DE1284643B - Anordnung zur Messung von Volumenveraenderungen bzw Verschiebungen eines Pruefstuecks im Core eines Kernreaktors mittels eines Hochfrequenzresonators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung vorgesehen, wobei die von der Halbleiterdiode er-

von Volumenveränderungen bzw. Verschiebungen zeugte Spannung eine automatische Frequenzsteue-

eines Prüfstücks im Core eines Kernreaktors. rung des Höchstfrequenzgenerators steuert, um seine

Zur Durchführung solcher Messungen sind bereits Frequenz auf die Resonanzfrequenz des Meßhohl-

mehrere Arten von Vorrichtungen bekannt. Bei eini- 5 raums abzustimmen.

gen von ihnen verfolgt man die Veränderung des Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung

Volumens mit Hilfe einer Mikrometerschraube. Be- folgt die Hochfrequenz der vom Generator erzeugten stimmte elektrische Vorrichtungen verwenden Meß- Welle automatisch der Resonanzfrequenz des Meßeinrichtungen mit einem Potentiometer, einem Diffe- hohlräume, wobei die Registrierung gegebenenfalls rentialtransformator oder einem Druckspannungs- io mit Hilfe eines Hochfrequenzzählers vorgenommen messer. Schließlich messen andere Vorrichtungen die werden kann. In diesem Fall besteht der Generator Gasdurchflußmenge in einem Kreislauf, wo die zu aus einem elektronisch abstimmbaren Generator untersuchenden Dimensionsveränderungen eine Ver- (Klystron).

änderung des Druckabfalls bewirken. Diese Vorrichtung zeichnet sich dann dadurch aus,

Diese Vorrichtungen lassen sich nur schwer im 15 daß die von der Halbleiterdiode erzeugte Spannung Inneren eines Kernreaktors oder einer entsprechen- ein Regelglied zur automatischen Frequenzabstimden Anordnung verwenden. Manche ihrer Konstruk- mung des Klystrons steuert, das auf dessen Steuertionswerkstoffe sind gegen erhöhte Temperaturen und spannung einwirkt, um diese Frequenz auf die Reso-Bestrahlung nicht beständig. Andererseits sind be- nanzfrequenz des Meßhohlraums einzustellen, stimmte mechanische Einstellungen in einem Kern- ao Die erfindungsgemäße Anordnung dient insbesonreaktor unmöglich und die Messungen darin gestört, dere zur fortlaufenden Messung von Dimensionsverinsbesondere, falls das System eine elektrische Iso- änderungen eines im Core eines Kernreaktors, beilierung oder den Kreislauf eines Mediums erfordert. spielsweise bei tiefer oder hoher Temperatur, be-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese strahlten Prüfstücks. Bei dieser Anordnung brauchen Nachteile zu beheben und einen Detektor von gerin- 25 der Bestrahlung nur metallische Teile ausgesetzt zu gern Raumbedarf zu schaffen, der eine große Emp- werden, in denen keinerlei Medium strömt und die findlichkeit besitzt und in einem weiten Bereich von auch keine elektrische Isolierung aufweisen. Die AnTemperaturen und Drücken arbeitet. Ein solches Ordnung erfordert keinerlei mechanische Regelung Gerät soll auch eine kontinuierliche Messung ermög- innerhalb des Reaktors.

liehen und sie gegebenenfalls registrieren. Schließlich 30 Die Erfindung wird erläutert durch die folgende soll die Messung selbst an einer vom Prüfstück ent- Beschreibung einer Ausführungsform, die nur ein fernten Stelle vorgenommen werden können. Beispiel darstellt und sich auf die Figuren bezieht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Hohl- Hierin zeigt

raumresonator benutzt. F i g. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur

Die Anordnungen zur Messung von Volumenver- 35 Messung der Volumenveränderung (Verdrängungen) änderungen bzw. Verschiebungen eines im Core eines eines Prüfstücks mittels einer von Hand regelbaren Kernreaktors oder in der Nähe einer radioaktiven Mikrometerschraube unter Benutzung eines Reflex-Quelle angeordneten Prüfstücks mittels eines Höchst- klystrons,

frequenzresonators zeichnet sich erfindungsgemäß F i g. 2 und 3 Darstellungen der Veränderungen

dadurch aus, daß das zu untersuchende Prüfstück in 40 der Leistung eines Reflexklystrons und seiner Areinem hermetisch abgeschlossenen Behälter enthalten beitsfrequenz bei Veränderung seiner Reflektorspanist, dessen Deckel mittels eines Metallbalgs mit einem nung,

im Behälterinnenraum angeordneten beweglichen F i g. 4 eine abgewandelte, automatisch arbeitende

Haltekopf dicht verbunden ist, das eine Ende des Vorrichtung zur Messung einer Volumenveränderung Prüfstücks in einem am Boden des Behälters befestig- 45 (Verdrängung), die ebenfalls eine Höchstfrequenzten Haltekopf und das andere Ende des Prüfstücks generatorröhre benutzt,

an einem relativ zu diesem Haltekopf beweglichen F i g. 5 eine Meßzelle zur Untersuchung des Krie-

zweiten Haltekopf befestigt ist, der mit dem Ab- chens einer Uranprobe bei Bestrahlung im Core eines stimmkolben eines von einem außerhalb des Kern- Kernreaktors, reaktors angeordneten Höchstfrequenzgenerator ge- 50 F i g. 6 eine Anlage unter Verwendung der bis auf speisten Meßresonanzhohlraums starr verbunden ist. den Boden eines Schwimmbeckenreaktors eingetauch-Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser An- ten Kriechmeßzelle der F i g. 5.

Ordnung speist der Höchstfrequenzgenerator den Bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung ist das

durch einen Richtkoppler mit einem Vergleichshohl- eine Formveränderung erfahrende Prüfstück 2 mit raum und einer Halbleiterdiode verbundenen Meß- 55 dem Kolben 4 eines Meßhohlraums 6 verbunden, der hohlraum, wobei die von der Halbleiterdiode ge- mittels eines Höchstfrequenzgenerators (Reflex-Klylieferte Spannung auf dem Schirm eines OsziUoskopen stron) 8 über ein Entkopplungsglied 10, um eine erscheint, dessen Kippspannung durch Einwirkung Rückwirkung des Hohlraums 6 auf den Generator 8 auf die Steuerspannung des Höchstfrequenzgenerators zu verhindern, und ein Dämpfungsglied 12 gespeist zu dessen Modulierung dient. 60 wird. Es sei besonders bemerkt, daß der Meßhohl-

Die Verwendung dieser Vorrichtung erfordert die raum 6, der vom Dämpfungsglied sehr weit entfernt Anwesenheit einer Bedienungsperson, die die Ab- sein kann, mit diesem durch einen Hohlleiter 14 Verstimmung des Vergleichs-Resonanzhohlraums bei bunden ist. Dieser umfaßt einen Richtkoppler 16, Beginn und Ende der Messung einstellen muß. dessen Sekundärzweig 18 mit einem Vergleichshohl-

Bei einer weitergebildeten bevorzugten Ausfüh- 65 raum 20 und einer Halbleiterdiode 22 verbunden ist. rungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist Die von dieser Diode erzeugte Spannung wird an

daher eine automatische Frequenzsteuerung des die Platten der senkrechten Ablenkung eines Oszilloelektronisch abstimmbaren Höchstfrequenzgenerators skops 24 angelegt, dessen waagerechte Kippspannung

3 4

als Sägezahnprofil der Stromversorgungsvorrichtung rator ein elektronisch abstimmbares Reflex-Klystron 26 des Klystrons zugeführt wird, um die an dessen 32. Es wird von einer Vorrichtung 34 gespeist, die Reflektor angelegte Spannung zu modulieren. Der selbst im Verlauf der automatischen Betriebs-Hohlraum 20 dient zur Durchführung genauer Ver- phasen von einer mit der Halbleiterdiode verbungleichsmessungen, man kann die Verschiebungen des 5 denen automatischen Frequenzsteuerung 36 gesteuert Kolbens 28 dieses Hohlraums mittels einer Mikro- wird,
meterschraube 30 genau messen. Um die Vorrichtung von Hand regeln zu können,

Das mit der Stromversorgungsvorrichtung 26 ver- ist zwischen der automatischen Frequenzsteuerung 36

bundene Klystron 8 arbeitet im 10-GHz-Bereich und und der Stromversorgungsvorrichtung 34 ein Schalter

erzeugt eine Welle, die dem Meßhohlraum 6 züge- io 38 angeordnet, um die Frequenzsteuerungsvorrich-

leitet wird. tung während der Handregelung abzuschalten. Selbst-

Wie erläutert, wird die von der Stromversorgungs- verständlich muß bei eingeschalteter automatischer

vorrichtung 26 gelieferte Reflektorspannung ampli- Frequenzsteuerung die Verbindung zwischen dem

tudenmoduliert durch die Spannung des waagerech- Oszilloskop 24 und der Vorrichtung 34 unterbrochen

ten Kippens des Oszillographens 24, woraus eine Ver- 15 sein, was mittels des Schalters 40 geschieht. Das auto-

änderung der Leistung folgt, die zum Auftreten von matisch arbeitende Gerät der F i g. 4 ermöglicht, die

Kurven-, B, C (Fig. 2) führt. Der Hohlraum6 ab- Betriebsfrequenz des Klystrons und die Resonanz-

sorbiert die Energie bei seiner Resonanzfrequenz, die frequenz des Hohlraums 6 automatisch auf einen

von der Stellung seines Kolbens 4 abhängt. Diese vom gleichen Wert einzustellen.

Hohlraum 6 reflektierte Energie wird mittels des 20 Es ist infolgedessen notwendig, die Frequenz der

Richtkopplers 16 der Halbleiterdiode 22 zugeführt, von der Vorrichtung 32 erzeugten Welle zu messen,

und die Schwankungen in Abhängigkeit von der Re- was mit Hilfe des Höchstfrequenzzählers 42 geschieht,

flektorspannung erscheinen auf dem Schirm des Die Kopplung zwischen dem Hohlleiter 14 und die-

Oszilloskops 24. sem Zähler wird mittels eines gekreuzten Richtkopp-

Wie erläutert, ist der Vergleichs- oder Eichhohl- 25 lers 44 bei 20 Dezibel (db), eines Rechteckleiterabraum 20 parallel zu der mit der Halbleiterdiode ver- Schnitts 46, eines Anpaßstücks, eines Koaxialleiters bundenen Linie geschaltet und absorbiert ebenfalls 48 und eines Koaxialleiterabschnitts 50 hergestellt. Energie bei seiner Resonanzfrequenz, wobei das be- Es sei bemerkt, daß der eine der Zweige des Richtobachtete Oszillogramm das Aussehen der in F i g. 3 kopplers 44 mit einer reflexionslosen Endvorrichtung gezeigten Kurve hat. Die allgemeine Form dieser 30 52 verbunden ist.

Kurve α entspricht einer Leistungskurve des Reflex- Das Gerät der F i g. 4 besitzt zwei Betriebszu-

Klystrons, die Spitze b entspricht der Absorption des stände, das Ingangsetzen und den automatischen Be-

Meßhohlraums 6, während die Spitze c der Absorp- trieb.

tion des Vergleichshohlraums 20 entspricht. Wenn Während der ersten Betriebsphase ist der Schalter

die beiden Hohlräume gleiche Abmessungen haben, 35 40 geschlossen (Leiter), während der Schalter 38

braucht man nur die Mikrometerschraube 30 in der offen ist (Nichtleiter), und das Klystron wird so ge-

Weise zu verschieben, daß die beiden Spitzen sich regelt, daß die Frequenz der von ihm erzeugten Welle

überlagern, um die Volumenveränderung (Verdrän- gleich der Resonanzfrequenz des Meßhohlraums 6

gung oder Verschiebung) des untersuchten Prüfstücks ist. Der Vergleichshohlraum 28 dient zur Durchf üh-

zu messen. Eine Relatiwerschiebung wird dann di- 40 rung einer Vergleichsmessung der Resonanzfrequenz

rekt an der Mikrometerschraube abgelesen, und die des Hohlraums 6. Zur Durchführung der ersten Be-

Meßgenauigkeit ist die gleiche wie die des Mikro- triebsphase (Ingangsetzen) verwendet man das Os-

meters. zilloskop 24, dessen Spannung der waagerechten

Eine Bedienungsperson muß die Stellung der Mi- Kippung an die Stromspeisungsvorrichtung 34 ange-

krometerschraube 30 regeln, um die Volumenverän- 45 legt wird, die dann dem Reflektor des Klystrons 32

derung bzw. Verschiebung des Prüfstücks messen zu eine modulierte Spannung zuleitet. Man bewirkt dann

können. mittels der elektronischen Regelung der Röhre eine

Gemäß einer Abwandlung dieser Ausführungsform Einstellung ihrer mittleren Betriebsfrequenz auf die werden der Meßhohlraum und der Vergleichshohl- Resonanzfrequenz des Hohlraums 6.
raum getrennt gespeist, wobei jeder von ihnen mit 50 Das Gerät kann dann automatisch arbeiten. Man einer Halbleiterdiode verbunden ist, und die von den öffnet den Schalter 40 und schließt den Schalter 38. beiden Dioden erzeugten Spannungen werden ge- Infolge der Tätigkeit der automatischen Frequenztrennt auf dem Schirm des Oszilloskops abgebildet. steuerung wird dem Reflektor dieser Röhre eine Zur Abstimmung des Vergleichshohlraums braucht kleine Wechselspannung zugeführt, so daß die Freman nur die der jeweiligen Spannung entsprechenden 55 quenz der von ihm erzeugten Welle moduliert ist. Spitzen zu überlagern. Der Kolben 4 verschiebt sich entsprechend den Ver-

Eine Vorrichtung des in F i g. 1 gezeigten Typs formungen des Prüfstücks 2, und die Frequenz des

wurde hergestellt und ermöglichte Messungen von in Resonanz stehenden Meßhohlraums 6 wird verän-

Verschiebungen bis zu 2 mm mit einer Auflösungs- dert, woraus sich ergibt, daß die vom Hohlraum 6

stärke von 0,05 °/o und einer Genauigkeit von besser 60 zum Halbleiterdetektor 22 reflektierte Welle von der

als O,l^fl/o. Absorptionskurve des Hohlraums abhängt. Die von

Die in F i g. 4 gezeigte Vorrichtung arbeitet auto- der Diode 22 erzeugte Spannung mißt also die Vermatisch und erfordert nur zum Ingangsetzen das Ein- Stimmung dieses Hohlraums und kann als Fehlergreifen einer Bedienungsperson. Die Vorrichtungen signal benutzt werden, um die automatische Freder F i g. 1 und 4 weisen eine Anzahl identischer 65 quenzsteuerung 36 zu steuern, da die Amplitude und Elemente auf, die mit den gleichen Bezugszahlen be- das Vorzeichen dieses Signals vom Abstand zwischen zeichnet sind. der Betriebsfrequenz des Klystrons 32 und der Re-

Hier ist der mit Höchstfrequenz arbeitende Gene- sonanzfrequenz des Hohlraums 6 abhängen.

Die automatische Frequenzsteuerung formt das Fehlersignal in eine Gleichspannung um, die zur Korrektur des Frequenzabstands dient, indem der Mittelwert der an den Reflektor angelegten Spannung sowie die elektronische Abstimmspannung des KIystrons verändert werden.

Insgesamt ergibt sich bei einer Verschiebung des Kolbens des Hohlraums 6 durch das Prüfstück 2 über den das Gerät 36 umfassenden automatischen Frequenzsteuerkreis eine Veränderung der Frequenz des Klystrons 32.

Infolge des gekreuzten Richtkopplers 44 wird ein Teil der Ultrahochfrequenzwelle dem Zähler 42 zugeleitet, der die in Abhängigkeit von den Verschiebungen des Kolbens 4 des Hohlraums 6 auftretenden Frequenzveränderungen mißt, die gegebenenfalls auch unmittelbar aufgezeichnet werden können.

F i g. 5 zeigt eine Kriechmeßzelle A, die mit einem Resonanzhohlraum 6 verbunden ist, um die Verformungen eines Prüfstücks 2 zu untersuchen. Dieses ist in einer mit einer NaK-Legierung gefüllten Kammer mit metallischer Wand 54 angeordnet. Das Prüfstück wird durch zwei Spannbacken oder Halteköpfe in der richtigen Stellung gehalten, von denen der eine 56 mit dem Boden des unteren Teils der Kammer fest verbunden ist, während der andere 58 beweglich und mechanisch mit dem Kolben 4 des Hohlraums 6 verbunden ist.

Es sei bemerkt, daß zur Gewährleistung der Dichtigkeit der Meßzelle der obere Teil des Haltekopfs 58 mit dem Deckel 60 der Kammer 54 durch einen Metallbalg 62 verbunden ist.

Das Prüfstück 2 wird einer starken Zugspannung unterworfen, indem man in der Kammer einen größeren Druck als der Außendruck erzeugt. Heizwiderstände 64 ermöglichen die Regelung der Temperatur des Prüfstücks, die mit Hilfe von Thermoelementen 66 gemessen wird.

Die Kammer wird von einer mit dem Mantel 70 fest verbundenen Grundplatte 68 gehalten, und eine mit diesem Mantel verbundene Manschette 72 ist mit Rippen versehen, um den Wärmeaustausch mit dem in einem Kanal 74 strömenden Kühlwasser zu verbessern.

Die ganze Anordnung ist in einer Hülse 76 enthalten, die beispielsweise in das Wasser eines Schwimmbeckenreaktors eingetaucht werden kann.

Die Längenveränderungen des Prüfstücks bewirken die Verschiebung des Kolbens 4 des Hohlraums 6, da der Kopf des Kolbens mittels einer Feder 78 mit einem Kopf 58 in Berührung gehalten wird. Außerhalb der Kammer ist ein Leckdetektor 80 zur Anzeige von Lecks der NaK-Legierung angeordnet.

Wenn man Messungen von Verformungen des Prüfstücks 2 unter Bestrahlung in einem Schwimm- beckenreaktorB (Fig. 6) durchführen will, wird die Anordnung von Kammer A und Hülse 76 (F i g. 5) in einer auf dem Gitter 84 des Cores 86 des Reaktors aufsitzenden Wasserbüchse 82 am Boden des Schwimmbeckens angeordnet. Die Hülse 76 ist mittels eines Anschlußkastens 90 mit einem den Hohlleiter 14 sowie die verschiedenen elektrischen und anderen Leitungen enthaltenden Rohr 88 verbunden. Dieses Rohr 88 tritt aus dem Wasser heraus und trägt an seinem oberen Teil einen Anschluß 92, mit dessen Hilfe die verschiedenen Verbindungen hergestellt werden können.

Eine hergestellte Anlage des beschriebenen Typs zeigte folgende Leistungen:

Meßbare maximale Verschiebung 7 mm

Meßgenauigkeit unter 5 μ

Ansprechzeit etwa 5 -1O^-11 Sek.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von Volumenveränderungen bzw. Verschiebungen eines im Core eines Kernreaktors oder in der Nähe einer radioaktiven Quelle angeordneten Prüfstücks mittels eines Höchstfrequenzgenerators, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Prüfstück (2) in einem hermetisch abgeschlossenen Behälter (54, 56, 60, 62) enthalten ist, dessen Deckel (60) mittels eines Metallbalgs (62) mit einem im Behälterinnenraum angeordneten beweglichen Haltekopf (58) dicht verbunden ist, das eine Ende des Prüfstücks (2) in einem am Boden des Behälters befestigten Haltekopf (56) und das andere Ende des Prüfstücks (2) am relativ zum Haltekopf (56) beweglichen Haltekopf (58) befestigt ist, der mit dem Abstimmkolben (4) eines von einem außerhalb des Kernreaktors angeordneten Höchstfrequenzgenerator gespeisten Meßresonanzhohlraums (6) starr verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Höchstfrequenzgenerator (8), der den durch einen Richtkoppler (16) mit einem Vergleichshohlraum (20) und einer Halbleiterdiode (22) verbundenen Meßhohlraum (6) speist, wobei die von der Halbleiterdiode (22) gelieferte Spannung auf dem Schirm eines Oszilloskops (24) erscheint, dessen Kippspannung durch Einwirkung auf die Steuerspannung des Höchstfrequenzgenerators zu dessen Modulierung dient.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Halbleiterdiode (22) erzeugte Spannung eine automatische Frequenzsteuerung (36) des elektronisch abstimmbaren Generators (32) steuert, um seine Frequenz auf die Resonanzfrequenz des Meßhohlraums (6) abzustimmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen