DE1589444C3

DE1589444C3 - Verfahren zur Messung des Dampf gehalts eines durch Brennelementkanale im Reaktorkern eines Kernreaktors ge leiteten Kuhlmittels

Info

Publication number: DE1589444C3
Application number: DE1589444A
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: 1973-10-11
Also published as: DE1589444A1; DE1589444B2; US3376200A; GB1115850A

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, welche 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 durc Brennelementkanäle im Reaktorkern eines Kerr reaktors geleiteten, Sauerstoff enthaltenden, ver dampfbaren Kühlmittels anzugeben, um auch außer halb der Abschirmung des Reaktors eine einfache und schnell durchführbare zusätzliche Messung fü eine laufende Überwachung zu ermöglichen, ohne daß dazu zusätzliche Strahlungsquellen erforderlicl sind.

ίο 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 /-Strahlungsmessung, Temperatur- und Durchflußgeschwindigkeitsmessungen am Kühlmittel sowie aus Neutronenflußmessungen bestimmt wird.

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

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 N^lä 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 O^1G-Atoms kann ein N^ie-Kern erzeugt werden. Der N^ie-Kern zerfällt anschließend mit einer Halbwertszeit von etwa 7 see, und bei diesem Zerfall wird ein /-Quant mit einer Energie von etwa 6 MeV emittiert. Diese /-Strahlung kann die Wände eines Kühlmittelrohrs leicht durchdringen.

Die beim Zerfall der N^ie-Kerne im Reaktorkern erzeugte /-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 N^1B im Kühlmittel, d. h. vom Flußpegel im Reaktorkern und der Durchlaufzeit des Kühlmittels durch den Reaktor,

2. der Transportzeit des N¹⁸ enthaltenden Kühlmittels zur Meßstelle und

3. der durchschnittlichen Kühlmitteldichte in dem in der Nähe des N¹⁰-y-StrahIung-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 Re-

öo aktorkerns 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 N¹⁶-/-Strahlung in komplizierter Weise von der Reaktorleistung, der Kühlmitteleinlaßströmung, der Kühlmitteltemperatur und dem Kühlmitteldruck und seinem Einfluß auf die N^ie-Erzeugungsrate, die

ufenthaltszeit im Reaktorkern, die Durchlaufzeit im Detektor und der Kühlmitteldichte am Detektor χ Die Messung der N¹⁶-Aktivität im Kühlmittel, das _·η Reaktor verläßt, ist besonders empfindlich hinchtlich des Kühlmittelzustands in Siedereaktoren, ι Änderungen in der Dichte in Abhängigkeit vom ustand groß sind.

Die erwartete Verteilung der N^1G-Aktivität, die an en verschiedenen Kühlmittelrohren durch den Rektor zu messen ist, kann aus den Nennwerten, von Durchfluß, Temperatur und Druck des Kühlmittels nvie der Reaktorgeometrie und -leistung berechnet ad mit der gemessenen Verteilung verglichen wer- ;n. In vielen Reaktoren wird die Einlaßströmung as Kühlmittelkanals und die Temperatur sowie die eaktorleistung und die Leistungsverteilung im Re- <torkern durch eine unabhängige Instrumentierung anessen.

Bei Reaktoren mit einem umgewälzten Kühlmittel ird eine gewisse N¹⁶-Aktivität durch das Kühlmittel im Einlaß zurückgelangen. Die kurze Halbwertszeit on N¹⁶ macht jedoch die umgewälzte Aktivität klein ι Vergleich zu der im Kühlmittel während des urchlaufs durch den Reaktor erzeugten Aktivität.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung .iher erläutert werden. Ein Kanalauslaßrohr 1 eines edewasserreaktors enthält Kühlmittelwasser als berflächenfilm, Dampf und mitgerissene Flüssigkeit, ■ieses Rohr und andere ausgewählte Rohre des beachteten speziellen Kühlmittelkanals werden auf re N¹⁶-Aktivität durch ein Li-Ge-y-Spektrometer untersucht. Ein Kollimator 2 ermöglicht, daß 7-Strahlen aus einem definierten Volumen des Kühlmittels auf den /-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; er ist von einem Vakuumrohr umgeben. Der Detektor erzeugt eine elektrische Ladung als Ausgangssignal, das der Energie des auftreffenden y-Quants proportional ist. Das vom Detektor stammende Signal wird einem ladungsempfindlichen Verstärker 10, einem pulsformenden Verstärker 11 und einem Impulshöhenanalysator 12 zugeführt. Impulse mit einer Höhe, die N¹⁶-/-Quanten entsprechen, werden durch den Analysator 12 festgestellt und einem Rechner 13 zugeführt.

Im Rechner 13 wird die Zählrate der N¹⁶-Aktivität aus dem Kühlmittelrohr verwendet, um den Zustand des Kühlmittels im Kanal zu berechnen. Für diese Berechnung benötigt der Rechner die Eingabe der Werte der Durchflußgeschwindigkeit 16 und der Einlaßtemperatur 17 des Kühlmittels sowie der Neutronenflußverteilung 18. Die speziellen Rechnerprogramme hängen von den Informationen ab, die über den Reaktor verfügbar sind, sowie von den Einzelheiten der Reaktorgeometrie.

Der Kollimator 2 kann so ausgebildet sein, daß die verschiedenen Kühlmittelrohre jedes Reaktordruckrohrs erfaßt und der Zustand an jedem Kanalauslaß 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 N^I(i emittierte /-Strahlung gemessen wird, und der Dampfgehalt aus dieser /-Strahlungsmessung, Temperatur- und Durchflußgeschwindigkeitsmessungen am Kühlmittel sowie aus Neutrqnenflußmessungen bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der N^I6-/-Strahlungsmessung abgeleitetes Signal einem Rechner zugeleitet wird und in diesem nach Eingabe der Meßwerte für Temperatur, Durchflußgeschwindigkeit und Neutronenfluß der Dampfgehalt bestimmt wird.