DE1144854B - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von Spaltungsprodukten in einer Fluessigkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P25217Vmc/21g

ANMELDETAG: 20. JUNI 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

7. MÄRZ 1963

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen von Spaltungsprodukten in einer Flüssigkeit, bei welchem die gasförmigen Spaltungsprodukte aus der zu untersuchenden Flüssigkeit in eine Trägergasphase übergeführt werden, die festen, aktiven Tochterelemente der Spaltungsprodukte aus der Trägergasphase elektrostatisch ausgeschieden werden und die ausgeschiedenen Tochterelemente der Spaltungsprodukte zu einer von der Trägergasaktivität entfernten Meßstelle übergeführt werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art, das für die Feststellung von Spaltungsprodukten in dem Kühlmittel eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors benutzt wird, findet die elektrostatische Ausscheidung der aktiven Tochterelemente mittels eines umlaufenden Drahtes statt, der gleichzeitig auch dazu dient, die auf ihm abgelagerten Tochterelemente zu der Meßstelle zu führen.

Ein anderes bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art, das dem gleichen Zweck dient wie das vorher beschriebene, bedient sich für die elektrostatische Ausscheidung und Überführung der aktiven Tochterelemente eines zwischen der Meßstelle und der Trägergasaktivität hin- und hergehenden Metallstabes, auf welchem die aktiven Tochterelemente aus der Trägergasphase elektrostatisch abgelagert und im Anschluß daran zu der Meßstelle übergeführt werden.

In beiden bekannten Fällen werden also für die Überführung der elektrostatisch ausgeschiedenen Tochterelemente bewegliche Metallteile benutzt, die einem starken Verschleiß unterliegen und komplizierte Führungen und Antriebe erfordern.

Demgegenüber schafft die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das ohne Benutzung beweglicher Metallteile durchgeführt werden kann, was offensichtlich einen großen Vorteil darstellt und insbesondere die gerade beim Umgang mit radioaktiven Elementen besonders wichtige Betriebssicherheit erhöht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektrostatisch ausgeschiedenen Tochterelemente der Spaltungsprodukte in eine Trägerflüssigkeit übergeführt und der Meßstelle mit Hilfe dieser Trägerflüssigkeit zugeleitet werden.

Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise einfaches Wasser verwendet.

Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Feststellen von Spaltungsprodukten in einer Flüssigkeit nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Vorrichtung, die in bekannter Weise Einrichtungen zum Überführen der gasförmigen Spaltungsprodukte aus der zu untersuchenden Flüssigkeit in eine Trägergasphase, Ein-

Verfahren und Vorrichtung

zum Feststellen von Spaltungsprodukten

in einer Flüssigkeit

Anmelder:
The Plessey Company Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 19. Juni 1959

Murray Vincent Wilson,

Northampton, Northamptonshire (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

richtungen zum elektrostatischen Ausscheiden der aktiven festen Tochterelemente der Spaltungsprodukte aus der Trägergasphase und Einrichtungen zum Überführen der ausgeschiedenen Tochterelemente der Spaltungsprodukte zu einer von der Trägergasaktivität entfernten Meßstelle aufweist, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander in einer die Trägergasphase enthaltenden Gaskammer angeordnete Metallplatten, die die Elektroden sind, durch eine Einrichtung zum Zuführen der zu untersuchenden Flüssigkeit an die eine Metallplatte in solcher Weise, daß diese in Form eines Filmes über die Oberfläche dieser Platte fließt, und durch eine Einrichtung zum Zuführen einer Trägerflüssigkeit an die andere Platte in solcher Weise, daß diese in Form eines Filmes über die Oberfläche dieser Platte fließt.

Vorzugsweise ist die der zu untersuchenden Flüssigkeit zugeordnete Platte geerdet. Des weiteren empfiehlt es sich, die Platten vertikal und parallel zueinander anzuordnen.

Unterhalb der Platten kann ein die von den beiden Platten abfließenden Flüssigkeiten trennender Damm angeordnet sein.

Das Trägergas strömt vorzugsweise durch Erwärmung an einer lokalisierten Stelle des geschlosse-

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nen Trägergasstromkreises durch Konvektionsströ- wird. Der Trog 13 und die Platte 12 werden über eine mung parallel zu den Platten, elektrische Verbindungsleitung 24^4 an ein negatives

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung Potential gelegt, welche gegen das Gehäuse 1 aus rostkönnen poröse Platten verwendet und Einrichtungen freiem Stahl elektrisch isoliert ist. Das Spaltungsprozum Durchdrücken der Flüssigkeit durch die züge- 5 dukte enthaltende Probewasser wird durch die Rohrhörigen Platten vorgesehen werden. Die porösen leitung 11 in den Hohlraum 9 eingebracht und mittels Platten bestehen vorzugsweise aus gesintertem, rost- eines kleinen Druckgefälles durch die poröse Platte 6 freiem Stahl. Vorzugsweise bildet jede dieser porösen hindurchgedrückt. Als Folge davon wird an der Außen-Platten eine Seitenwand einer zugehörigen Kammer, fläche der Platte 6 ein Wasserfilm erzeugt. Die Spitze in welcher sich die entsprechende Flüssigkeit befindet. io 19 ist gegenüber den Platten 6 und 12 so angeordnet,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich daß sie die von der Fläche der Platte 6 abtropfende durch eine einfache Konstruktion und unter anderem Flüssigkeit in den Hohlraum 21 ablenkt. In ähnlicher auch durch eine große Berührungsfläche zwischen Weise wird durch die Rohrleitung 16 reines Wasser dem Trägergas und den Flüssigkeiten aus. mit einem kleinen Überdruck in den Hohlraum 13

Ein bevorzugtes, jedoch nicht das ausschließliche 15 eingebracht, so daß das Wasser durch die poröse Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Feststellung Platte 12 hmdurchtritt, um an der Außenfläche der von Spaltungsprodukten im Kühlmittel flüssigkeits- Platte 12 einen Wasserfilm zu bilden, welcher gegen gekühlter Kernreaktoren. den Hohlraum 24 abtropft. Die Spitze 19 hält also

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der die beiden Wasserversorgungen getrennt. Zeichnung näher erläutert, in der eine beispielsweise ao Es sind Einrichtungen dafür vorgesehen, ein gas-Ausführungsform von ihr dargestellt ist. In der Zeich- förmiges Medium in das Innere des Druckgehäuses 1 nung ist einzubringen. Diese Verbindungen sind in Fig. 1 nicht

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Einrichtung zum gezeigt.

Auswaschen oder Entziehen und zum Ausscheiden In Fig. 2 ist eine Anlage dargestellt, bei welcher

von Spaltungsprodukten und 25 die kombinierte Auswasch- und Ausscheidevorrich-

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer Anlage, rung der Fig. 1 verwendet wird. Die Anlage besitzt bei welcher der in Fig. 1 dargestellte Apparat zum eine Gaseinlaßleitung 25 und eine Gasauslaßleitung Auswaschen und Ausscheiden verwendet wird. 26. Die Rohrleitungen 25 und 26 stehen mit einem

Der in Fig. 1 gezeigte kombinierte Auswasch- und Verzögerungsbehälter 27 des Gaskreises in Verbin-Ausscheideapparat weist ein zweiteiliges Druck- 30 dung. Eine Heizeinrichtung 28 ist dafür vorgesehen, gehäuse 1 aus rostfreiem Stahl auf. Ein Teil 2 des innerhalb des Gases eine Konvektionszirkulation zu Gehäuses wird durch einen rechteckigen hohlen Be- erzeugen. Ein mit der Einlaßleitung 16 und der Aushälter gebildet, welcher einen nach außen gerichteten laßleitung 22 in Verbindung stehender Klarwasser-Flansch 3 besitzt, während der andere Teil 4 des Ge- kreis enthält einen stark abgeschirmten Strahlungshäuses eine Platte ist, welche mittels Bolzen 5, die 35 detektor oder-zähler 29, .welcher mit einem VerzÖgedurch den Flansch 3 hindurchgehen, an dem Teil 2 rungsbehälter 30 in Serie liegt, der mit einer Flüssigbefestigt ist. An einem nach innen gerichteten keitspumpe 31 in Verbindung steht, deren Ausgang Flansch 7, der mit der inneren Fläche des Teiles 4 mit der Emlaßroltrleitung 16 verbunden ist. Ein einstückig verbunden ist, ist eine poröse Platte 6 aus Druckabgriff 32, welcher über Abgriffe mit einem rostfreiem Stahl befestigt. Der Flansch 7, die poröse 40 Reaktormantel (nicht gezeigt) verbunden ist, besitzt Platte 6 und die innere Fläche 8 des Teiles 4 bilden einen Zweigabgriff 33, welcher zu dem Verzögerungsemen flachen Hohlraum 9. Der Hohlraum 9 ist über tank 27 des Gaskreises führt. In vielen wassergekühleine Bohrung 10 mit einer Wasserprobeneinlaßleitung ten Reaktoren wird ein Mantelgas (blanket gas) ver-11 verbunden. Gegenüber der Platte 6 ist eine zweite wendet. Da das Wasser außer als Kühlmedium poröse Platte 12 aus rostfreiem Stahl angeordnet, 45 manchmal auch als Moderator verwendet wird, ist es welche zu der Platte. 6 parallel liegt Die Platte 12 ist erforderlich, den Wasserstand im Inneren des Remit den Wänden eines flachen Troges 13 aus rost- aktorgefäßes zu verändern. Der veränderliche Raum freiem Stahl verbunden, welcher über elektrisch iso- oberhalb der Wasserfläche ist mit dem Mantelgas ge>lierende Träger 14 an der inneren Fläche des Teiles 2 füllt, welches so genannt wird, weil es die Wasserbefestigt ist. Der Böden und die Wände des Troges 50 oberfläche abdeckt. Wenn der Reaktor mehr oder 13 bestimmen 'mit der inneren Fläche der porösen weniger unter Druck gesetzt wird, ist es üblich, dies Platte 12 einen Hohlraum 15, welcher über Bohrun- über das Mantelgas zu bewirken. Das Gas trägt auch gen im Trog 13 und int Teil 2 und eine Verbindungs- zur Reinigung des Reaktorwassers bei, da die Spaltleitung 17 mit einer Einlaßleitung 16 verbunden ist, produktgase, dissoziierter Wasserstoff und Sauerstoff, durch die reines Wasser zugeführt wird. 55 aus dem Wasser usw. leicht in die Gasphase ent-

Am unteren Teil des Gehäuseteiles 2 ist ein Ansatz weichen und in der Gasphase durch eine Kältefalle 18 vorgesehen, welcher die Form eines gestürzten V entfernt oder sehr bequem vereinigt werden können, hat. Der Ansatz 18 besitzt eine nach oben gerichtet© Der Ausscheider weist ein Gasvolumen auf, welches Spitze 19, welche im wesentlichen in Richtung der sich mit Änderungen des Reaktordruckes nicht merkuntersten Teile der Platten 6 und 12 weist und in der 60 lieh verändern darf. Dies kann bequem durch ein Mitte zwischen ihnen liegt. Eine Leitung 20 steht mit Druckabgreifrohr sichergestellt werden, welches den einem schiefliegenden Hohlraum 21 in Verbindung, Gasraum des Ausscheiders mit dem Mantelgaskreis der sich zwischen der untersten geneigten Fläche TA verbindet, d. h., das Mantelgas wird dafür verwendet, des Flansches 7 und der geneigten Fläche 18 A des den Reaktor, den Ausscheider und den Klarwasser-Ansatzes 18 befindet. Eine andere Rohrleitung 22 65 kreis praktisch unter den gleichen Druck zu setzen, steht mit dem untersten Teil eines Hohlraumes 24 in Daraufhin ist es lediglich erforderlich, dafür zu Verbindung, der durch die Innenwand des Teiles 2 sorgen, daß sich der Ausscheiderkreis und der Klar- und die geneigte Fläche 23 des Ansatzes 18 bestimmt wasserkreis auf einem passenden Niveau befinden,

damit die. kleinen Wasserdrücke erzeugt werden, die dafür erforderlich sind, die Wasserproben durch den Ausscheider zu treiben.

Der Apparat wird wie folgt verwendet: Eine radioaktive Spaltprodukte enthaltende Probe wird über die Rohrleitung 11 in die Kammer 9 eingebracht. Ein kleiner Wasserüberdruck bewirkt, daß das verunreinigte Wasser durch die poröse Platte 6 durchsickert und an die Innenfläche der Platte gelangt. Gleichzeitig wird an der inneren Fläche der porösen Platte 12 ein kontinuierlicher Fluß reinen Wassers erzeugt. Das Gas kann mittels des Verbindungskreises langsam durch das Gerät hindurchbewegt werden, oder es kann während des Prüfzyklus stillstehen und zwischen Prüfzyklen abgeführt werden. Das Gas geht *5 zwischen den Platten parallel zu deren Flächen (nicht senkrecht zu diesen) hindurch. Die Spaltproduktgase, Krypton und Xenon, sind ungeladen. Diese Gase gehen selbst aus der Probeflüssigkeit leicht in die Gasphase über, weil sie im Wasser extrem unlöslich sind. Wenn sie sich jedoch einmal in dem Gas befinden, zerfällt ein Teil des Kryptons und des Xenons, um Rubidium und Caesium zu bilden. Diese Atome sind durch den Zerfall stark ionisiert (geladen) und werden durch das zwischen den Platten 6 und 12 herrschende elektrostatische Feld gegen die Platte 12 bewegt. Diese Bewegung wird elektrostatisch hervorgerufen und nicht durch die Gasströmung. Die Zerfallatome Rubidium und Caesium, die gebildet wurden, bevor die Spaltproduktgase das Probewasser verlassen, sind im Gegensatz zu inerten Gasatomen Metallatome und verlassen daher das Wasser nicht. (Darüber hinaus gehören sie der gleichen chemischen Gruppe an wie Natrium und Kalium und verbinden sich heftig mit Wasser.) Die Tochterprodukte werden durch dieses Wasser abgeführt, wenn es von der Platte 12 in den Hohlraum 24 tropft. Das die Spaltungsprodukte Caesium und Rubidium enthaltene reine Wasser wird dem Zähler 29 zugeführt, wo die ausgeschiedene Aktivität gemessen wird. Der Zähler 29 kann beispielsweise ein Szintillationszähler oder Proportionalzähler oder eine Kollektion von Geigerrohren sein. Die gasförmigen Spaltungsprodukte werden also in die Gasphase ausgestoßen, wo einige von ihnen zerfallen, um ionisierte Tochterteilchen zu bilden. Diese ionisierten Tochterteilchen werden von der negativ geladenen porösen Platte 12 angezogen.

Der Apparat kann für eine kontinuierliche Überwachung oder für eine Probenabtastung verwendet werden, und die Aktivitätszahlungen können kontinuierliche Messungen der Impulsrate oder integrierte Zählungen sein. Für kontinuierliche Überwachung muß eine sehr geringe Gasströmung durch den Apparat hindurchgehen, während die Probenabtastung beispielsweise erfordert, daß eine etwas vergrößerte Gasströmung verwendet wird oder wahlweise ein intermittierendes Reinigen oder Ablassen erforderlich ist, damit ein Verwischen, d. h. das Erscheinen von Aktivitätszählungen von einer Probe in einer anderen, verhindert wird. Wenn eine Reinigung zur Anwendung kommt, kann das Gas während Messungen irgendeiner Probe statisch sein und entfernt werden, wenn die Probe gewechselt wird.

Erwünschtenfalls kann der Gasfluß durch ein Magnetspulenventil unterbrochen werden, damit eine intermittierende Strömung hergestellt wird. Die Gasströmung oder die intermittierende Reinigung können

im Gegensatz zu der Verwendung eines Heizelementes mittels einer Druckgasquelle bewirkt werden. Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch auf ebenen kreisförmigen Elementen oder ringförmigen konzentrischen Zylindern statt auf der oben beschriebenen kastenartigen Anordnung aufbauen.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Feststellen von Spaltungsprodukten in einer Flüssigkeit, bei welchem die gasförmigen Spaltungsprodukte aus der zu untersuchenden Flüssigkeit in eine Trägergasphase übergeführt werden, die festen, aktiven Tochterelemente der Spaltungsprodukte aus der Trägergasphase elektrostatisch ausgeschieden werden und die ausgeschiedenen Tochterelemente der Spaltungsprodukte zu einer von der Trägergasaktivität entfernten Meßstelle übergeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatisch ausgeschiedenen Tochterelemente der Spaltungsprodukte in eine Trägerflüssigkeit übergeführt und der Meßstelle mit Hilfe dieser Trägerflüssigkeit zugeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerflüssigkeit Wasser verwendet wird.

3. Vorrichtung zum Feststellen von Spaltungsprodukten in einer Flüssigkeit gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit Einrichtungen zum Überführen der gasförmigen Spaltungsprodukte aus der zu untersuchenden Flüssigkeit in eine Trägergasphase, Einrichtungen zum elektrostatischen Ausscheiden der aktiven, festen Tochterelemente der Spaltungsprodukte aus der Trägergasphase und mit Einrichtungen zum Überführen der ausgeschiedenen Tochterelemente der Spaltungsprodukte zu einer von der Trägergasaktivität entfernten Meßstelle, gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander in einer die Trägergasphase enthaltenden Gaskammer angeordnete Metallplatten, die die Elektroden sind, durch eine Einrichtung zum Zuführen der zu untersuchenden Flüssigkeit an die eine Metallplatte in solcher Weise, daß diese in Form eines Filmes über die Oberfläche dieser Platte fließt, und durch eine Einrichtung zum Zuführen einer Trägerflüssigkeit an die andere Platte in solcher Weise, daß diese in Form eines Filmes über die Oberfläche dieser Platte fließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der zu untersuchenden Flüssigkeit zugeordnete Platte geerdet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten vertikal und parallel zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Platten ein die von den beiden Platten abfließenden Flüssigkeiten trennender Damm angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas durch Erwärmung an einer lokalisierten Stelle des geschlossenen Trägergasstromkreises durch Konvektionsströmung parallel zu den Platten strömt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten porös sind und Einrichtungen zum Durchdrücken der Flüssigkeiten durch die zugehörigen Platten vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Platten aus gesintertem, rostfreiem Stahl bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte eine Seiten-

wand einer zugehörigen Kammer bildet, in welcher sich die entsprechende Flüssigkeit befindet.

IO In Betracht gezogene Druckschriften:
»Journ. Brit. Nucl. Energy Conf.« April 1957,

S. 197 bis 204;

»Proceedings of the Second V. N. Intern. Conf. on

the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 7, 1958, Genf, Bericht P 57, S. 479 bis 485.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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