordnungsgemäßen Verwendung des Strahlenschutzbehälters zum Beispiel in einer Messanordnung bekannt sein muss, darf die Strahlungsintensität nicht durch die Kühleinrichtung bzw. das Kühlmedium verändert bzw. verfälscht werden. Aus diesem Grund ist im Bereich des Austrittsfensters die Kühleinrichtung ausgespart und ragt nicht in den Strahlengang der radioaktiven Strahlung hinein.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist das Gehäuse im Wesentlichen doppelwandig ausgeführt, und die Kühleinrichtung dazu eingerichtet, das doppelwandige Gehäuse mit dem Kühlmedium zu durchströmen.
Dass das Gehäuse im Wesentlichen doppelwandig ausgeführt ist, meint im Sinne der Anmeldung, dass große Teile des Gehäuses doppelwandig ausgeführt sind, während beispielsweise die Bereiche vom Austrittsfenster, von Anschlagpunkten, von Befestigungspunkten und der gleichen nicht doppelwandig ausgeführt sein müssen.
Das doppelwandige Gehäuse wird mit Kühlmedium durchströmt. Durch die doppelwandige Ausführung des Gehäuses umfasst das Gehäuse eine äußere Wandung und eine innere Wandung. Zwischen diesen beiden Wandungen des Gehäuses strömt das Kühlmedium und durchströmt auf diese Weise das Gehäuse.
Es kann auch von Vorteil sein, wenn das Gehäuse nur eine Wandung aufweist, und die Wandung mit Kühlkanälen durchzogen ist. Auf diese Weise kann das Kühlmedium ebenfalls das Gehäuse durchströmen und sehr gut kühlen.
Das Kühlmedium muss nicht zwingend permanent das Gehäuse durchströmen. Es kann beispielsweise erst durch die Kühleinrichtung eingebracht, umgewälzt oder ausgetauscht werden, wenn das Gehäuse aufgrund einer zu hohen Temperatur einer Kühlung bedarf.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung umfasst die Kühleinrichtung eine Hülle, die das Gehäuse im Wesentlichen umschließt. Dabei ist die Kühleinrichtung mit der Hülle derart eingerichtet, dass das Kühlmedium zwischen der Hülle und dem Gehäuse strömt. Diese Ausführungsform kann sich im Vergleich zur doppelwandigen Ausführung des Gehäuses zum Beispiel dadurch unterscheiden, dass die Hülle aus einem anderen Material als das Gehäuse gefertigt sein kann und/oder nicht der äußeren Kontur des Gehäuses folgt. Auf diese Weise kann eine doppelwandige Struktur geschaffen werden, welche aus der Hülle als äußere Wandung und aus dem Gehäuse selbst als innere Wandung gebildet wird. Zwischen diesen beiden Wandungen strömt das Kühlmedium zur Kühlung des Gehäuses.
Eine Kühleinrichtung mit Hülle hat den Vorteil, dass in Bereichen des Gehäuses, die einer größeren Hitzeeinwirkung ausgesetzt sind, der Abstand zwischen Hülle und Gehäuse vergrößert sein kann, so dass mehr Kühlmedium in diesen Bereichen vorhanden ist und stärker gekühlt werden kann.
Das Material der Hülle kann hitzebeständiger sein als das Material des Gehäuses, so dass dadurch der Strahlenschutzbehälter auch passiv und unabhängig von der Kühlfunktion der Kühleinrichtung über das Kühlmedium widerstandsfähiger gegenüber erhöhten Temperaturen ist.
Dass die Hülle das Gehäuse im Wesentlichen umschließt, bedeutet im Sinne der Anmeldung, dass die Hülle den Großteil des Gehäuses umschließt, während zum Beispiel das Austrittsfenster, Anschlageinrichtungen oder Befestigungsbereiche von der Hülle ausgespart sein können.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist die Hülle im Wesentlichen in einem Abstand von maximal 2 cm zu dem Gehäuse angeordnet. Durch die Anordnung der Hülle in einem maximalen Abstand von 2 cm zum Gehäuse wird gewährleistet, dass das Kühlmedium eine Mindestströmungsgeschwindigkeit aufweist, während das Kühlmedium von der Kühleinrichtung zwischen Hülle und Gehäuse durchströmt wird, so dass das Gehäuse effektiv gekühlt werden kann und das Kühlmedium keine zu hohe Temperatur wie zum Beispiel über 100°C im Falle von Wasser als Kühlmedium annimmt. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform wird eine Rücklauftemperatur des Kühlmediums überwacht und bei Überschreiten der Grenztemperatur oder in einem vorgebbaren Abstand zur Grenztemperatur, eine Gegenmaßnahme ergriffen. Beispielsweise kann die Vorlauftemperatur gesenkt und/oder der Durchfluss erhöht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung umfasst die Kühleinrichtung eine Sprinklereinrichtung für das Kühlmedium, wobei die Sprinklereinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse mit Kühlmedium im Wesentlichen umspült wird. Die Sprinklereinrichtung ist dabei so zum Strahlenschutzbehälter positioniert, dass das Kühlmedium möglichst das gesamte Gehäuse erreichen kann. Das bedeutet, dass das Kühlmedium entweder direkt aus der Sprinklereinrichtung auf das Gehäuse aufgebracht wird oder direkt aus der Sprinklereinrichtung nur auf manche Bereiche des Gehäuses aufgebracht wird und die anderen Bereiche indirekt mit Kühlmedium versorgt werden, indem das Kühlmedium sich auf dem Gehäuse zum Beispiel durch die Schwerkraft verteilt.
Zur gleichmäßigen Verteilung des Kühlmediums auf dem Gehäuse verfügt die Sprinklereinrichtung über einen oder mehrere Sprinkler. Die Sprinkler können nach Art einer Brause oder eines Duschkopfes ausgeführt sein und viele dünne Kühlmedium-Strahlen erzeugen, welche auf das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters gerichtet sind.
Die Sprinklereinrichtung wird erst im Bedarfsfall bei Überschreiten einer Grenztemperatur des Gehäuses oder der Umgebung aktiviert und verteilt nur nach erfolgter Aktivierung das Kühlmedium auf dem Gehäuse des Strahlenschutzbehälters. Sofern die Grenztemperatur wieder unterschritten wird, kann die Sprinklereinrichtung wieder deaktiviert werden, so dass kein weiteres Kühlmedium auf dem Gehäuse verteilt wird.
Zur Erfassung der Grenztemperatur und zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Sprinklereinrichtung kann eine elektrische Steuerung verwendet werden oder ein mechanischer Auslösemechanismus.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung weist die Kühleinrichtung eine Rückhaltestruktur auf, die derart eingerichtet ist, dass das Kühlmedium in Kontakt mit dem Gehäuse bringbar ist. Anders ausgedrückt soll das Kühlmedium mithilfe der Rückhaltevorrichtung mit einer Oberfläche bzw. einer Außenfläche des Gehäuses in Kontakt kommen und in Kontakt bleiben.
Der Strahlenschutzbehälter ist innerhalb der Rückhaltevorrichtung angeordnet. Zur Kühlung des Gehäuses des Strahlenschutzbehälters wird die Rückhaltevorrichtung, insbesondere im Bedarfsfall, durch die Kühleinrichtung mit Kühlmedium befüllt. Dadurch wird das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters vom Kühlmedium umspült und ist je nach Kühlmittelstand in der Rückhaltevorrichtung vollständig in das Kühlmedium eingetaucht.
Die Rückhaltevorrichtung bietet sich insbesondere zum Rückhalten des Kühlmediums aus einer Sprinklereinrichtung an, um so eine noch bessere Kühlung des Gehäuses mithilfe des durch die Rückhaltestruktur länger auf dem Gehäuse verweilende Kühlmedium zu realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung ist die Rückhaltestruktur als ein mit dem Kühlmedium befüllbares Behältnis ausgeführt, und der Strahlenschutzbehälter in dem Behältnis angeordnet. Das Behältnis kann zu einer Seite oder nach oben hin offen sein, so dass beispielsweise das Kühlmedium aus einer Sprinklereinrichtung und/oder mithilfe der Schwerkraft auf das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters aufgebracht werden kann und anschließend von dem Behältnis aufgefangen wird.
Unabhängig von der Art der Befüllung des Behältnisses soll durch das Behältnis erreicht werden, dass der Strahlenschutzbehälter bzw. das Gehäuse in das Kühlmedium eingetaucht ist, um so eine möglichst gute Kühlung zu erreichen.
Der Strahlenschutzbehälter ist mit einem Boden des Behältnisses verbunden. In dem Boden des Behältnisses ist eine Aussparung korrespondierend zu dem Austrittsfensters des Strahlenschutzbehälters eingebracht, so dass das Austrittsfenster fluchtend mit der Aussparung im Boden des Behältnisses angeordnet werden kann. Auf diese Weise können die radioaktiven Strahlen durch das Austrittsfenster und durch die Aussparung im Boden des Behältnisses, wenn gewünscht, ungehindert austreten. Damit das Kühlmedium im Behältnis verbleibt und die radioaktiven Strahlen nicht durch das Kühlmedium beeinträchtigt werden, ist der Strahlenschutzbehälter zum Boden des Behältnisses um das Austrittsfenster herum abgedichtet, so dass kein Kühlmedium durch die Aussparung aus dem Behältnis gelangen kann.
Das Behältnis wird nur im Bedarfsfall mit Kühlmedium gefüllt, wenn beispielsweise eine Grenztemperatur auf dem Gehäuse oder in der Umgebung überschritten wird. Im Normalbetrieb ist das Behältnis nicht mit Kühlmedium gefüllt, der Strahlenschutzbehälter also nicht mit Kühlmedium umspült bzw. nicht darin eingetaucht.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung weist die Kühleinrichtung ein Temperaturerfassungselement zur Erfassung einer Temperatur der Umgebung des Gehäuses auf. Dabei wird nicht die Temperatur des Gehäuses selbst erfasst, sondern die Temperatur der Umgebung des Gehäuses, die indirekt auf das Gehäuse einwirkt. So kann beispielsweise frühzeitig erkannt werden, dass die Temperatur der Umgebung des Gehäuses zu hoch ist, schon bevor das Gehäuse selbst eine zu hohe Temperatur erreicht hat.
Das Temperaturerfassungselement kann dabei ein Auslöseelement, wie es typischerweise bei Sprinklereinrichtungen für Gebäude eingesetzt wird, nach Art einer Glasampulle sein. Eine solche Glasampulle versperrt zunächst ein Ventil der Kühleinrichtung, welches den Kühlmittelfluss freigeben kann. Bei Überschreiten einer Grenztemperatur platzt dann die Glasampulle und öffnet so das Ventil, so dass das Kühlmedium austreten kann. So kann zuverlässig und kostengünstig das Kühlmittel im Bedarfsfall bei Überschreiten einer Grenztemperatur freigegeben werden.
Die Ausführungsform mittels Glasampulle hat den Nachteil, dass nach einer einmaligen Überschreitung der Grenztemperatur und der Freigabe des Kühlmediums von der Kühleinrichtung nicht mehr erfasst werden kann, ob die Grenztemperatur nach einer gewissen Zeit der Kühlung wieder unterschritten ist, und eine weitere Kühlung nicht mehr notwendig ist. Daher kann das Temperaturerfassungselement auch ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Umgebung des Gehäuses sein. Eine Freigabe des Kühlmediums kann in diesem Falle mechanisch oder elektrisch in Abhängigkeit des Messwertes des Temperatursensors erfolgen. Ist die Grenztemperatur wieder unterschritten, kann die Freigabe des Kühlmediums wieder aufgehoben und der Kühlmittelfluss gestoppt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung weist die Kühleinrichtung ein Temperaturerfassungselement in Form eines Temperatursensors zur Erfassung einer Temperatur des Gehäuses auf. Es kann sinnvoll sein, dass die tatsächliche Temperatur des Gehäuses durch einen Temperatursensor erfasst wird, und in Abhängigkeit dieser erfassten Temperatur die Kühlung des Gehäuses über die Kühleinrichtung veranlasst wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung umfasst das Kühlmedium im Wesentlichen Wasser. Mit Wasser ist vorliegend Trinkwasser oder Leitungswasser gemeint. Wasser bietet sich an, da es fast überall leicht und zuverlässig verfügbar ist.
Insbesondere bei einem geschlossenen Kühlmedium-Kreislauf bietet es sich an, dem Kühlmedium Zusätze wie beispielsweise Korrosionsschutz-Zusätze, Frostschutzmittel oder Schmierstoffe beizumischen, so dass sich eine wässrige Lösung mit Wasser als Hauptbestandteil und den jeweiligen Zusätzen als Kühlmedium ergibt. Vorzugsweise besteht daher das Kühlmedium aus einer wässrigen Lösung. Denkbar sind auch Öl oder Wasser-Öl Emulsionen. Ein solches Kühlmedium mit mehreren Bestandteilen kann auch in einem offenen Kühlmedium-System von Vorteil sein, da beispielsweise die Wärmekapazität und/oder der Siedepunkt des Kühlmediums durch die Zusätze erhöht werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung besteht das Gehäuse zu einem wesentlichen Teil aus Blei. Vorzugsweise besteht das Gehäuse zu 90% aus Blei. Blei eignet sich durch seine hohe Dichte hervorragend zur Abschirmung von radioaktiver Strahlung. Da es bei Raumtemperatur eine ausreichende Stabilität bietet, ist es ebenso als Material für das Gehäuse des Strahlenschutzbehälters geeignet. Beispielsweise kann das Gehäuse eine Stahlwandung umfassen, welche durch eine Auskleidung oder durch Ausgießen mit Blei annähernd undurchlässig für radioaktive Strahlung gemacht wird bzw. die austretende Strahlung auf ein zulässiges Maß reduziert.
Erfindungsgemäß weist eine Messanordnung einen Strahlenschutzbehälter und eine Erfassungseinheit auf, wobei der Strahlenschutzbehälter ein Gehäuse umfasst, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Aufnahme für eine radioaktive Quelle, und ein Austrittsfenster für radioaktive Strahlung im Gehäuse, und wobei die Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung einen Szintillator zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtblitze, und ein photosensitives Element zur Erzeugung eines elektrischen Signals auf Basis der Lichtblitze, und eine Messelektronik zur Verarbeitung des elektrischen Signals umfasst. Die Messanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anordnung eine Kühleinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse durch ein Kühlmedium gekühlt wird. Der Strahlenschutzbehälter ist vorzugsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet.
Das zugrundeliegende Messprinzip der Messanordnung nutzt die dichteabhängige Absorption von Gammaquanten in verschiedenen Medien aus. Hierzu werden von einer oder mehreren radioaktiven Quellen in Strahlenschutzbehältern Gammaquanten durch das zu messende Füllgut in Richtung einer Erfassungseinheit zur Detektion der dort ankommenden Strahlungsstärke ausgesendet. Abhängig von einer Menge und der Dichte des zwischen der radioaktiven Quelle und Erfassungseinheit befindlichen Füllgutes werden mehr oder weniger Gammaquanten durch das Füllgut absorbiert, so dass die Strahlungsstärke am Ort der Erfassungseinheit ein Maß für die Menge und/ oder die Dichte des Füllgutes darstellt. Eine Detektion der Strahlungsstärke erfolgt dabei üblicherweise mit Hilfe eines sogenannten Szintillationszählers in der Erfassungseinheit, der im Wesentlichen aus einem Szintillator zur Umwandlung der Gammastrahlung in Lichtimpulse und einem nachgeschalteten Photomultiplier zur Generierung elektrischer Impulse aus den Lichtimpulsen besteht. Die elektrischen Impulse werden in einer nachgeschalteten Messelektronik weiterverarbeitet bzw. verstärkt und gezählt. Die Zahl der ermittelten Pulse ist repräsentativ für die Strahlungsstärke und damit auch für die Menge und/ oder die Dichte des Füllgutes. Je weniger Pulse ermittelt werden, umso höher ist die Dichte des Füllgutes oder umso mehr Füllgut befindet sich im Strahlengang der Messanordnung. Ist eine Menge des Füllguts bekannt, kann die Dichte ermittelt werden. Ist die Dichte des Füllguts bekannt, kann die Menge des Füllguts, beispielsweise ein Füllstand des Behältnisses ermittelt werden.
Die Messanordnung kann auch zur Ermittlung eines Dichteprofils eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes dienen und weist vorzugsweise wenigstens zwei radioaktive Quellen in jeweils eigenen Strahlenschutzbehältern und eine Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung mit einem Szintillator zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtblitze auf. Zur Umwandlung der Lichtblitze in ein elektrisches Signal kommt ein photosensitives Element zur Erzeugung eines elektrischen Signals auf Basis der Lichtblitze und eine Messelektronik zur Verarbeitung des elektrischen Signals zum Einsatz, wobei der Szintillator langgestreckt ausgebildet sein kann, und bevorzugt in Richtung einer zu erwartenden Dichteänderung des Füllgutes angeordnet ist. Dem Szintillator können dabei auch mehrere, insbesondere wenigstens zwei, ebenfalls bevorzugt in Richtung der zu erwartenden Dichteänderung versetzt zueinander angeordnete radioaktive Quellen in jeweils einem Strahlenschutzbehälter zugeordnet sein.
In üblichen Messszenarien, bei denen bspw. das Dichteprofil des in einem Tank befindlichen Füllgutes ermittelt wird, wird die Richtung der zu erwartenden Dichteänderung in der Regel die Vertikalrichtung sein. Es sind aber auch andere Anwendungen denkbar, bei denen eine Dichteänderung bspw. aufgrund einer Verarbeitung in Horizontalrichtung oder einer beliebigen anderen Richtung erfolgt.
Zur Ermittlung eines je nach Bedarf entsprechend feingliedrigen Dichteprofils können dem Szintillator beispielsweise zwischen 2 und 10 radioaktive Quellen in jeweils eigenen Strahlenschutzbehältern zugeordnet sein. Eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Untergliederung kann erreicht werden, wenn dem Szintillator zwischen 4 und 6 radioaktive Quellen in jeweils eigenen Strahlenschutzbehältern zugeordnet sind. Wie bereits beschrieben sind die radioaktiven Quellen in jeweils eigenen Strahlenschutzbehältern bevorzugt entlang der Richtung der zu erwartenden Dichteänderung, insbesondere vertikal verteilt angeordnet, bspw. entsprechend der Füllhöhen, in denen eine Dichteinformation benötigt wird.
Eine für viele Anwendungszwecke anpassbare und vielseitig einsetzbare Anordnung wird erreicht, wenn der Szintillator die Form eines langgestreckten flexiblen Zylinders aufweist. Auf diese Weise kann der Szintillator an verschiedenen Behälterformen angepasst und platzsparend angeordnet werden. Eine für die Messung günstige Anordnung kann erreicht werden, wenn die radioaktiven Quellen in den Strahlenschutzbehältern in einer Ebene mit dem Szintillator angeordnet sind. Bei den derzeit verfügbaren Szintillatormaterialien sind Szintillatorlängen bis zu 10 m möglich.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines Strahlenschutzbehälters mit doppelwandigem Gehäuse,
2 eine zweite Ausführungsform eines Strahlenschutzbehälters mit einer Sprinklereinrichtung,
3 eine dritte Ausführungsform eines Strahlen-schutzbehälters mit einer Rückhaltestruktur in Form eines Behältnisses.

In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Strahlenschutzbehälters 1 mit doppelwandigem Gehäuse 2. In dem Gehäuse 2 ist eine nicht näher dargestellte Aufnahme mit einer radioaktiven Quelle 3 angeordnet. Die radioaktive Quelle 3 emittiert radioaktive Strahlung 4, die von dem Gehäuse 2 im Wesentlichen abgeschirmt wird und nur aus dem Gehäuse 2 durch ein Austrittsfenster 5 nach außen gelangen kann. Die Abschirmung der radioaktiven Strahlung 4 durch das Gehäuse 2 wird vornehmlich dadurch erzielt, dass große Teile des Gehäuses 2 aus Blei gefertigt sind, durch die die radioaktive Strahlung 4 nicht oder nur sehr stark abgeschwächt hindurchtreten kann. Zur Handhabung des Strahlenschutzbehälters 1 sind mehrere Anschlagpunkte 6 vorgesehen mithilfe derer der Strahlenschutzbehälter 1 angehoben und bewegt werden kann.
Das Gehäuse 2 ist doppelwandig ausgeführt und weist eine äußere Wandung 7 und eine innere Wandung 8 auf, wobei die äußere Wandung 7 die innere Wandung 8 im Wesentlichen umschließt. Im Wesentlichen umschließ meint in diesem Zusammenhang, dass die äußere Wandung 7 in einem Bereich des Austrittsfensters 5 ausgespart ist.
Zwischen diesen beiden Wandungen 7 und 8 wird von einer Kühleinrichtung ein Kühlmedium 9 zur Kühlung des Gehäuses 2 geführt. Auf diese Weise wird das Gehäuse 2 bzw. dessen innere Wandung 8 durch das Kühlmedium 9 umspült und so gekühlt.
Zum Korrosionsschutz des Gehäuses 2 und der gesamten Kühleinrichtung besteht das Kühlmedium 9 aus einer wässrigen Lösung mit Korrosionsschutz-Bestandteilen wie beispielsweise Glykol.
Das Gehäuse 2 ist in einem Bereich des Austrittsfensters 5 nicht doppelwandig ausgeführt, so dass das Kühlmedium 9 nicht in den Strahlengang der radioaktiven Strahlung 4 gelangen kann und die radioaktive Strahlung 4, die durch das Austrittsfenster 5 gelangt, daher nicht beeinträchtigen kann.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Strahlen-schutzbehälters 1 mit einer Sprinklereinrichtung 10. Der Strahlenschutzbehälter 1 ist im Wesentlichen aufgebaut, wie der Strahlenschutzbehälter 1 aus der ersten Ausführungsform in 1. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass der Strahlenschutzbehälter 1 in der zweiten Ausführungsform nicht mit einem doppelwandigen Gehäuse 2 versehen ist.
Die Kühleinrichtung umfasst zur bedarfsweisen Kühlung des Strahlenschutzbehälters 1 eine Sprinklereinrichtung 10, die wiederum einen Sprinkler 11 und einen Temperatursensor als Temperaturerfassungselement 12 umfasst. Der Temperatursensor erfasst eine Oberflächentemperatur des Gehäuses 2 und aktiviert bei Überschreitung einer Grenztemperatur von beispielsweise 200 °C den Sprinkler 11. Bei Aktivierung des Sprinklers 11 wird Kühlmedium 9 in Form von Wasser über das Gehäuse 2 verteilt, so dass das Gehäuse 2 heruntergekühlt wird bzw. nicht weiter aufheizt. Der Sprinkler 11 ist dabei so positioniert, dass möglichst alle Bereiche des Gehäuses 2 mit Ausnahme des Austrittsfensters 5 von dem Kühlmedium 9 erfasst werden können.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Strahlen-schutzbehälters 1 mit einer Rückhaltestruktur 13 in Form eines Behältnisses. Der Strahlenschutzbehälter 1 ist wie in der zweiten Ausführungsform aus 2 ausgeführt. Der wesentliche Unterschied zur zweiten Ausführungsform ist, dass der Strahlenschutzbehälter 1 in der Rückhaltestruktur 13 positioniert ist.
Die Rückhaltestruktur 13 ist in Form eines zylindrischen und nach oben offenen Behälters ausgeführt. Auf diese Weise kann von oben Kühlmedium 9 in die Rückhaltestruktur 13 eingefüllt werden.
Der Strahlenschutzbehälter 1 ist so in der Rückhaltestruktur 13 angeordnet, dass die Rückhaltestruktur 13 durch eine Sprinklereinrichtung 10 mit im Vergleich zur zweiten Ausführungsform erhöhtem Kühlmedium-Durchsatz im Bedarfsfall zügig mit Kühlmedium 9 geflutet werden kann und der Strahlenschutzbehälter 1 im Wesentlichen vollständig durch das Kühlmedium 9 bedeckt werden kann. Ein solcher Bedarfsfall liegt vor, wenn die Temperatur des Gehäuses 2 eine Grenztemperatur von beispielsweis 200 °C übersteigt. Wird der kritische Wert überstiegen, wird der Sprinkler 11 aktiviert und die Rückhaltestruktur 13 möglichst schnell mit Kühlmedium 9 geflutet.
Die Rückhaltestruktur 13 ist im Bereich des Austrittsfensters 5 ausgespart und dichtend mit dem Gehäuse 2 des Strahlenschutzbehälters 1 verbunden, damit einerseits an dieser Stelle kein Kühlmedium 9 in den Strahlengang der radioaktiven Strahlung 4 gelangen kann, und andererseits kein Kühlmedium 9 verloren geht, damit die Rückhaltestruktur 13 möglichst schnell mit Kühlmedium 9 geflutet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Strahlenschutzbehälter
2: Gehäuse
3: Radioaktive Quelle
4: Radioaktive Strahlung
5: Austrittsfenster
6: Anschlagpunkt
7: Äußere Wandung
8: Innere Wandung
9: Kühlmedium
10: Sprinklereinrichtung
11: Sprinkler
12: Temperaturerfassungselement
13: Rückhaltestruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014101373 A1 [0003]

Claims

Anordnung mit einem Strahlenschutzbehälter (1) mit einem Gehäuse (2), und einer innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Aufnahme für eine radioaktive Quelle (3), und mit einem Austrittsfenster (5) für radioaktive Strahlung (4) im Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kühleinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse (2) durch ein Kühlmedium (9) kühlbar ist.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Kühlmedium (9) das Gehäuse (2) im Wesentlichen umspült.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung in einem Bereich des Austrittsfensters (5) derart ausgespart ist, dass die radioaktive Strahlung (4) unbeeinträchtigt von der Kühleinrichtung oder dem Kühlmedium (9) aus dem Austrittsfenster (5) austreten kann.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Wesentlichen doppelwandig ausgeführt ist, und die Kühleinrichtung dazu eingerichtet ist, das doppelwandige Gehäuse (2) mit dem Kühlmedium (9) zu durchströmen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Hülle umfasst, die das Gehäuse (2) im Wesentlichen umschließt, und die Kühleinrichtung mit der Hülle derart eingerichtet ist, dass das Kühlmedium (9) zwischen der Hülle und dem Gehäuse (2) strömt.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle im Wesentlichen in einem Abstand von maximal 2 cm zu dem Gehäuse (2) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Sprinklereinrichtung (10) für das Kühlmedium (9) umfasst, wobei die Sprinklereinrichtung (10) derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse (2) mit Kühlmedium (9) im Wesentlichen umspült wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Rückhaltestruktur (13) aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Kühlmedium (9) in Kontakt mit dem Gehäuse (2) bringbar ist.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltestruktur (13) als ein mit dem Kühlmedium (9) befüllbares Behältnis ausgeführt ist, und der Strahlenschutzbehälter (1) in dem Behältnis angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung ein Temperaturerfassungselement (12) zur Erfassung einer Temperatur einer Umgebung des Gehäuses (2) aufweist, und/oder dass die Kühleinrichtung ein Temperaturerfassungselement (12) zur Erfassung einer Temperatur des Gehäuses (2) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (9) im Wesentlichen Wasser umfasst, vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung besteht.
Messanordnung mit einem Strahlenschutzbehälter (1) und einer Erfassungseinheit, wobei der Strahlenschutzbehälter (1) ein Gehäuse (2) umfasst, eine innerhalb des Gehäuses (2) angeordnete Aufnahme für eine radioaktive Quelle (3), und ein Austrittsfenster (5) für radioaktive Strahlung (4) im Gehäuse (2), und wobei die Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung (4) einen Szintillator zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtblitze, und ein photosensitives Element zur Erzeugung eines elektrischen Signals auf Basis der Lichtblitze, und eine Messelektronik zur Verarbeitung des elektrischen Signals umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kühleinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Gehäuse (2) durch ein Kühlmedium (9) gekühlt wird, vorzugsweise, gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.