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Verfahren und Vorrichtung zur mittelbaren Messung der radioaktiven
Intensität Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur mittelbaren Messung
der radioaktiven Intensität - ausgedrückt durch die Zählung der veraniaßten Impulse
- von gasförmigen Spaltstoffen, die in einem Gasstrom mitgeführt werden, bei welchem
die Abkömmlinge der gasförmigen Spaltstoffe elektrostatisch auf einen Träger ausgefällt
werden, der dann einer Aktivitätszähleinrichtung zugeführt wird, sowie auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bekanntlich sind in verschiedenen Arten von Kernreaktoren die Brennstoffelemente
in Behältern untergebracht, die in den Reaktorkern eingeführt werden.
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Wenn die Behälter richtig arbeiten, wird im wesentlichen vollständig
verhindert, daß Spaltprodukte in die Kühimitteiströmung des Reaktors eintreten.
Bei einer Rißbildung in einem oder mehreren der Behälter können Spaltprodukte in
die Kühlmittelkreise des Reaktors austreten. Das Vorhandensein derartiger Spaltprodukte
in den Kühlmittelkreisen stellt eine be trächtliche biologische Gefahr dar. Zur
Feststellung des Vorhandenseins von Spaltprodukten sind bisher bereits verschiedene
Arten von tJberwachungssystemen vorgeschlagen worden. Solche bisher bekannten Überwachungssysteme
enthalten lonenaustauschharze, Überwachungseinrichtungen für verzögerte Neutronen,
Gammadetektoren, Tscherenkow-Detektoren und Überwachungsgeräte für gasförmige Spaltprodukte,
wobei die zuletzt genannten durch Anwendung einer Gasausfällung in der Lage sind,
die instabilen festen Abkönunlinge der gasförmigen Spaltprodukte Krypton und Xenon
festzustellen.
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Für die mit Gasausfällung arbeitenden Verfahren ist eine Vorrichtung
bekanntgeworden, die aus einer langgestreckten, geschlossenen Ionisationskammer
besteht. An den beiden Stirnwänden der Kammer sind keramische Durchführungen angebracht,
durch die ein Draht aus nichtrostendem Stahl geführt ist. Dieser Draht wird mittels
zweier Spulen, von denen die eine angetrieben wird, durch die abgeschlossene Kammer
bewegt. Die Kammer besitzt einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß. Die Kammer ist an
den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen, deren negativer Pol mit dem
Draht verbunden ist. Das Gas tritt in den Behälter ein, wird positiv aufgeladen,
und die sich bildenden Ionen werden von dem negativ geladenen Draht angezogen. Sie
werden mit dem Draht aus der Kammer herausgeführt und zu einer Meßapparatur gebracht,
welche die Aktivität der von dem Draht mitgeführten Teilchen mißt.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht eine wesentliche Schwierigkeit
in der Erzielung einer aus-
reichenden Abdichtung der Ionisationskammer. Es ist praktisch
unvermeidbar, daß an den Durchführungsstellen des Drahtes aktives Gas austritt.
Dies stellt eine erhebliche Gefahr für dieUmwelt dar.
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Außerdem ist es als Nachteil anzusehen, daß der die eine Elektrode
darstellende Draht eine sehr geringe Oberfläche aufweist. Es kann daher nur ein
Bruchteil der entstehenden Ionen tatsächlich den Draht erreichen und von diesem
mitgeführt werden.
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Darunter leidet die Empfindlichkeit der Anordnung.
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Wollte man dagegen die Oberfläche der beweglichen Elektrode beispielsweise
durch Verwendung eines Bandes vergrößern, so würden die Schwierigkeiten der Abdichtung
in entsprechendem Maße ansteigen.
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Ziel des Erfindens war demgegenüber, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, bei welchen der die ausgefällten Abkömmlinge aufnehmende Träger eine
sehr große Oberfläche haben kann und dennoch die Gefahr eines Austretens von aktivem
Gas aus der Vorrichtung vollkommen beseitigt ist.
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Das eründungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß als
Träger eine inaktive Flüssigkeit verwendet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die als Träger dienende
Flüssigkeit dem Aktivitätszähler in einem geschlossenen Kreislauf zugeführt werden,
so daß die Gefahr eines Austretens von aktiven Stoffen
vollständig
beseitigt ist. Andererseits kann die Oberfläche der Flüssigkeit in der Ionisationskammer
sehr groß gehalten werden, vorzugsweise in Form von geladenen Tropfen, geladenen
Strahlen oder einem eine Elektrodeniläche bedeckenden Film.
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Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung enthält
eine Ionisationskammer mit einem Einlaß und einem Auslaß für den Gasstrom sowie
einem Auslaß für den - die ausgefällten Abkömmlinge mitführenden Träger und' einen
Aktivität zähler, welchem der Träger zugeführt wird, und sie kennzeichnet sich nach
der Erfindung dadurch, daß am Boden der- Ionisationskammer eine poröse Platte mit
geneigter Oberfläche angeordnet ist, deren Unterseite eine Flüssigkeitskammer gegen
die Ionisationskammer abschließt, daß Einrichtungen zum Einbringen der inaktiven
Flüssigkeit unter geringem Überdruck in die Flüssigkeitskammer vorgesehen sind,
daß an der tiefsten Stelle der porösen Platte ein Sammler für die über die Oberseite
der Platte fiießende Flüssigkeit angebracht ist und d'aß eine Leituag den Sammler
mit dem Alttivitätszahler verbindet.
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Bei dieser Vorrichtung sickert die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer
durch die poröse Platte hindurch und fließt über deren Oberfläche zu dem tiefer
gelegenen Sammler. Dadurch entsteht in der Kammer eine sehr große Flüssigkeitsoberfläche,
auf welche die Abkömmlinge der gasförmigen Spaltstoffe ausgefällt werden. Sie werden
von der Flüssigkeit zu dem Sammler mitgenommen und von da über die Leitung dem Aktivitätszähler
zugeführt. Durch diese Ausbildung ist gewährleistet, daß praktisch sämtliche in
der Ionisationskammer entstehenden Abkömmlinge von dem Träger mitgenommen und von
der Aktivitätszähleinrichtung registriert werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung besteht darin,
daß der Aktivitätszähler ein Szintillationszähler ist, daß vor dem Szintillationszähler
eine Leuchtstoffkammer angebracht ist und daß die Leuchtstoffkammer über eine Labyrinthleitung
mit dem Sammler verbunden ist und einen Flüssigkeitsauslaß aufweist.
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Bei dieser Ausführung kann die als Träger dienende Flüssigkeit vollständig
von der eigentlichen Zähteinrichtung getrennt gehalten werden. Die in der Flüssigkeit
mitgeführten aktiven Abkömmiinge bestrahlen den Leuchtstoff in der Leuchltstoffkommer,
der -dadureh zum Leuchten gebracht wird und als Lichtquelle für den Szintillationszähler
dient. Die Flüssigkeit kann in einem geschlossenen Kreislauf wer aus der Leuchtstoffkammer
abgeführt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert,
die im Schnitt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete
Vorrichtung zeigt.
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Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung enthält eine Ausfällungsvorrichtung,
einen Gasstripper und eine Zählvorrichtung. Sie besteht aus einem zylindrischen
Druckmantel 1, der aus Edelstahl hergestellt ist. Das obere Endes des Mantels 1
ist durch eine Edeistahlstirnplatte 2 verschlossen. Der Mantel 1 ist in zwei Hauptabschnitte
unterteilt, nämlich einen oberen Abschnitt 3 und einen unteren Abschnitt 4.
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Zur Unterteilung dient ein verhältnismäßig dicker zylindrischer Block
5 aus Blei oder einem ähnlichen Material, das als Schirm für die radioaktiven Produkte
wirkt. Der Schirmblock 5 enthält zwei verhältnismäßig dicke ringförmige Platten
6 und 7.
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Der obere Abschnitt 3 enthält eine Ausfällungskammer 8 mit einer
zylindrischen Wand, die aus einem geringfügig elektrisch leitenden Material besteht.
Das untere Ende der zylindrischen Wand 9 ist mit der Oberseite der Platte 6 verbunden,
die einen nach oben ragenden Flansch 10 aufweist, der an der Innenseite der Wand
9 anliegt. Das obere Ende der Wand 9 ist durch eine Kappell verschlossen, die eine
aus Edelstahl gesinterte poröse Scheibe 12 trägt.
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Ein Einlaßrohr 13 für die Gasprobe ist mit dem Inneren der Ausfällungskammer
8 über ein aus einem elektrisch isolierenden Material gebildetes rohrförmiges Anschlußstück
14 verbunden. Die Ausfällungskammer 8 ist an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen,
wie schematisch bei 15 angedeutet ist.
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Es ist zu bemerken, daß die Kammer 8 durch eine nicht besonders bezeichnete
elektrische Isolierung gegen den Rest des Druckmantels 1 isoliert ist. Am unteren
Ende der Kammer 8 ist eine aus Edelstahl gesinterte poröse tellerförmige Platte
16 angebracht.
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Die Platte 16 weist eine Mittelbohrung 17 auf, die über eine horizontal
verlaufende Bohrung 18 mit einem in der Wand des Mantels 1 angebrachten Gasauslaß
19 verbunden ist. Die Platte 16 ist so geformt; daß eine Kammer 20 gebildet wird,
die durch die Unterseite der Platte 16, einen Teil der Oberseite der Platte 6 und
die innere senkrechte Wand des Flansches 10 begrenzt wird. Diese Kammer 16 ist mit
einem (nicht gezeigten) Flüssigkeitseinlaß verbunden.
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Wenn in die Kammer 20 eine Flüssigkeit unter einem verhältnismäßig
geringen Überdruck eingeführt wird, sickert die Flüssigkeit durch die poröse Platte
16, und sie fließt infolge der Neigung der Oberseite-der Platte 16 in die Bohrungl7.
Die Flüssigkeit wird von dem durch die Bohrung 17 strömenden Gas durch einen ringförmigen
Einsatz 17A getrennt, der die innere zylindrische Wand einer kleinen ringförmigen
Karrner 17B bildet, die mit einer horizontal verlaufenden Flüssigkeitsleitung 21
in Verbindung steht.
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Die Leitung 21 ist an ein senkrechtes Labyrinth 22 angeschlossen,
das eine direkte Strahlung aus der Ausfällungskammer 8 in den unteren Abschnitt
4 des Druckmantels verhindert. Die Auslaßseite des Labyrinths ist über eine Flüssigkeitsleitung
22A mit der Einlaßseite einer in der Platte 7 vorgesehenen Lchtstoffkammer 23 verbunden.
Die Leuchtstoffkammer hat eine Flüssigkeitsauslaßleitung 24. Die Leuchtstoffkarmner
23 ist über eine eingefügte Lichtführung 26 einem Szintillationszähler 25 zugeordnet.
Der Szintillationszähler25 und die Lichtführung26 sind in dem unteren Abschnitt
4 des Druckmantels untergebracht. Ein verhältnismäßig massiver Strahlungsschirmbiock
27 ist in dem unteren Abschnitt4 des Mantels vorgesehen. Die Ausgangssignale des
Zählers werden von den Anschlüssen 28 abgenommen.
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In der Zeichnung sind verschiedene Dichtungsringe und ähnliche Teile
dargestellt, die nicht besonders bezeichnet sind.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet in folgender Weise: An die
Scheibe 12 und die Platte 16, die zusammen die Elektroden der Ausfällungskammer
bilden, wird eine elektrische Spannung gelegt, wobei das positive Potential an der
Scheibe 12 liegt. Die zylindrische Wand 9 dient zur Formung des elektrostatiscten
Feldes zwischen den Elektroden. Die zu überwachende Gasprobe wird durch den Einlaß
13 eingeführt, und sie sickert durch die Scheibe 12, so daß das Gas
durch
die Ausfällungskammer 8 nach unten zur Platte 16 wandert. Ein Teil der gasförmigen
Spaltprodukte zerfällt während des Durchgangs durch die Ausfällungskammer 8, wodurch
feste Abkömmlinge erzeugt werden. Diese sind im Zerfallszeitpunkt stark ionisiert,
und sie werden zu der aus Edelstahl gesinterten Platte 16 hin angezogen. Während
das Gas durch die Kammer 8 geht, sickert das unter Druck in die Kammer 20 eingeführte
Wasser (das nicht mit Spaltprodukten verunreinigt ist) durch die Platte 16, wodurch
ein Wasserfilm auf der Oberseite der Platte 16 gebildet wird, der zur Bohrungl7
hin abfließt.
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Die ionisierten festen Zerfallsprodukte werden daher auf eine Wasseroberfläche
ausgefällt, und sie haften an dem Wasser oder vereinigen sich chemisch mit diesem.
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Das so verunreinigte Wasser wird über die ringförmige Kammer 17 B,
die Leitung 21 und das Labyrinth 22 in die Leuchtstoffkammer 23 eingebracht.
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Die Aktivität, die durch den anschließenden Zerfall der in das Wasser
ausgefällten festen Spaltprodukte erzeugt wird, bestrahlt den Leuchtstoff, so daß
dieser als Lichtquelle zu dem Szintillationszähler 25 dient.
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Das verunreinigte Wasser wandert aus der Leuchtstoffkammer 23 zum
Auslaß 24.
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PATENTANSPRÜCHF: 1. Verfahren zur mittelbaren Messung der radioaktiven
Intensität - ausgedrückt durch die Zählung der veranlaßten Impulse - von gasförmigen
Spaltstoffen, die in einem Gasstrom mitgeführt werden, bei welchem die Abkömmlinge
der gasförmigen Spaltstoffe elektrostatisch auf einen Träger ausgefällt werden,
der dann einer Aktivitätszähleinrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß als Träger eine inaktive Flüssigkeit verwendet wird.