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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von radioaktiven
Spaltprodukten in einem Gasstrom. Die Anordnung kann beispielsweise angewendet werden
zum Feststellen von Schutzhüllendefekten der Brennstoffelemente von gas- und wassergekühlten
Kernreaktoren, wobei bei letzteren der aus dem Entgaser kommende Gasstrom zur Messung
herangezogen wird. Außerdem eignet sich die Anordnung besonders gut zur Messung
der Konzentration von gasförmigen radioaktiven Spaltprodukten in einer Experimentierschleife
zum Testen von Brennstoffelementen.
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Es sind bereits mehrere Anordnungen bekannt, die im Prinzip so aufgebaut
sind, daß im Gasstrom Elektroden zum Präzipitieren der Spaltprodukte angeordnet
sind, die an einer elektrischen Spannungsquelle liegen. Die auf einer der Elektroden
niedergeschlagenen radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte werden mittels eines Strahlungsdetektors
nachgewiesen, an den Verstärker-, Impulsformer-, Integrations- und Registriereinrichtungen
geschaltet sind.
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Hinsichtlich des Präzipitations und Nachweisvorganges sind zwei Varianten
bekannt.
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Die eine Variante besteht darin, daß zur Vermeidung einer Beeinflussung
des Meßergebnisses durch die parasitäre Radioaktivität des Gases (z. B.
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Argon 41, Stickstoff 16) zwischen beiden Vorgängen eine örtliche und
zeitliche Trennung vorgenommen ist, indem die Elektrode, auf der die radioaktiven
Spaltgasfolgeprodukte niedergeschlagen werden, als Metalldraht oder als walzenförmiger
Körper ausgebildet ist, die durch den Gasstrom hindurch zu einem außerhalb der Gasleitung
angeordneten Strahlungsdetektor bewegt werden. Ein Mangel dieser Variante besteht
darin, daß durch die bewegten Teile zwangläufig eine erhöhte Störanfälligkeit vorhanden
ist. Weiterhin ist es infolge der zeitlichen Trennung der beiden Vorgänge nicht
möglich, sehr kurzlebige Spaltgasfolgeprodukte nachzuweisen.
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Bei der anderen Variante ist die Elektrode, auf der die radioaktiven
Spaltgasfolgeprodukte niedergeschlagen werden, als Metallplatte stationär im Gasstrom
angeordnet. Vor dieser Anordnung ist in der Gasleitung entweder eine großvolumige
Vorkammer eingebaut, in der eine zeitweise an einer negativen Spannung liegende
und so als Ionenventil wirkende Elektrode angeordnet ist, oder es ist in der Gasleitung
ein elektromechanisches Ventil zur Unterbrechung des Gasstromes vorgesehen. Diese
Variante hat jedoch den Nachteil, daß infolge des Vorhandenseins der Vorkammer bzw.
des Ventils der technische Aufwand und der Raumbedarf relativ groß sind.
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Eine zur Berücksichtigung der parasitären Radioaktivität erforderliche
besondere elektronische Vergleichs- oder Subtraktionsanordnung führt zu einer weiteren
Erhöhung des technischen Aufwandes.
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Hinzu kommt der Mangel, daß keine kontinuierliche Messung möglich
ist, da zeitliche Pausen bei geschlossenem Ionenventil bzw. bei unterbrochenem Gas
strom zur Messung der parasitären Radioaktivität notwendig sind.
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Es wurde auch bereits eine Anordnung mit mehreren stationär in einem
großvolumigen Präzipitationsgefäß angeordneten und je einem Strahlungsdetektor zugeordneten
Abscheideelektroden vorgeschlagen, die gegen das Präzipitationsgefäß auf Spannung
liegen und das empfindliche Volumen des Detektors mindestens teilweise umschließen.
Die
Abscheideelektroden sind hierbei in einem vorgegebenen Zyklus an die Abscheidehochspannung
anschaltbar. Als Strahlungsdetektor sind nach einem Ausführungsbeispiel Miniaturzählrohre
vorgesehen, welche sich jeweils durch einen Isoliermantel isoliert innerhalb der
ringförmig ausgebildeten Abscheideelektrode befinden.
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Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anordnung,
welche mit relativ geringem Aufwand und verminderter Störanfälligkeit eine den Erfordernissen
der Praxis entsprechende und genaue Überwachung von radioaktiven Gasströmen erlaubt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Messen
von radioaktiven Spaltprodukten in einem Gasstrom mit mindestens einem stationär
im Gasstrom mit engem Zwischenraum zwischen den Elektroden angeordneten Elektrodenpaar,
das zur Abscheidung der Spaltgasfolgeprodukte mit einer Spannungsquelle verbunden
ist und dem ein Strahlungsdetektor, dem Verstärker-, Impulsformer-, Integrations-
und Registriereinrichtungen nachgeschaltet sind, zugeordnet ist, so auszubilden,
daß mit einfachen technischen Mitteln sämtliche im Gasstrom erfaßbaren Radioaktivitäten
und deren zeitlichen Anderungen möglichst kontinuierlich ohne Verzögerung bei guter
zeitlicher Auflösung und unter Berücksichtigung der parasitären Radioaktivität gemessen
werden können.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere getrennte,
jeweils einem eigenen Strahlungsdetektor zugeordnete Elektrodenpaare im gleichen
Gasstrom angeordnet sind, daß jeweils eine Elektrode jedes Paares in bereits vorgeschlagener
Weise über Umschalter wahlweise an die Spannungsquelle anschaltbar ist und daß vor
die Registriereinrichtung ein Differenzierglied geschaltet ist. Nach einer zweckmäßigen
Ausführungsform der Erfindung sind die Elektrodenpaare im Gasstrom hintereinander
oder, falls dieser in mehrere Zweige aufgeteilt ist, in jeweils einem Zweig angeordnet.
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Jeder der Strahlungsdetektoren ist unmittelbar an der der Gegenelektrode
abgewandten Seite der plattenförmig ausgebildeten Abscheideelektrode des jeweiligen
Elektrodenpaares angeordnet. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares
beträgt 0,1 bis 20 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm.
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Infolge des engen Zwischenraum es zwischen den Elektroden eines jeden
Elektrodenpaares ist die Beeinflussung des Meßergebnisses durch parasitäre Radioaktivität
des Meßgases vernachlässigbar klein.
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Durch die Verwendung mehrerer Elektrodenpaare im gleichen Gasstrom
und des Umschalters ist es möglich, wechselweise jeweils nur eines dieser Elektrodenpaare
wirken zu lassen. Daraus ergibt sich in meßtechnischer Hinsicht der Vorteil, daß
der Registriereinrichtung kontinuierlich ohne Totzeiten die erforderlichen Meßwerte
zugeführt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in
deren hohem Auflösungsvermögen, insbesondere für änderungen der Spaltgaskonzentration
im Gasstrom, da der Anteil der langlebigen radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte am
Informationsinhalt gering ist. Hierzu tragen der intermittierende Betrieb der Elektroden,
die durch die zweckmäßige Ausbildung und Anordnung der Elektroden bewirkte orts-
und zeitgleiche Sammlung und Messung der Ionen sowie die infolge des Differenziergliedes
mögliche
Auswertung der Anfangssteilheit des Aktivitätsverlaufes
bei. Sehr günstig wirkt sich weiterhin der einfache Aufbau der Anordnung, insbesondere
die Gestaltung und Anordnung der Elektroden, auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit
des gesamten Meßvorganges aus.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen schematischen Funktionsplan
einer erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 in Schnittdarstellung Einzelheiten einer
in F i g. 1 dargestellten Meßkammer.
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Wie aus Fig. 1 entnommen werden kann, wird aus dem zu überwachenden
Gasstrom 1 mittels einer Pumpe 2 über geöffnete Ventile 3 ein Gasstrom 4 abgezweigt.
Er führt, falls erforderlich, über einen Wärmetauscher 5, einen Staubfilter 6 und
einen Strömungswächter 7 zu in Durchflußrichtung hintereinander angeordneten Meßkammern
8. Jede dieser in F i g. 2 ausführlicher dargestellten Meßkammern 8 weist eine an
einem Isolator 9 angeordnete Elektrode 10 und dieser genau gegenüberliegend einen
Strahlungsdetektor mit einem für ß-Teilchen empfindlichen plattenförmigen Szintillator
11 auf. Direkt am Szintillator 11 liegt auf der dem Gasstrom zugewandten Seite eine
für p-Teilchen durchlässige, elektrisch leitende Refiexionsfolie 12 bündig an. Sie
hat Verbindung mit dem Erdpotential und dient zugleich als zweite Elektrode. Der
Abstand zwischen den beiden Elektroden 10 und 12 ist dabei vorteilhafterweise so
extrem klein gehalten, daß gerade noch der erforderliche Gasdurchfluß gewährleistet
ist, und beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2 mm. An den Szintillator 11 schließt sich
ein Sekundärelektronenvervielfacher 13, ein Vorverstärker 14 und über einen Kontakt
15 ein Impulsverstärker 16, ein Impulsformer 17, ein Impulsintegrator 18 und zusätzlich
ein Differenzierglied bzw. Differenzierverstärker 19 an. Das Meßergebnis wird schließlich
von einem angeschlossenen Registriergerät 20 geschrieben oder gedruckt. Zur gleichen
Zeit, während der eines von mehreren Relais 21 einen der Kontakte 15 schließt, wird
auch über einen der Kontakte 22 eine Spannungsquelle23 mit jeweils einer der Elektroden
10 verbunden. Die Relais 21 werden abwechselnd und nacheinander von einem Programmzeitgeber
24 und einer Hilfsspannungsquelle 25 gesteuert. Somit ergibt sich für die Anordnung
folgende Wirkungsweise: Wird, wie in F i g. 1 dargestellt, über den linken Kontakt
22 eine positive Spannung an die Elektrode 10 der linken Meßkammer 8 gelegt, so
werden die positiv geladenen Spaltgasfolgeprodukte des Gasstromes 4 auf der Refiexionsfolie
12 des Strahlungsdetektors 11 elektrostatisch niedergeschlagen und zugleich, da
der linke Kontakt 15 geschlossen ist, die Steilheit des Aktivitätsanstieges gemessen.
Die Dauer
dieser Arbeitsperiode wird auf dem Programmzeitgeber 24 so kurz eingestellt,
beispielsweise in der Größenordnung von Minuten oder 10 Minuten, daß nur der linear
ansteigende Aktivitätsverlauf auftritt und somit nach der Differentiation als Endergebnis
ein konstanter Wert registriert wird. Die nächste Arbeitsperiode übernimmt die mittlere
Meßkammer 8 usf.
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An die Elektrode 10 kann auch eine negative Spannung gelegt werden.
Die positiven Spaltgasfolgeprodukte werden dann auf der Elektrode 10 niedergeschlagen.
Die positive bzw. negative Spannung wird zweckmäßigerweise so groß gewählt, daß
zwischen den Elektroden 10 und 12 die maximal noch zulässige Feldstärke E auftritt.
Für den optimalen Durchfluß Q des Probegases ergibt sich die Näherung Q = F b E,
wobei F die sogenannte Niederschlagsfläche der Elektrode und b die Ionenbeweglichkeit
der radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte ist.