DE1081580B - Leckpruefungsgeraet zum Ermitteln von in einem Gasstrom befindlichen radioaktiven Teilchen, insbesondere zur Pruefung des Kuehlgases in Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leckprüfungsgerät zum Ermitteln von in einem Gasstrom befindlichen radioaktiven Teilchen, die unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes auf einer festen Oberfläche gesammelt und danach durch Prüfen der festen Oberfläche festgestellt werden können. Das erfindungsgemäße Gerät findet in erster Linie Anwendung beim Prüfen des Kühlgases in Kernreaktoren zum Ermitteln von Materialfehlern oder Leckaustrittsstellen in der Mantelung der Brennstoffelemente des Reaktors, die sich durch das Entweichen kurzlebiger gasförmiger Spaltprodukte bemerkbar machen. Diese gasförmigen Produkte zerfallen wiederum in feste Tochter- oder Folgesubstanzen, die auf einem negativen endlosen Aufnahmeorgan, über welches das Gas hinwegstreicht, unter der Wirkung des elektrischen Feldes gesammelt werden können. Ein derartiges Gerät wird im nachfolgenden als »Brennstoffelement-Leckprüfungsgerät« bezeichnet.

Es sind Brennstoffelement-Leckprüfungsgeräte bekannt, bei welchen Gasproben durch eine Kammer hindurchgeleitet werden, durch die ferner ein draht- oder bandförmiges Aufnahmeorgan hindurchgeführt wird, auf dem sich in der Niederschlagskammer unter der Wirkung eines elektrischen Feldes die zu ermittelnden radioaktiven Teilchen niederschlagen, wobei das in dieser Weise radioaktiv aufgeladene Aufnahmeorgan nach dem Verlassen der Niederschlagskammer mit einem Strahlungsdetektor abgetastet wird. Diese bekannten Geräte haben jedoch den Nachteil, daß weder ein endloses Aufnahmeorgan vorgesehen ist, noch sich das Gerät vollständig in einem unter hohem Druck stehenden druckdichten Behälter befindet. Ein derartiger Behälter und ein solches Aufnahmeorgan würden es aber ermöglichen, das Gas unter Druck zu prüfen. Eine derartige Prüfung hätte den Vorteil, daß ein besonderes Gebläse und eine besondere Druckabdichtung - beim gleitenden Ein- und Austreten des Aufnahmeorgans sich erübrigen würde. Die erforderliche lange ununterbrochene bzw. endlose Strecke des sich im Druckbehälter befindenden Aufnahmeorgans könnte dabei mit Hilfe von Mehrrollengruppen, die ebenfalls im druckdichten Behälter untergebracht sind, innerhalb eines kompakten Gasvolumens gehalten werden. Das Weiterbewegen des Aufnahmeorgans von der Niederschlagskammer nach dem Strahlungsdetektor konnte stufen- bzw. schrittweise erfolgen, und zwar derart mit Schrittabständen, daß dann, wenn der gewünschte Niederschlagsgrad erreicht ist, eine schnelle Weiterbewegung nach dem Strahlungsdetektor, um sich gegen den Verlust kurzlebiger Produkte zu schützen, erfolgt.

Die Probleme, die bei Betrieb eines Leckprüfungsgeräts, welches unter hohem Druck zu arbeiten ver-

Leckprüfungsgerät
zum Ermitteln von in einem Gasstrom

befindlichen radioaktiven Teilchen,

insbesondere zur Prüfung des Kühlgases

in Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority und Plessey Company Limited,

London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oianienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
. Großbritannien vom 3. Oktober 1956

Everett Long, Gordon Packman, London,
und John Raymond Gumer, Moulton, Northampton

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

mag, auftreten, sind Bekämpfung von Undichtheiten, weitmöglichstes Kleinhalten der Abmessungen der Druckgefäße, Vorsehen von Einrichtungen zur Fehlervorwarnung und Fehlerwarnung beim Versagen der Einzelbauteile in den unter hohem Druck befindlichen Behältern und Konstruktion eines mit einem Minimum an Instandhaltungsaufwand auskommenden Geräts.

Erfindungsgemäß wird daher ein Leckprüfungsgerät zum Ermitteln von in einem Gasstrom befindlichen radioaktiven Teilchen, insbesondere zur Prüfung des Kühlgases in Kernreaktoren mit einer Niederschlagskammer, einer Fördervorrichtung zum Hindurchschicken des zu prüfenden Gases durch die Niederschlagskammer und mit einem endlosen draht- oder bandförmigen Organ (Aufnahmeorgan), welches gegenüber der Niederschlagskammer negativ aufgeladen und mit dem unter der Wirkung des elektrischen Feldes von ihm aufgenommenen Niederschlag durch die Niederschlagskammer hindurch und an einem Strahlungsdetektor vorbeibewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagskammer, der Strahlungsdetektor und das Aufnahmeorgan innerhalb

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eines Druckbehälters angeordnet sind, daß das Aufnahmeorgan auf zwei mit Abstand voneinander angeordneten Mehrrollengruppen so untergebracht ist, daß es jeweils über wechselnde Rollen jeder Gruppe läuft, wobei eine ununterbrochene Strecke des Aufnahmeorgans von der einen zur anderen Rollengruppe durch die erwähnte Kammer hindurch und am Strahlungsdetektor vorbeibewegt wird, und daß das Aufnahmeorgan stufenweise in Richtung von der Niederschlagskammer nach dem Strahlungsdetektor fortgeschaltet wird, wodurch dasjenige Teilstück des Aufnahmeorgans, welches zwischen den Fortschaltschnitten in der Kammer beladen wird, beim Fortschalten nach dem Strahlungsdetektor bewegt wird.

Eine Weiterbildung des Leckprüfungsgeräts nach der Erfindung besteht darin, daß der Druckbehälter zum Eichen des Strahlungsdetektors in dessen Nähe Mittel zum Einfügen einer radioaktiven Quelle aufweist.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung wird zudem darin gesehen, daß eine Vorrichtung ein Spülgas um den Strahlungsdetektor herumleitet und daß eine andere Vorrichtung das Spülgas am Aufnahmeorgan entlang nach der Niederschlagskammer führt.

Das neue Leckprüfungsgerät kennzeichnet sich ferner in einer bevorzugten Ausgestaltungsform dadurch, daß die Niederschlagskammer ein Metallrohr ist, welches eine etwas größere Abmessung als das Aufnahmeorgan hat.

Außerdem kann das Leckprüfungsgerät nach der Erfindung noch dadurch vervollkommnet werden, daß eine Rollengruppe auf einem drehbar angebrachten Winkelstück aufgesetzt ist, welches sich dann bewegt, wenn die Spannung im Aufnahmeorgan nachläßt, und daß ein Schalter durch diese Bewegung des Winkelstücks betätigt wird.

Schließlich bestehen weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Vorrichtung zum Weiterbewegen des Aufnahmeorgans ein Motor ist, der über eine elastische Kupplung eine Rolle, über die das Aufnahmeorgan hinwegläuft, antreibt, daß eine das Druckgehäuse durchsetzende Antriebswelle mit zwei Stopfbuchsen beim Durchgang durch das Gehäuse abgedichtet ist, und daß eine Vorrichtung zum Anzeigen einer Einströmung von Gas in den Zwischenraum zwischen dem Stopfbuchsen vorgesehen ist.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine räumliche Darstellung des gesamten Geräts im Teilschnitt,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Niederschlagskammer,

Fig. 3 einen Aufriß einer Rollengruppe mit einem Teil der Drahtbruch-Alarmvorrichtung,

Fig. 4 eine Schnittansicht der Stopfbuchse des Drahtantriebsmotors,

Fig. 5 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils V der Fig. 1 mit abgehobener Endkappe, während

Fig. 6 eine Ansicht der Litzen- oder Aderbruch-Alarmvorrichtung wiedergibt.

Fig. 1 zeigt ein Druckgehäuse 10, bestehend aus einem Gußeisenzylinder von 1143 mm Länge und 5461 mm äußerem Durchmesser mit einer Mindestwandstärke von 58 mm, das mit halbkugelförmigen Stahlendkappen 11 versehen ist, die bei 12 angelenkt und mit Bolzen 13 befestigt sind, welche über Dichtungsringe 15 aufweisende Flansche 14 wirken; Hebeösen 16 sind vorgesehen. Das Gehäuse 10 ist mit Aussparungen versehen, um den Photoverstärkerröhrenaufbau 17 eines Szintillationszählers, ein Nutzgaseinlaßrohr 18, ein Nutzgasauslaßrohr (nicht gezeigt"), welches dem Nutzgaseinlaßrohr 18 entspricht und diesem genau gegenüberliegt, eine Motorantriebswelle 19, einen Hochspannunganschluß 20 (Fig. 2) nach einer Niederschlagskammer 21 sowie verschiedene kleinere elektrische Leitungen aufzunehmen. Ein Blindrohr 97 (Fig. 5), das eine radioaktive Quelle

ίο zum Eichen des Leuchtkörpers des Szintillationszählers enthält, ist diametral gegenüber dem Photoverstärkerröhrenaufbau, so daß es mit ihm zusammentrifft, in das Druckgehäuse 10 eingefügt. Das Rohr 97 ist von einem Nebendurchlaß 98 mit einem Einlaß 99 umgeben, der ein Reinigungsgas um den Photoverstärkerröhrenaufbau leitet, um zu verhindern, daß Nutzgas den Leuchtkörper erreicht. Dieses Reinigungsgas fließt an dem draht- oder bandförmigen Aufnahmeorgan 26 entlang in die Niederschlagskammer 21 hinein. Der Photoverstärkerröhrenaufbau 17 ist von einer zusätzlichen Abschirmung umgeben, die aus inneren und äußeren Gußeißenstöpseln 22 und 23 besteht, wobei der äußere Stöpsel 22 in einem Stück mit dem Gehäuse 10 ausgebildet ist. Der innere Stöpsel 23 ist rohrförmig und innen mit kleinen Hülsen 25 aus rostfreiem Stahl ausgekleidet, um einen Kanal 24 für das endlose draht- oder bandförmige Aufnahmeorgan 26, das auf Rollengruppen 27,28 läuft, zu schaffen. Das Aufnahmeorgan läuft durch den Photoverstärkerröhrenaufbau 17 und die Niederschlagskammer 21 hindurch. Durchlässe 69 (Fig. 5) sind im äußeren Stöpsel 22 für die' Mehrfachdurchgänge des Aufnahmeorgans zwischen den Rollengruppen 27, 28 vorgesehen.

Wie Fig. 2 zeigt, hat die Niederschlagskammer 21. die aus rostfreiem Stahlblech hergestellt ist, zylindrische Form, einen Durchmesser von 304,8 mm und eine Länge von 152,4 mm, wobei das Aufnahmeorgan 26 auf der Zylinderachse läuft. Löcher 29,30 mit einem Durchmesser von 127 mm sind konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet, in die Kammerendplatten 31 gebohrt. Die Kammer 21 ist über den Kontakt 32 an den Hochspannungsanschluß 20 angeschlossen. Die Löcher 29, 30 unterstützen das Einstellen des Mittelbereichs des Aufnahmeorgans 26 und damit des elektrostatischen Feldes auf die Mitte der Kammer 21. Die Kammer 21 ist gegen das Gehäuse 10 durch Isolierplatten 33,34 isoliert und wird durch eine Flußstahl-Deckplatte 35, die an einem Flanschstück 36 mit Bolzen 37 auf dem Gehäuse 10 befestigt ist, in ihrer Stellung gehalten. Das Nutzgaseinlaßrohr 18 aus Isoliermaterial geht eine Wirkverbindung mit einer Einlaßkupplung 38 in einer Deckplatte 65 ein. Ein Rohr 18 geht durch die zylindrische Wandung der Kammer 21 hindurch, und ein entsprechendes Nutzgasauslaßrohr (wie durch Kappe 65 α und Rohr 38 α in Fig. 5 angedeutet) geht durch die Kammer 21 hindurch, und zwar an einem Punkt, der dem Rohr 18 genau gegenüberliegt.

Die Enden der Einlaß- und Auslaßrohre sind aufgeschnitten, und das Gas nimmt seinen Ein- und Austritt durch Schlitze 39, um ein ausreichendes Spülen der Kammer durch das Gas zu gewährleisten. Zwei halbkugelförmige Isolatoren 40, 41 sind vorgesehen, um die Konzentration der Ionenausscheidung auf den Mittelabschnitt desjenigen Teils des Aufnahmeorgaiis 26 zu unterstützen, der sich innerhalb der Kammer 21 befindet, d.h. auf denjenigen Teil, der dem Leuchtkörper in dem Photoverstärkerröhrenaufbau gegenüber zu liegen kommt.

Das Aufnahmeorgan 26 besteht aus rostfreiem Stahlseil (20 Litzen; etwa 0,8 mm Gesamtdurchmesser) und ist dadurch zusammengefügt, daß die Enden unter Zuhilfenahme von Stahlzwingen zusammengedrückt sind. Von der Niederschlagskammer 21 und dem Photoverstärkerröhrenaufbau 17 läuft das Aufnahmeorgan 26 über eine Führungsrolle 42, die auf einem Trägerbauteil 43 gehalten ist (s. auch Fig. 5), auf eine Antriebsrolle 44 und von dort viermal zwischen der Rollengruppe 27 und der Rollengruppe 28 hin und zurück, bevor es nach der Kammer 21 zurückkehrt. Die Rollengruppen 27, 28 bestehen je aus zwei Rollensätzen 45, 46 und 47, 48, von denen jeder vier imprägnierte Fiberrollen aufweist. Alle Rollen sind derart angeordnet, daß sie unabhängig voneinander auf einfachen Lagern laufen, die unter Verwendung von Molybdändisumd, das auf die aus einsatzgehärtetem Stahl bestehenden Lagerflächen plattiert ist, geschmiert sind. Eine Rolle in jedem Satz ist die »Haupt«-Rolle, die mit einer größeren Radnabe ausgestattet ist, welche auf zwei in weitem Abstand voneinander angeordneten Buchsen läuft. Die übrigen Rollen jedes Satzes lauf en auf den zugeordneten größeren Radnaben. Die Sätze 45, 46 sind durch Trägerbauteile 53 und 54 jeweils (siehe auch Fig. 5), und der Satz 47 durch den Trägerbauteil 55 gestützt, aber der Satz 48 wird von einem Winkelstück 56 gehalten (Fig. 3). Das Winkelstück 56 ist mit einer Feder 57 verbunden, welche mit einem Bolzen 58 am Gehäuse 10 befestigt ist, um die Spannung im Aufnahmeorgan 26 auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Falls das Aufnahmeorgan 26 bricht, betätigt das Winkelstück 56 einen kleinen Schalter 59, der einen Alarm auslöst. Ein Bolzen 60, der an dem Winkelstück 56 befestigt ist, geht durch einen Schlitz 61 in dem Trägerbauteil 55 hindurch und von dort zu einem Betätigungsarm 49 des Schalters 59.

Fig. 5 zeigt die Rolle 42 verbunden mit einem Getrieberad 70, das ein kleineres Getrieberad 71 antreibt (Verhältnis 1,5 :1). Das Getrieberad 71 trägt eine Nocke 72, auf der der Betätigungskolben eines Schalters 73 sitzt.

Eine Ader- oder Litzenbruch-Alarmvorrichtung ist dazu vorgesehen, durchgescheuerte Adern oder Litzen im Aufnahmeorgan 26, wie in Fig. 6 dargestellt ist, anzuzeigen. Das Aufnahmeorgan 26, welches auf isolierten Rollenrädern außerhalb der Niederschlagskammer 21 und des Druckgehäuses 10 läuft, ist über zwei kleine Räder 50, 51 geerdet, die von Trägerbauteilen 100,101 getragen werden, welche auf einem Block 102 aus Isoliermaterial, der mit einem Bolzen 103 auf der Flußstahlplatte 35 befestigt ist, aufmontiert sind. Beide Trägerbauteile stehen in Verbindung mit der Platte 35 und von dort aus mit dem Gehäuse 10. Der Trägerbauteil 100 ist mit Bolzen 104 an dem Block 102 befestigt. Der Trägerbauteil 101 ist auf dem Bolzen 105 drehbar angebracht, und das Rad 51 wird durch die Wirkung, die eine Druckfeder 106 im Block 102 auf den Trägerbauteil 101 ausübt, gegen das Rad 50 gehalten. Das Aufnahmeorgan 26 läuft in einer Rille 107 im Rad 51, und das Rad 50 paßt ebenfalls in die Rille 107, um guten Kontakt zwischen den Rädern 50, 51 und dem Aufnahmeorgan 26 zu gewährleisten. Von den Rädern 50,51 aus läuft das Aufnahmeorgan 26 durch ein Metallrohr 52, welches ein Verlängerungsstück 108 hat, das mit einem Bolzen 109, der außerdem dazu dient, eine elektrische Leitung 110 mit dem Verlängerungsstück 108 zu verbinden, am Block 102 befestigt ist. Das Metallrohr 52 und das Verlängerungsstück 108 sind gegen Erde abisoliert, und die Leitung 110 ist über das Aderbruch-Alarmrelais mit dem positiven Pol einer 50-VoIt-S tromquelle verbunden. Wenn eine beschädigte Ader durch das Rohr 52 hindurchgeht, berührt sie das Rohr und betätigt damit den Alarmrelais-Steuerkreis.

Die Antriebsrolle 44 ist mit der Antriebswelle 19 über eine stoßabsorbierende Kupplung (weiter unten beschrieben) verbunden, und die Welle 19 wird von einem Dreiphasenmotor 62 über ein Untersetzungsgetriebe 63 im Verhältnis von 1440 zu 29 angetrieben. Das Aus- und Einschalten des Motors erfolgt mittels eines Schalters 73 und einer 30 Sekunden Verzögerung bewirkenden Steuervorrichtung, die in Verbindung mit einem Starter und magnetischem Bremsaufbau 64 wirkt. Die Anordnung ist auf diese Weise so getroffen, daß das Aufnahmeorgan 30 Sekunden lang stationär bleibt und sich dann innerhalb von 2 Sekunden nach dem Photoverstärkerröhrenaufbau 17 vorwärtsbewegt, worauf es durch die Nocke 72, die den Schalter 73 betätigt, um die magnetische Bremse zu erregen, angehalten wird.

Wie Fig. 4 zeigt, weist die Welle 19 sechs Blätter oder Schaufeln 94 auf, die mit einer Schraubenmutter und einer Unterlagsscheibe 96 in Schlitzen in der Welle 19 gehalten werden. Die Enden der Blätter ruhen lose in Schlitzen, die durch Vorsprünge 95 an der Unterseite der Rolle 44 gebildet werden, wodurch eine elastische Kupplung zwischen Welle und Rolle geschaffen wird. Die Rolle 44, die aus Isoliermaterial besteht, ist mit Nieten 74 an einem Metallansatz 75 befestigt. Der Ansatz 75 ist über Feder und Nut mit einem Hülsenstück 76 auf der Welle 19 verbunden, während die Hülse 76 in einem Lager 77 läuft, das von einem Tragebauteil 78 gestützt wird, der mit Schrauben 79 in einem Stopfbuchsenkörper 80 befestigt ist. Der Körper 80 hat ein Flanschstück 86. wodurch der gesamte Stopfbuchsenaufbau an dem Druckgehäuse 10 befestigt werden kann. Der Körper weist in seinem Innern eine Graphit-Stirnflächendichtung auf. Diese Dichtung setzt sich zusammen aus einem Graphit-Drehbauteil 82 auf einem Tragebauteil 84, welcher durch eine Feder 85 unter Spannung gehalten ist, und einem festen Graphit-Bauteil 81, der mit einem Dichtungsring 83 gegenüber dem Körper 80 abgedichtet ist. Am oberen Ende der Welle ist ein Rollenlager 89 zusammen mit zwei federgespannten Dichtungen 87, 88, einer Deckplatte 90 und Befestigungsschrauben 91 vorgesehen. Der Antrieb der Welle erfolgt über eine Kupplung 92. Ein Kanal 93 ist im Körper 80 vorgesehen, so daß jedes Leck durch die Dichtung 82/83 zur Betätigung einer Alarmvorrichtung ausgenutzt werden kann. /

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Leckprüfungsgerät zum Ermitteln von in einem Gasstrom befindlichen radioaktiven Teilchen, insbesondere zur Prüfung des Kühlgases in Kernreaktoren mit einer Niederschlagskammer, einer Fördervorrichtung zum Hindurchschicken des zu prüfenden Gases durch die Niederschlagskammer und einem endlosen draht- oder bandförmigen Organ (Aufnahmeorgan), welches gegenüber der Niederschlagskammer negativ aufgeladen und mit dem unter der Wirkung des elektrischen Feldes von ihm aufgenommenen Niederschlag durch die Niederschlagskammer hindurch und an einem Strahlungsdetektor vorbeibewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlags-

kammer, der Strahlungsdetektor und das Aufnahmeorgan innerhalb eines Druckbehälters angeordnet sind, daß das Aufnahmeorgan auf zwei mit Abstand voneinander angeordneten Mehrrollengruppen so untergebracht ist, daß es jeweils über wechselnde Rollen jeder Gruppe läuft, wobei eine ununterbrochene Strecke des Aufnahmeorgans von der einen zur anderen Rollengruppe durch die erwähnte Kammer hindurch und am Strahlungsdetektor vorbeibewegt wird, und daß das Aufnahmeorgan stufenweise in Richtung von der Niederschlagskammer nach dem Strahlungsdetektor fortgeschaltet wird, wodurch dasjenige Teilstück des Aufnahmeorgans, welches zwischen den Fortschaltschritten in der Kammer beladen wird, beihi Fortschalten nach dem Strahlungsdetektor bewegt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter zum Eichen des Strahlungsdetektors in dessen Nähe Mittel zum Einfügen einer radioaktiven Quelle aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, durch die ein Spülgas um den Strahlungsdetektor herum geleitet wird, und eine Vorrichtung, durch die das Spülgas an dem Aufnahmeorgan entlang nach der Niederschlagskammer geführt wird.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagskammer ein Metallrohr ist, das eine etwas größere Abmessung hat als das Aufnahmeorgan.

5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Rollengruppen auf einem drehbar angebrachten Winkelstück aufgesetzt ist,, das sich bewegt, wenn die Spannung in dem Aufnahmeorgan nachläßt, und daß ein Schalter durch die Bewegung des Winkelstücks betätigt wird.

6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bewegen des Aufnahmeorgans aus einem Motor besteht, der über eine elastische Kupplung eine Rolle, über die das Aufnahmeorgan läuft, antreibt, und aus einer Antriebswelle, die das Druckgehäuse

' durchsetzt und mit zwei Stopfbuchsen beim Durchgang durch das Gehäuse verdichtet ist, wobei eine Vorrichtung zum Anzeigen einer Einströmung von Gas in den Zwischenraum zwischen den Stopfbuchsen vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 576 616;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, Bd. 3, S. 86 bis 90.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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