DE1198086B

DE1198086B - Method and device for monitoring and controlling the course of chemical reactions

Info

Publication number: DE1198086B
Application number: DEL35939A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Eberhard Steudel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-04-19
Filing date: 1960-04-19
Publication date: 1965-08-05

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ablaufes chemischer Reaktionen Es ist bekannt, mit einer Ionisationskammer Dampfblasen im Moderator eines Reaktors nachzuweisen. Gemessen wird dabei die unterschiedliche Absorption, die die Neutronenstrahlung des Reaktors im Moderator erfährt. Auf diese Weise kann man in einem Stoff Hohlräume von veränderlicher Lage und Größe nachweisen.Method and device for monitoring and controlling the process chemical reactions It is known to use an ionization chamber with vapor bubbles in the Demonstrate moderator of a reactor. The different is measured Absorption experienced by the reactor's neutron radiation in the moderator. To this One can detect cavities of variable position and size in a substance.

Die Erfindung betrifft dagegen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und darauf beruhenden Steuerung des Ablaufes chemischer Reaktionen, die durch Einwirkung energiereicher Strahlung, beispielsweise eines Reaktors, hervorgerufen werden und bei denen die Dichte des Reaktionsproduktes ein Maß für den Reaktionsablauf ist. In contrast, the invention relates to a method and an apparatus for monitoring and based on this control of the course of chemical reactions, caused by the action of high-energy radiation, for example a reactor and where the density of the reaction product is a measure of the course of the reaction is.

Gemäß der Erfindung wird die im Reaktionsprodukt eintretende Absorption einer von der die Reaktion bewirkenden Strahlenquelle ausgehenden Strahlung als Maß für die Dichte ermittelt. According to the invention, the absorption occurring in the reaction product a radiation emanating from the radiation source causing the reaction as Measure for the density determined.

Die Messung und Kontrolle des Reaktionsablaufes wird also auf eine Dichtemessung zurückgeführt. The measurement and control of the reaction process is therefore on a Density measurement traced back.

Geräte zur Dichtemessung von Stoffen mit Hilfe von radioaktiven Isotopen und geeigneten Strahlungsempfängern sind bekannt. Derartige Meßgeräte arbeiten nach verschiedenen Verfahren. Es kann sowohl die durchtretende Strahlungsmenge als auch die von dem Prozeßstoff reflektierte Strahlung oder die von dem Stoff ausgehende Sekundärstrahlung gemessen werden. Zur Vergrößerung des Meßeffektes ist ferner ein Gerät bekanntgeworden, das mit einem Strahler und zwei Empfängern ausgerüstet ist. Der eine Empfänger ist gegenüber vom Strahler angeordnet und erfaßt den nicht absorbierten Anteil der Strahlung.Devices for measuring the density of substances with the help of radioactive isotopes and suitable radiation receivers are known. Such measuring devices work afterwards different procedures. It can both the amount of radiation passing through as well the radiation reflected by the process substance or the radiation emanating from the substance Secondary radiation can be measured. To increase the measuring effect is also a Device has become known that is equipped with a radiator and two receivers. One receiver is arranged opposite the emitter and detects the non-absorbed Proportion of radiation.

Der zweite Empfänger liegt außerhalb der Richtung der Primärstrahlung und wird von der Streustrahlung beaufschlagt. Die gewünschte Vergrößerung des Meßeffektes ergibt sich dadurch, daß der direkt angestrahlte Empfänger eine mit steigender Dichte geringere Anzeige liefert, während umgekehrt der Streustrahlungsempfänger einen mit wachsender Dichte größer werdenden Anzeigestrom liefert.The second receiver lies outside the direction of the primary radiation and is acted upon by the scattered radiation. The desired magnification of the measuring effect results from the fact that the directly illuminated receiver is one with increasing density A smaller display, while conversely the scattered radiation receiver delivers one supplies increasing display current with increasing density.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die an sich bekannte Dichtemessung mit Hilfe von Strahlungsempfängern in einem chemischen Reaktor oder einem mit beliebigen Strahlern versehenen Reaktionsgefäß so durchgeführt, daß sie als Maß für den Fortschritt des Reaktionsablaufes dienen kann. Für diese Messung sind besondere Strahler nicht erforderlich, da die für die chemische Umwandlung erforderlichen Strahlungsquellen gleichzeitig für die Dichtemessung benutzt werden. Da die meisten Strahlungsquellen mehrere Arten von Strahlen gleichzeitig aussenden, kann die Anordnung so getroffen sein, daß die den chemischen Umwandlungsprozeß auslösende Strahlung anders geartet ist als die zur Messung des Reaktionsablaufes benutzte Strahlung. In the context of the present invention, the per se known density measurement with the help of radiation receivers in a chemical reactor or one with any The reaction vessel provided with emitters is carried out in such a way that it can be used as a measure of progress can serve the course of the reaction. There are no special emitters for this measurement required because of the radiation sources required for the chemical conversion can be used at the same time for density measurement. As most of the radiation sources emitting several types of beams at the same time, the arrangement can be made in this way be that the The radiation that triggers the chemical conversion process is of a different type is than the radiation used to measure the course of the reaction.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von F i g. 1 und 2 der Zeichnung erläutert. Embodiments of the invention are illustrated with reference to FIG. 1 and 2 of the drawing.

F i g. 1 zeigt im Schnitt einen chemischen Reaktor mit einer Meßvorrichtung für den Reaktionsablauf, während in F i g. 2 ein Reaktionsgefäß mit einem praktisch konstanten Strahler und der zugehörigen Meßvorrichtung dargestellt ist. F i g. 1 shows in section a chemical reactor with a measuring device for the course of the reaction, while in FIG. 2 a reaction vessel with a handy constant radiator and the associated measuring device is shown.

In Fig. 1 ist mit 1 der Mantel eines Reaktors bezeichnet. Der Einfachheit halber sind im Kern des Reaktors nur drei Brennstoffelemente 2, 3 und 4 dargestellt. Die schraffierten Flächen 5, 6,7 und 8 zwischen den Brennstoffelementen stellen einen Schnitt durch den Moderator dar. Mit 9, 10 und 11 sind herausnehmbare Abschirmkörper bezeichnet. Die Steuer-und Sicherheitseinrichtungen für den Reaktor sind nicht dargestellt, da sie für das Verständnis der Anordnung nicht erforderlich sind. Die Prozeßflüssigkeit tritt aus der Öffnungl2 in den Hohlraum über dem Reaktorkern ein. Sie durchströmt die Kanäle zwischen den Brennstoffelementen und dem Moderator und wird dabei einer sehr intensiven Strahlung ausgesetzt, die den gewünschten chemischen Umwandlungsprozeß hervorruft. Der Prozeßstoff tritt durch das Rohr 13 aus dem Reaktor aus. Mit 14 ist eine Vergleichsmeßstrecke bezeichnet, die beispielsweise mit einem Stoff von konstanter und unveränderlicher Dichte gefüllt sein kann. Noch zweckmäßiger ist es, den umzuwandelnden Prozeßstoff zunächst durch diese Vergleichsmeßstrecke und dann erst durch den Reaktorkern zu leiten. Für die Messung des Prozeßablaufes sind zwei Ionisationskammern 15 und 16 vorgesehen, deren Innenelektroden zusammengeschaltet sind und zu einem Verstärker 17 führen. Zwischen den Außenelektroden und der Masse liegen die gegensinnig gepolten Spannungsquellen 18 und 19. Mit 20 ist ein anzeigendes oder schreibendes Meßinstrument bezeichnet. Da man den Reaktor so aufbauen kann, daß in jeder Aussteuerungsphase zwei benachbarte Brennstoffelemente (z. B. 2 und 3) die gleiche Strahlung abgeben, hängt die Anzeige der Vorrichtung nur von den Dichteunterschieden in den: Meßstrecken 13, 14 ab. Mit Hilfe des-Verstärkerausgangsstromes kann man die Durchflußmenge so steuern und regeln, daß der Prozeßstoff den Reaktor mit der gewünschten konstanten Dichte und damit Zusammensetzung verläßt. Bei vorgegebenen Durchflußmengen des Prozeßstoffes besteht auch die Möglichkeit, die Strahlungsintensität im- Reaktor selbst auszusteuern. Als Strahlungsempfänger können außer Ionisationskammern selbstverstandHch auch- andere auf Gammastrahlung ansprechende Empfänger verwendet werden. Die räumliche Anordnung der Hauptmeßstrecke und der Vergleichsmeßstrecke ist keineswegs an das dargestellte Ausführungsbeispiel gebunden. Unter Umständen kann es von Vorteil sein, die Vergleichsmeßstrecke als Zuflußrohr für den Prozeßstoff auszubilden und dieses Rohr oberhalb des Brennstoffelementees 3 so anzuordnen, daß seine Achse mit der des Brennstoffelementes und der Hauptmeßstrecke zusammenfällt. In Fig. 1, 1 denotes the jacket of a reactor. Of simplicity only three fuel elements 2, 3 and 4 are shown in the core of the reactor. Place the hatched areas 5, 6, 7 and 8 between the fuel elements a section through the moderator. With 9, 10 and 11 are removable shielding bodies designated. The control and safety devices for the reactor are not shown, as they are not required for understanding the arrangement. The process fluid enters the cavity above the reactor core from the opening 12. Flows through you the channels between the fuel elements and the moderator and thereby becomes one exposed to very intense radiation, causing the desired chemical conversion process evokes. The process material exits the reactor through pipe 13. At 14 is a comparative measuring section, which is, for example, with a substance of constant and unchangeable density can be filled. Is even more useful it, the process substance to be converted first through this comparison measuring section and then only to pass through the reactor core. For the measurement of the process flow are two ionization chambers 15 and 16 are provided, the internal electrodes of which are interconnected and lead to an amplifier 17. Between the outer electrodes and the ground they are in opposite directions polarized voltage sources 18 and 19. With 20 denotes a indicating or writing measuring instrument. Since you got the reactor can be set up in such a way that in each control phase two adjacent fuel elements (e.g. 2 and 3) emit the same radiation, the display of the device depends only from the density differences in the: measuring sections 13, 14. With the help of the amplifier output current you can control and regulate the flow rate so that the process material enters the reactor leaves with the desired constant density and thus composition. With given Flow rates of the process material also offer the possibility of adjusting the radiation intensity in the reactor itself. Ionization chambers can also be used as radiation receivers Of course, I also used other receivers that respond to gamma radiation will. The spatial arrangement of the main measuring section and the comparison measuring section is in no way bound to the illustrated embodiment. In certain circumstances it can be advantageous to use the comparison measuring section as a feed pipe for the process substance to train and to arrange this tube above the fuel element 3 so that its axis coincides with that of the fuel element and the main measuring section.

In Fig. 2 ist mit 21 der Mantel eines Reaktionsgefäßes bezeichnet, das in seinem Inneren eine starke Strahlungsquelle 22 enthält. Der Prozeßstoff wird durch ein Rohr 23 dem Gefäß zugeführt und fließt über das Rohr 24 ab. In der Nähe des Ablaufrohres ist eine Ionisationskammer 25 so angeordnet, daß die auf sie auftreffende Strahlung in erster Linie den umgewandelten Stoff kurz vor seinem Austritt aus dem Gefäß durchläuft; Die Ionisationskammer wird von einer Spannungsquelle 26 gespeist. Der Verstärker 27 liefert einen Strom, der von dem Instrument 28 angezeigt oder registriert wird. Der Ausgangsstrom des Verstärkers kann wie in F i g. 1 dazu dienen, die Durchflußmenge so zu steuern, daß ein Stoff von bestimmter Dichte und den gewünschten Eigenschaften aus dem Reaktionsgefäß austritt. Die Meßanordnung ist hier einfacher als bei einem chemischen Reaktor, da der Strahler praktisch konstant ist bzw. die Änderung seiner Intensität gesetzmäßig festliegt. Zur Berücksichtigung der Abnahme der Strahlungsintensität genügt eine gelegentliche Nacheichung des Verstärkers. Erforderlichenfalls kann eine Vergleichsmeßstrecke zur Temperaturkorrektur eingesetzt werden. Um zu verhindern, daß durch eine Änderung der Strömungsverteilung innerhalb des Reaktionsgefäßes Meßfehler auftreten, kann man den Weg des Prozeßstoffes durch zusätzliche Strömungsführungen genau festlegen. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, das Abflußrohr mit seiner Öffnung bis an den Strahler heranzuführen und eine gewisse Strecke dieses Abflußrohres als Meßstrecke zu benutzen. Hierdurch wird erreicht, daß nur diejenigen Teile des Stoffes für die Dichtemessung benutzt werden, die bereits längere Zeit im Reaktionsgefäß bestrahlt werden. In Fig. 2, 21 denotes the jacket of a reaction vessel, which contains a strong radiation source 22 in its interior. The process substance becomes is fed to the vessel through a pipe 23 and flows off via the pipe 24. Near of the drain pipe an ionization chamber 25 is arranged so that the impinging on it Radiation primarily affects the converted substance shortly before its exit from the Vessel passes through; The ionization chamber is fed by a voltage source 26. The amplifier 27 supplies a current which is indicated by the instrument 28 or is registered. The output current of the amplifier can be as shown in FIG. 1 serve to to control the flow rate so that a substance of a certain density and the desired Properties emerges from the reaction vessel. The measuring arrangement is simpler here than with a chemical reactor, since the emitter is practically constant or the Change in its intensity is determined by law. To take into account the acceptance An occasional recalibration of the amplifier is sufficient for the radiation intensity. If necessary, a comparison measuring section can be used for temperature correction will. To prevent that by changing the flow distribution within measurement errors occur in the reaction vessel, one can follow the path of the process substance through precisely define additional flow guides. In particular, it can be useful be to bring the drain pipe with its opening up to the radiator and a to use a certain distance of this drainpipe as a measuring section. This achieves that only those parts of the material are used for density measurement that are already irradiated for a long time in the reaction vessel.

Claims

Claims: 1. Method for monitoring and based thereon Control of the course of chemical reactions that are more energetic through action Radiation, for example a reactor, and in which the density of the Reaction product is a measure of the course of the reaction, characterized in that that the absorption occurring in the reaction product is one of those causing the reaction Radiation source outgoing radiation is determined as a measure of the density.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that in a reaction vessel (21) a strong radiation source (22) of practically constant intensity and a radiation receiver (25) is provided is, which reduced the intensity of the process substance irradiated through Absorbs radiation.

3. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that in a reaction vessel (1), in addition to one, several fuel elements (2, 3, 4) having and surrounded by the process material chemical reactor a irradiated by a fuel element (3) and with the process substance that has already been converted charged measuring section (13), one irradiated by a fuel element (2) and with a comparison medium filled comparison section (14) and two known per se Way mutually connected radiation receivers (15, 16) are provided.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that in a reaction vessel, in addition to one, several fuel elements having and surrounded by the process substance chemical reactor in the direction of Longitudinal axis of a fuel element on one side of this element one of the converted process material flowing through the measuring section and on the other side of this element a comparison section through which the incoming process flows is arranged, the associated radiation receiver in a known manner are connected against each other in order to reduce the influence of the modulation of the reactor to switch off dependent and changing radiation intensity.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the output current of the radiation receiver arranged in the measuring section corresponds to the chemical Reactor drives so strongly that the process material with constant density and so that a certain chemical composition emerges from the reactor.

6. Apparatus according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that the process substance or reference substance penetrating gamma radiation with With the help of ionization chambers, their ionization currents are measured after amplification indicating or writing measuring devices (20) flow through and the flow rate of the Process material control so that this material with a constant density and thus a certain chemical composition emerges from the reaction vessel.

Publications considered: Nucleonics, 17, 1959, no.3, P. 96 ff.