DE1589444A1

DE1589444A1 - Einrichtung zur Zustandsmessung eines verdampfbaren Kuehlmittels in einem Kernreaktor

Info

Publication number: DE1589444A1
Application number: DE19671589444
Authority: DE
Inventors: Ward Arthur C
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1966-08-26
Filing date: 1967-05-08
Publication date: 1972-04-20
Also published as: DE1589444B2; DE1589444C3; GB1115850A; US3376200A

Description

Anmelder: Atomic Energy of Canada Limited, 150 Kent Str.eet, Ottawa, Ontario, Canada : .

Einrichtung zur Zustandsmessung eines verdampfbaren Kühlmittels

in einem Kernreaktor ■

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren, zur Zustandsmessung eines verdampfbaren Kühlmittels in einem . Kernreaktor. ,

;.-"-.. Die Messung des Zustande (das heißt der Gewichtsprozente von Dampf■in einem Gemisch von Flüssigkeit und Dampf) eines einen Reaktor verlassenden Kühlmittels ist schwierig, da sie normalerweise die.Durchdringung des das Kühlmittel enthaltenden Rohrs bedingt, was einerseits zu einer Beeinflussung des Durchflusses und zu einer gewissen Unsicherheit führt, ob die Kühlmittelprobe representativ für den mittleren Zustand ist (wegen der Trennung von Dampf und Flüssigkeit in dem Rohr). Andere Meßmethoden sind vorgeschlagen worden, von denen die geeignetste, obwohl sie die Schwierigkeit der Rohrdurchdringung vermeidet, eine besondere Bestrahlung und den Machweis der vom Kühlmittel durch Compton-Effekt gestreuten !Photonen benötigt.

Unter Vermeidung der Schwierigkeiten und Nachteile bekannter Verfahren wird durch die Erfindung ein genaues Verfahren ζ,μαΓ Bestimmung des Kühlmittelzustands angegeben, das keine besondere Bestrahlungsquelle für- die Messung benötigt. ,-

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Bine Einrichtung' zur Zustandsmessung eines verdampfbaren Kühlmittels in einem Kernreaktor mit einem durch das Gore verlaufenden "Einmaldurchlauf "-Kühlmittelkanal, mit einer Einrichtung zur Einleitung des Kühlmittels in den Kanal zur Erwärmung und neutronenbestrahlung des Kühlmittels ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen detektor, der auf verzögert nach der neutronenbestrahlung erzeugte κ-Strahlung anspricht und von deren Intensität abhängige Signale erzeugt, sowie in der Nähe des Kühlmittelkanals an einer Stelle angeordnet ist, an der das Kühlmittel aus dem Core austritt, so daß die durch den Detektor erzeugten Signale ein Maß für die Dichte des Kühlmittels an dieser Stelle sind.

Die vom Detektor erhaltenen Signale können, an einen Heehner abgegeben werden, der auch andere Ausgewählte Eingangssignale zur Bestimmung des Kühlmittelzustands an der erfassten Stelle erhält. Der Reaktor kann eine Einrichtung aufweisen, die auf. den Kühlmitteldurchf luß_ und' die Temperatur am Einlaß des Kanals anspricht, um Signale in den Rechner einzugeben. Wenn das Kühlmittel Sauerstoff enthält, sollte der Detektor vorzugsweise auf V-Strahlung mit einer Energie von etwa 6 MeV ansprechen, die beim Zerfall von N erzeugt wird.

Ein Verfahren zur Zustandsmessung eines verdampf baren Kühlmittels in einem Kernreaktor ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel so ausgewählt wird, daß es einer verzögerten Erzeugung von r-Strahlung bei lieutronenbestraaliang unterliegt, daß das Kühlmittel durch das 0ör@ eines Kernreaktors geleitet wird, das der Durchfluß des Kühlmittels in -dem Kanal gemessen wird, daß die (temperatur des in den Kanal eintretenden Kühlmittels gemessen wird, daß die toh dem das Gore durehiaufenden Kühlmittel in dem Kanal stammende je «Strahlung bei äsf SSnergi

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der verzögert erzeugten V—Strahlung gemessen wird, daß die v-■■ ' S#rählunge-Intensität proportional zur Intensität des Neutronenflusses ist, und.daß der Zustand des Kühlmittels aus den gemessenen Vierten des Durchflusses, der Eintritts temperatur und der y-■-■-·Strahlungs-Intensität bestimmt wird.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert w.erden, die in einer einzigen Figur einen ^-Strahlen-Detektor in der Nähe eines Kühlmittelrohrs aus einem Kernreaktor zeigt. ,v/ . Der Ifeutronenfluß in einem Reaktor hängt von der lokalen ' Wärmeerzeugung im Brennstoff, der Anreicherung des Brennstoffs und der Anordnung der Materialien ab. "Ferner findet eine Erzeugung des Isotops N aus irgendeinem Sauerstoff enthaltenden Kühlmittel v/ie gewöhnlichem oder schwerem Wasser oder einer organischen Flüssigkeit statt, wenn es dem lieutronerifluß im Reaktor ausgesetzt ist.

Ea kann gefpeigt werden, daß beim Auf treffen von schnellen Neutronen auf den Kern eines 0 -Atoms oft ein H -Kern erzeugt wird-· Der N -Kern zerfiLlt anschließend mit einer Halbwertszeit von etwa 7 see, und bei diesem Zerfall wird ein y-Strahl mit einer Energie von etwa 6 MeV emittiert. Diese y-Strahlung kann die Wände eines Kühlmittelrohrs leicht durchdringen.

Gemäß der Erfindung kann die beim Zerfall der N -Kerne im Reaktorcore erzeugte y-Strahlung durch einen Detektor in der Nähe eines Kühlmittelrohrs oder Sammelrohrs aus einem Kernreaktor geraessen werden. Die Größe des festgestellten Signals hängt von '- folgenden Faktoren jabi 1. ter Erzeugungsrate von IT im Kühlmittel, das heißt vom Flußpegel im Reaktorcore und der Durchlaufzelt des Kühlmittels durch den Reaktor, 2. der Transportzeit des N enthaltenden Kühlmittels zur Heßstelle, und 3. der durchacl'mj'Ltlichen Kühlmitteldichte in dem in der Nähe des ytrahlunß-Detektors sich befindenden Teils des Kühlmittelrohrs. ' 209817/0088 _BAD

Die Erzeugungsrate von Ή ■im Kühlmittel ist proportional zur lokalen Reaktorleistung, die Durchlaufzeit des -Kühlmittels durch das Core hängt von der Einlaßströmung und der mittleren Dichteänderung des Kühlmittels beim Durchlaufen des Cores ab, die seinerseits vom Wärmeübergang zum Kühlmittel abhängt; und die Transportzeit für das Kühlmittel zur Meßstelle hängt ebenfalls von der mittleren Dichte des Kühlmittels aus dem Reaktorcore ab.

Daher hängt die vom Detektor gemessene Ή -V-Strahlung in komplizierter Weise von der Reaktorleistung, der Kühlmittelein-r laßströmung, der Kühlmitteltemperatur und dem Kühlmitteldruck und seinem Einfluß auf die Ή -Erzeugungsrate, die Aufenthaltszeit im Core, die Durchlaufzeit zum Detektor und der Kühlmitteldichte am Detektor ab.

Es ist daher ersichtlich, daß obwohl alle diese Paktoren untereinander in Beziehung stehen,'sich das Signal am ^-Strahlen-Detektor bei Zustandsänderungen des Kühlmittels ändert und ein Maß für den Zustand des den Reaktor verlassenden Kühlmittels darstellt. ; ■ .

Die erwartete Verteilung der N- -Aktivität, die von den verschiedenen Kühlmittelrohren durch den Reaktor zu messen ist, kann aus den Nennwerten, von Durchfluß, Temperatur und Druck des Kühlmittels sowie der Reaktbrgeometrie und -leistung berechnet und mit der gemessenen Verteilung verglichen werden. ■-Ein Unterschied zur gemessenen Verteilung zeigt Abweichungen auf. In vielen Reaktoren mißt eine' unabhängige Instrumentierung die Einlaßströmung des Kühlmittelkanals und die Temperatur sowie die Reaktorleistung und die Leistungsverteilung im Core. Die I-lessung der II -Aktivität im Kühlmittel, das den Reaktor verlässt, ist gemäß der Erfindung besonders empfindlich hinsichtlich

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des Kühlmittelzustands in Siedereaktoren, da Änderungen in der Dichte in Abhängigkeit vom Zustand groß sind und die notwendige Information liefern, damit das Reaktorkühlsystem richtig arbeitet. Die meisten Reaktoren sind "Einmaldurchlauf"-Dampfgeneratoren .und verwenden ein umgewälztes Kühlmittel. Es ist ersichtlich, daß eine gewisse N -Aktivität durch das Kühlmittel zum Einlaß zurückgelangt. Die kurze Halbwertszeit von N macht jedoch die umgewälzte Aktivität klein im Vergleich zu der im Kühlmittel während des Durchlaufs durch den Reaktor erzeugten Aktivität. Bine erlaubte Toleranz dafür kann durch Berechnung des Kühlmittelzustands aus der gemessenen Έ -Aktivität in den.Auslaßkühlmittelkanälen bestimmt werden. .

Eine Einrichtung zur Durchführung der oben beschriebenen Messungen an einem Druckrohrreaktor, der durch Siedewasser gekühlt wird, ist in der Zeichnung abgebildet. Ein Kanalauslaßrohr enthält als Kühlmittelwasser als Oberflächenfilm, Dampf und mit-' gerissene Flüssigkeit. Dieses Rohr und andere ausgewählte Rohre des betrachteten speziellen Kühlmittelkanals werden auf ihre N Aktivität durch ein Li-Ge- Y-Spektrometer untersucht. Ein Kollimatoi 2 ermöglicht, daß V-Strahlen aus einem deffinierten Volumen des Kühlmittels auf den y-Strahl-Detektor 5 auftreffen, der in einem Hohlraum 3 innerhalb einer geeigneten Abschirmung 4 enthalten ist. Der Detektor 5 wird durch einen "Finger" 6 gekühlt, der an eine nicht abgebildete Kühleinrichtung angeschlossen und wärmeisoliert ist, indem er von einem Yakuumrohr 7 umgeben ist. Der Detektor erzeugt eine elektrische ladung als Ausgangssignal, das der Energie .des auftreffendeny-Strahls proportional ist. Das vom Detektor

stammende Signal wird einem ladungsempfindlichen Verstärker 10, einem pulsformenden Verstärker 11 und einem Impulshöhenanalyaator

ig 12 zugeführt. Impulse mit einer Höhe, die N -If-Stralilen entsprecher werden durch einen Analysator 12 festgestellt und einem Rechner

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zugeführt.

Im Rechner 13 wird die Zählrate der N -Aktivität aus dem Kühlraittelrohr verwendet, um den Zustand des Kühlmittels im Kanal zu berechnen. Für diese Berechnung benötigt der Rechner die geschätzten oder gemessenen Werte des Kalandurchflusses, des Einlasses, der Temperatur, der Reaktorgeometrie und der Coreflußverteilung. Die speziellen Rechnerprograuime hängen von der angegebenen Information ab, die über d₍en Reaktor verfügbar ist, sowie von den Einzelheiten der Reaktorgeonietrie.

Der Kollimator 2 kann so ausgebildet sein, daß die verschiedenen Kühlmittelrohre. jedes Eenktordruekrohrs erfaßt und der zustand an jedem Kanal?mslaß bestimmt wird.

Patentansprüche

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Claims

17. April I967. EH/Sm ■" ■ ■ Unsere Akte: 1821

Patentansprüche

Einrichtung zur Zustandsmessung eines verdampfbaren Kühlmittels in einem Kernreaktor mit einem durch das Core verlaufenden "Sinmaldurchlauf"-Kühlmittelkanal, mit einer Einrichtung zur Einleitung des Kühlmittels in den Kanal zur Erwärmung und Neutronenbestrahlung des Kühlmittels, gekennzeichnet d u r c Ir " einen Detektor (5)» der auf verzögert nach der ITeutronenbe strahlung erzeugte u-Stralilung anspricht und von deren Intensität abhängige Signale erzeugt, sowie-in der Nähe des Kühlmitbelkanals (1) an einer Stelle angeordnet ist, an der das Kühlmittel aus dem Core austritt, so daß die durch den Detektor erzeugten Signale ein Maß für die Dichte des Kühlmittels an dieser Stelle sind.

Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e η η zeichnet durch einen"Rechner (15) zur Verarbeitung der von dem Detektor (5) erzeugten Signale, durch eine Einrichtung zum Anschluß ausgewählter Einrichtungen an den Hingang des Rechners, durch eine Einrichtung (10, 11, 12) zum Anschluß des Rechners an den-Detektor, und durch eine Einrichtung in dem Rechner zur Berechnung des Kühlmittelzustands an der, betreffenden Stelle aus den Detektorsignalen und den Signalen von den ausgewählten Einrichtungen.

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß zu den ausgewählten Einrichtungen eine Einrichtung zur Messung des Durchflusses des Kühlmittels in dem Kanal (1), eine Einrichtung zur Messung der Temperatur des in den Kanal eintretenden Kühlmittels und eine die Meßeinrichtungen mit dem Rechner (13) verbindende Einrichtung gehören. ...^₁ ■ ... - 209817/0088 " ' C^^H

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß zu den von den ausgewählten Einrichtungen stammenden Signalen die Geometrie des Reaktors und der Ό ore flußverlauf im Reaktor gehören.

Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zur Auswahl von der aufgefangenen !/-Strahlung entsprechenden Signalen des Detektors (5)> und durch Einrichtungen (10, 11) zur Verbindung der auswählenden Einrichtung zwischen dem Detektor und dem Rechner (13).

Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Sauerstoff enthält, und daß der Detektor (5) auf beim Zerfall von N emittierte ^-Strahlung anspricht.

Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn"z ei c.h net, daß der Detektor auf y-Strahlung von etwa 6 HeV anspricht.

Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) Impulse erzeugt, deren Höhe von der aufgefangenen v'-Strahlung abhängt, daß ein Impulshähenanalysator (12) an den Detektor angeschlossen ist, daß der Analysator ein von der Intensität der der y-Strahlung von etwa 6 HeV entsprechenden Impulse bestimmtes Ausgangssignal erzeugt, daß der Rechner (13) an den Impulsliöhenanalysator angeschlossen ist, daß eine Einrichtung den Durchfluß des Kühlmittels in dem Kanal mißt, daß eine Einrichtung die Temperatur des in den Kanal eintretenden Kühlmittels mißt, daß eine Einrichtung die Meßeinrichtungen mit dem Rechner verbindet, und daß in dem Rechner eine Einrichtung den Kühlmittelzustand an der betreffenden Stelle aus den Signalen des Impulshöhenanalysators und

der Meßeinrichtungen berechnet. BAD'OFSKaSNAL

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Verfahren-, zur Zustandsmessung eines verdampft ar en Kühlmittels in einem Kernreaktor,- dadurch gekennzeichnet, , daß das Kühlmittel so ausgewählt wird, daß es einer verzögerten Erzeugung von Y -Strahlung "bei" Neutronenbestrahlung unterliegt, daß das Kühlmittel durch das Core eines Kernreaktors geleitet wird, daß der Durchfluß des, Kühlmittels in dem Kanal (1) gemessen wird, daß die Temperatur des in den Kanal eintretenden Kühlmittels gemessen wird, daß die von dem das Gore durchlauf-enden Kühlmittel in den Kanal stammende ^-Strahlung hei der Energie der verzögert erzeugten V-Strahlung gemessen wird, daß die /-Strahlungs-Intensität proportional zur Intensität des Neutronenflusses ist, und daß der Zustand des Kühlmittels aus den gemessenen Werten des Durchflusses, der Eintrittstemperatur und der /-Strahlungs-Intensität bestimmt wird

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