DE1589444B2

DE1589444B2 - Verfahren zur messung des dampfgehalts eines durch brennelementkanaele im reaktorkern eines kernreaktors geleiteten kuehlmittels

Info

Publication number: DE1589444B2
Application number: DE19671589444
Authority: DE
Inventors: Arthur G. Deep River Ontario Ward (Kanada)
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: 1973-03-22
Also published as: DE1589444A1; DE1589444C3; GB1115850A; US3376200A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Dampfgehalts eines durch Brennelementkanäle im Reaktorkern eines Kernreaktors geleiteten, Sauerstoff enthaltenden, verdampfbaren Kühlmittels, mit Hilfe einer im Reaktorkern durch Bestrahlung erzeugten Radioaktivität durch Messung der aus dem Kühlmittel stammenden Strahlungsintensität an außerhalb des Reaktorkerns liegenden Stellen.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1128 057) erfolgt eine Bestimmung der Leistungsverteilung in dem Reaktorkern mit Hilfe der aus dem Reaktorkern stammenden radioaktiven Strahlung. Dabei sollen die aus einem siedenden Brennelementkanal ausströmenden Dampfblasen dadurch gemessen werden, daß die Absorption bestimmt wird, weiche die durchdringende Reaktorstrahlung erleidet, wenn sie durch das aus dem Brennelementkanal ausströmende Dampf-Wasser-Gemisch hindurchgeht. Nachteilig ist dabei, daß eine genauere Messung des Dampfgehalts oder dessen laufende Überwachung in der Praxis Schwierigkeiten bereitet, insbesondere weil das Nachweiselement mit dem betreffenden Brennelementkanal ausgerichtet und innerhalb der Abschirmung des Reaktorkerns angeordnet werden muß.

Neben üblichen Verfahren, bei denen eine Durchdringung des das Kühlmittel enthaltenden Rohrs erforderlich ist, was zur Beeinflussung führt und damit zu einer gewissen Unsicherheit darüber Anlaß gibt, ob die Kühlmittelprobe den mittleren Dampfgehalt kennzeichnet, ist es ferner bekannt, die Dampfgehaltmessung eines Kühlmittelrohres mittels des Comptoneffektes durchzuführen. Eine derartige Messung erfordert jedoch eine zusätzliche Gammaquelle, so daß die gesamte Meßeinrichtung verhältnismäßig aufwendig wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung des Dampfgehalts eines durch Brennelementkanäle im Reaktorkern eines Kernreaktors geleiteten, Sauerstoff enthaltenden, verdampfbaren Kühlmittels anzugeben, um auch außerhalb der Abschirmung des Reaktors eine einfache und schnell durchführbare zusätzliche Messung für eine laufende Überwachung zu ermöglichen, ohne daß dazu zusätzliche Strahlungsquellen erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von dem Kühlmittel außerhalb des Reaktorkerns durch N¹⁶ emittierte /-Strahlung gemessen wird, und der Dampfgehalt aus dieser y-Strahlungsmessung, Temperatur- und Durchfiußgeschwindigkeitsmessungen am Kühlmittel sowie aus Neutronenfiußmessungen bestimmt wird.

Vorteilhafterweise kann mit Hilfe eines Rechners aus der gemessenen Zählrate der N¹⁶-Aktivität der Dampfgehalt des verdampften Kühlmittels berechnet werden, wenn dem Rechner die gemessenen Werte über Temperatur und Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels sowie die Neutronenflußverteilung zugeführt werden.

Der Neutronenfluß in einem Reaktor hängt von der lokalen Wärmeerzeugung im Brennstoff, der Anreicherung des Brennstoffs und der Anordnung der Materialien ab. Eine Erzeugung des Isotops N¹⁶ aus irgendeinem, Sauerstoff enthaltenden Kühlmittel, wie gewöhnlichem oder schwerem Wasser oder einer organischen Flüssigkeit, findet statt, wenn es dem Neutronenfluß im Reaktor ausgesetzt ist.

Beim Auftreffen von schnellen Neutronen auf den Kern eines O¹⁶-Atoms kann ein N¹⁶-Kern erzeugt werden. Der N^ie-Kern zerfällt anschließend mit einer Halbwertszeit von etwa 7 see, und bei diesem Zerfall wird ein y-Quant mit einer Energie von etwa 6 MeV emittiert. Diese y-Strahlung kann die Wände eines Kühlmittelrohrs leicht durchdringen.

Die beim Zerfall der N¹⁶-Kerne im Reaktorkern erzeugte 7-Strahlung kann nun durch einen Detektor in der Nähe eines Kühlmittelrohrs gemessen werden. Die Größe des Meßsignals hängt von folgenden Faktoren ab:

1. der Erzeugungsrate von N¹⁶ im Kühlmittel, d. h. vom Flußpegel im Reaktorkern und der Durchlaufzeit des Kühlmittels durch den Reaktor,

2. der Transportzeit des N¹⁶ enthaltenden Kühlmittels zur Meßstelle und

3. der durchschnittlichen Kühlmitteldichte in dem in der Nähe des N¹⁶-y-Strahlung-Detektors sich befindenden Teils des Kühlmittelrohrs.

Die Erzeugungsrate von N¹⁶ im Kühlmittel ist proportional zur lokalen Reaktorleistung, die Durchlaufzeit des Kühlmittels durch den Reaktorkern hängt von der Einlaßströmung und der mittleren Dichteänderung des Kühlmittels beim Durchlaufen des Reaktorkems ab, die vom Wärmeübergang zum Kühlmittel abhängt; und die Transportzeit für das Kühlmittel zur Meßstelle.hängt ebenfalls von der mittleren Dichte des Kühlmittels aus dem Reaktorkern ab. Daher hängt die vom Detektor gemessene N¹⁰-y-Strahlung in komplizierter Weise von der Reaktorleistung, der Kühlmitteleinlaßströmung, der Kühlmitteltemperatur und dem Kühlmitteldruck und seinem Einfluß auf die N¹⁽ⁱ-Erzeugungsrate, die

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ifenthaltszeit im Reaktorkern, die Durchlaufzeit untersucht. Ein Kollimator 2 ermöglicht, daß/-Strahn Detektor und der Kühlmitteldichte am Detektor len aus einem definierten Volumen des Kühlmittels . Die Messung der N¹⁶-Aktivität im Kühlmittel, das auf den -/-Strahl-Detektor 5 auftreffen, der in einem ι Reaktor verläßt, ist besonders empfindlich hin- Hohlraum 3 innerhalb einer geeigneten Abschirhtlich des Kühlmittelzustands in Siedereaktoren, 5 mung 4 enthalten ist. Der Detektor 5 wird durch Änderungen in der Dichte in Abhängigkeit vom einen »Finger« 6 gekühlt, der an eine nicht abgestand groß sind. bildete Kühleinrichtung angeschlossen und wärme-Die erwartete Verteilung der N¹⁶-Aktivität, die an isoliert ist; er ist von einem Vakuumrohr umgeben, α verschiedenen Kühlmittelrohren durch den Re- Der Detektor erzeugt eine elektrische Ladung als tor zu messen ist, kann aus den Nennwerten, von io Ausgangssignal, das der Energie des auftreffenden irchfluß, Temperatur und Druck des Kühlmittels y-Quants proportional ist. Das vom Detektor stam- >vie der Reaktorgeometrie und -leistung berechnet mende Signal wird einem ladungsempfindlichen Verd mit der gemessenen Verteilung verglichen wer- stärker 10, einem pulsformenden Verstärker 11 und α. In vielen Reaktoren wird die Einlaßströmung einem Impulshöhenanalysator 12 zugeführt. Impulse s Kühlmittelkanals und die Temperatur sowie die 15 mit einer Höhe, die N¹⁶-/-Quanten entsprechen, wer-■aktorleistung und die Leistungsverteilung im Re- den durch den Analysator 12 festgestellt und einem torkern durch eine unabhängige Instrumentierung Rechner 13 zugeführt.

messen. Im Rechner 13 wird die Zählrate der N¹⁶-Aktivität Bei Reaktoren mit einem umgewälzten Kühlmittel aus dem Kühlmittelrohr verwendet, um den Zustand rd eine gewisse N¹⁶-Aktivität durch das Kühlmittel 20 des Kühlmittels im Kanal zu berechnen. Für diese :Ti Einlaß zurückgelangen. Die kurze Halbwertszeit Berechnung benötigt der Rechner die Eingabe der α N¹⁶ macht jedoch die umgewälzte Aktivität klein Werte der Durchflußgeschwindigkeit 16 und der EinVergleich zu der im Kühlmittel während des laßtemperatur 17 des Kühlmittels sowie der Neu-Tchlaufs durch den Reaktor erzeugten Aktivität. tronenflußverteilung 18. Die speziellen Rechnerpro-Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung 25 gramme hängen von den Informationen ab, die über her erläutert werden. Ein Kanalauslaßrohr 1 eines den Reaktor verfügbar sind, sowie von den Einzel-• dewasserreaktors enthält Kühlmittelwasser als heiten der Reaktorgeometrie.

erflächenfilm, Dampf und mitgerissene Flüssigkeit. Der Kollimator 2 kann so ausgebildet sein, daß die

eses Rohr und andere ausgewählte Rohre des be- verschiedenen Kühlmittelrohre jedes Reaktordruck-

chteten speziellen Kühlmittelkanals werden auf 30 rohrs erfaßt und der Zustand an jedem Kanalauslaß

e N^ie-Aktivität durch ein Li-Ge-7-Spektrometer bestimmt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung des Dampfgehalts eines durch Brennelementkanäle im Reaktorkern eines Kernreaktors geleiteten, Sauerstoff enthaltenden, verdampfbaren Kühlmittels, mit Hilfe einer im Reaktorkern durch Bestrahlung erzeugten Radioaktivität durch Messung der aus dem Kühlmittel stammenden Strahlungsintensität an außerhalb des Reaktorkerns liegenden Stellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Kühlmittel außerhalb des Reaktorkerns durch N¹⁶ emittierte y-Strahlung gemessen wird, und der Dampfgehalt aus dieser 7-Strahlungsmessung, Temperatur- und Durchfmßgeschwindigkeitsmessungen am Kühlmittel sowie aus Neutronenflußmessungen bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der N¹⁶-}>-Strahlungsmessung abgeleitetes Signal einem Rechner zugeleitet wird und in diesem nach Eingabe der Meßwerte für Temperatur, Durchflußgeschwindigkeit und Neutronenfluß der Dampfgehalt bestimmt wird.