DE1614371C - Vorrichtung und Verfahren zum Messen einer Alphastrahlen aussendenden Oberflächenkontamination eines Brennelementstabes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Alphastrahlen aussendenden Oberflächenkontamination eines Brennelementstabes mit einem energieproportionale Impulse liefernden Gasionisations-Strahlungsdetektor, der eine Detektorkammer mit mindestens zwei Elektroden, eine Gaszuführungseinrichtung zum Einlassen eines ionisierbaren Gases in die Detektorkammer, eine Einrichtung zum Einbzw. Ausbringen des zu prüfenden Brennelementstabes in die bzw. aus der Kammer sowie eine Befestigungseinrichtung in der Kammer für den Brennelementstab aufweist, sowie mit einer Meßeinrichtung für von der Alphastrahlung im Detektor ausgelöste Impulse.

Zum Messen von Alphastrahlung sind bereits Impulsionisationskammern bekannt, bei welchen das Alphastrahlungspräparat in die Detektorkammer selbst eingebracht wird und gegebenenfalls die eine Elektrode oder einen Teil desselben bildet (Buch von, V. Kment und A. Kuhn; »Technik des Messens radioaktiver Strahlung«, 1960, S. 60 bis 64; »Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 29, 1964, Nr. 1, S. 101 bis 106; französische Patentschrift 1 374 660). Eine dieser Kammern weist eine rohrförmige Elektrode auf.

Ferner ist auch bereits ein automatisch arbeitender Probenwechsler zum Einbringen von Proben in die Meßkammer eines Strahlungsdetektors bekannt.

Diese bekannten Einrichtungen sind jedoch nicht zum Prüfen von Brennelementstäben geeignet.

Für die Oberflächenkontaminationsbestimmung an Brennelementstäben ist auch bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einem im Proportionalbereich arbeitenden Detektor bekannt, der mit Gasverstärkung arbeitet. Dabei ist es erforderlich, aus sehr dünnen Drähten bestehende Elektroden zu verwenden, um in einem die Drähte umgebenden elektrischen Feld einen starken Gradienten zu erhalten, damit sekundäre Ionisation erfolgt (britische Patentschrift 857 005).

Ein derartiger Detektor hat den Nachteil, daß die Drähte bei ihrer Herstellung und Montage leicht verletzbar sind und daß ein umfangreiches, schwierig herzustellendes Elektrodensystem großer Abmessungen erforderlich wird, das vor der Füllung mit dem ionisierbaren Gas noch evakuiert werden muß, um eine Verunreinigung des Gases durch zurückgebliebene Luft ziu vermeiden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Messen einer Alphastrahlen aussendenden Oberflächenkontamina-Γ.οη von Brenneleinentstäben zu schaffen, bei welcher das Elektrodensystem stark vereinfacht ist und Lei der eine Evakuierung unterbleiben kann.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der einrangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Detektor als Impuls-Ionisationskammer ausgebildet ist und caß der zum Messen eingebrachte Brennelementstab ;: ;lbst eine der Elektroden der Ionisationskammer Lüdet.

Dies hat den Vorteil, daß die Ionisationskammer r:hr klein gebaut werden kann, so daß sie ohne ί chwierigkeit direkt mit einem ionisierbaren Gas wie Argon gefüllt und gespült werden kann, daß mit M.edrig'Sr Spannung gearbeitet werden kann, so daß --sondere Schutzvorrichtungen nicht erforderlich v.srden, und daß die Ionisationskammer sowohl horizontal wie vertikal angebracht werden kann.

Wenn ein Brennelementstab vor dem Messen mit zwei isolierenden Verschlußpfropfen versehen wird, von denen wenigstens einer in ein die Außenelektrode der Ionisationskammer bildendes Rohr hineinpaßt, ist der Brennelementstab gleichzeitig bezüglich des Rohres zentriert. Auf diese Weise kann das Einschieben und Herausnehmen des Brennelementstabes sehr schnell vorgenommen werden.

Eine günstige Ausführungsform für die Verschlußpfropfen besteht darin, daß einer oder beide Verschlußpfropfen eine Metallhaube mit Bajonettverschluß-Aussparungen haben, die auf ein oder mehrere hervorstehende Teile des die Außenelektrode des Impulsionisationskammer bildenden Rohres passen. Die Ionisationskammer kann dann durch kleine Drehbewegungen verschlossen werden.

Zweckmäßigerweise weist ein oder beide Verschlußpfropfcn eine Höhlung auf, in die ein Ende des Brennelementstabes paßt, und in der eine Klemmfeder angeordnet ist, wobei eine der Klemmfedern mit einem Leiter eines zur Meßeinrichtung führenden Kabels verbunden ist und den elektrischen Kontakt mit dem zu prüfenden Brennelementstab bildet. Durch die Klemmfedern wird eine gute elektrische Verbindung sichergestellt.

Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise mit einer Transporteinrichtung zum automatischen Ein- und Ausbringen der zu prüfenden Brennelementstäbe und von kontaminationsfreien Vergleichsstäben, in die bzw. aus der Impulsionisationskammer ausgerüstet und die Transporteinrichtung weist eine mit der Meßeinrichtung in Verbindung stehende Vorrichtung zum Aussortieren und getrenntem Abführen von zu stark kontaminierten Brennelementstäbe auf.

Die von der Alphastrahlung erzeugten Impulse liegen nach erfolgter Verstärkung größtenteils über einem gewissen Schwellwert, während die schwächeren, beispielsweise durch elektronisches Rauschen verursachten Inipulse fast ausschließlich unter diesem Schwellwert liegen. Bei Störungen im Verstärker können jedoch durch starkes Rauschen einige der Impulse den Schwellwert überschreiten und die Messung verfälschen. Wenn dies eintritt, wird die Anzahl der unter dem Schwellwert liegenden Impulse immer ebenfalls erhöht. Es ist deshalb zur Kontrolle möglich, die unter diesem Schwellwert liegenden Impulse in einen Kontrollkanal zu geben. Wenn an dessen Eingang die Anzahl der Impulse bei einer bestimmten Messung normal ist, besteht auch im Meßkanal keine Störung durch Rauschen.

Die Meßeinrichtung kann zweckmäßigerweise einen Zwei- oder Mehrkanalimpulsanalysator oder einen Einkanalanalysator mit Schwellendiskriminator aufweisen. Letzterer stellt eine Schaltung dar, die nur Impulse mit einer über einen bestimmten Schwellwert liegenden Energie in den Meßkanal einläßt. Zwei- oder Mehrkanalanalysatoren gehören heute zur normalen Ausrüstung von Kern-Laboratorien.

Das Meßverfahren für die Oberflächenkontamination besteht darin, daß nach Befestigung der Verschlußpfropfen auf den Enden eines Brennelementstabes und nach dem Einschieben dieser Einheit in den rohrförmigen Außenmantel der Impulsionisationskammer die Luft aus dieser Kammer gespült wird, indem Gas aus einer mit dem ionisierbaren Gas gefüllten Gasflasche durch die Kammer hindurchgeleitet wird, daß dann die Gaszufuhr- und Abfuhr-

verbindungen der Kammer abgesperrt werden, worauf die Messung vorgenommen wird.

In der Impuls-Ionisationskammer werden eine oder mehrere Vergleic'hsmessungen mit nicht kontaminierten Vergleichsstäben ausgeführt und deren Ergebnis von den Messungen mit kontaminierten Brennelementstäben abgezogen. Dabei mißt man die zu messenden Brennelementstäbe in einer Reihe, die auch die Vergleichsstäbe umfaßt, nacheinander durch.

Es hat sich gezeigt, daß die Zählgeschwindigkeit der dabei gemessenen Untergrundstrahlung ungefähr vier pro Minute beträgt. Die Zählgesc'hwindigkeit auf Grund der Untergrund- und Probekörperstrahlung Hegt innerhalb normaler statistischer Grenzen.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Meßvorrichtung mit blockförmig angedeuteter Meßeinrichtung;

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch einen Verschlußpfropfen mit elektrischem Kontakt;

F i g. 3 zeigt schematisch die Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchmessen einer großen Anzahl von Brennelementstäben.

In der in F i g. 1 gezeigten Ionisationskammer 22 ist ein Brennelementstab 1 mit seinen Enden 2 und 3 in den Verschlußpfropfen 4 und 5 befestigt. Die Verschlußpfropfen 4 und 5 sind aus einem isolierenden Material hergestellt.

Die Verschlußpfropfen 4 und 5 verschließen ein Rohr 6, das als Außenmantel der Ionisationskammer 22 dient. Das Rohr 6 bestellt beispielsweise aus rostfreiem Stahl, der Brennelementstab aus UO.„ das mit einer Umhüllung aus einer Zirkonlegierung versehen ist. Das Rohr 6 hat Anschlüsse 7 und 8 für die Zufuhr und Abfuhr von Gas; Anschluß 7 hat eine mit einem Reduzierventil 10 versehene Zufuhrleitung, die mit einer Gasflasche 11 verbunden ist, in der beispielsweise Argon enthalten ist.

Der Anschluß 8 hat ein regelbares Ventil 21, das auf einen geringen Überdruck eingestellt werden kann. Die Ionisationskammer 6 wird bei einem Druck betrieben, der zwischen 0,1 und 1 Atmosphäre Überdruck liegt, wodurch das Eindringen von Fremdgas verhütet wird. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Gasdruck mit der Ionisationskammer optimale Meßergebnisse erzielbar sind. Der Brennelementstab 1 und das Rohr 6 haben Anschlußklemmen 12 und 13 für eine elektrische Spannung. Die Anschlußklemme 12 ist auf einer Metallhaube 34 angeordnet, die auf dem Verschlußpfropfen 4 befestigt ist, wobei die Metallhaube durch einen auf Rohr 6 befindlichen Bajonettverschluß in elektrischem Kontakt mit der Wand von Rohr 6 steht. Der Brennelementstab 1 wird als positive Elektrode verwendet, wobei die Spannung zwischen Brennelementstab 1 und Rohr 6 einen Wert zwischen 50 und 200 V aufweist.

Die Anschlußklemmen 12 und 13 sind durch elektrische Leitungen mit den Anschlüssen 14 und 15 eines ladungsempflndlichen Vorverstärkers 16 verbunden. Im allgemeinen wird ein Koaxialkabel für die elektrischen Leitungen zwischen Anschlußklemmen 12 und 13 und den Anschlüssen 14 und 15 benutzt. Der ladungsempfindliche Vorverstärker 16 ist mit einem Hauptverstärker 17 verbunden, der seinerseits wieder mit einem Analysator 18, beispielsweise einem Zwei- oder Mehrkanalimpulsanalysator oder einem mit einem Schwellendiskriminator versehenen Einkanalanalysator, verbunden ist.

Wenn man die Kontamination eines Brennelementstabes messen will, wird dieser zuerst mit den Verschlußpfropfen 4 und 5 versehen und sodann durch Einschieben von unten nach oben in das Rohr 6 in die Ionisationskammer eingebracht.

In F i g. 2 ist der Verschlußpfropfen 4 mit einer Höhlung 35 gezeigt, in die das Ende 2 des Brennelementstabes 1 aus F i g. 1 hineinpaßt. In der Höhlung 35 befindet sich eine Klemmfeder 36, die mit einem Zentralleiter 37 eines Koaxialkabels 38 verbunden ist. Die bereits beschriebene Metallhaube 34 ist mit einem Umhüllungsleiter 39 des Koaxialkabels 38 verbunden.

In F i g. 3 stellt 23 ein mechanisches Fördermittel dar, mit dem Brennelementstäbe in die Ionisationskammer eingebracht und wieder aus derselben entfernt werden können. Das Fördermittel 23 ist durch eine elektrischmechanische Kupplung 25 mit dem Analysator 18 verbunden, durch die zu stark kontaminierte Brennelementstäbe aussortiert werden können.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   !.Vorrichtung zum Messen einer Alphastrählen aussendenden Oberflächenkontamination eines Brennelementstabes mit einem energieproportionale Impulse liefernden Gasionisations-Strahlungsdetektor, der eine Detektorkammer mit mindestens zwei Elektroden, eine Gaszuführungseinrichtung zum Einlassen eines ionisierbaren Gases in die Detektorkammer, eine Einrichtung zum Ein- bzw. Ausbringen des zu prüfenden Brennelementstabes in die bzw. aus der Kammer sowie eine Befestigungseinrichtung in der Kammer für den Brennelementstab aufweist, sowie mit einer Meßeinrichtung für von der Alphastrahlung im Detektor ausgelöste Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor als Impuls-Ionisationskammer (22) ausgebildet ist und daß der zum Messen eingebrachte Brennelementstab (1) selbst eine der Elektroden der Ionisationskammer bildet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugleich die zweite Elektrode bildende Außenmantel der Ionisationskammer durch ein Rohr (6) gebildet ist und daß die Befestigungseinrichtung aus zwei isolierenden, auf die Enden des zu prüfenden Brennelemcntstabes (1) aufsetzbaren Verschlußpfropfen (4, 5) besteht, von denen wenigstens einer in das die Außenelektrode bildende Rohr (6) hineinpaßt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Verschlußpfropfen (4, 5) eine Metallhaube (34) mit Bajonettverschluß-Aussparungen haben, die auf ein oder mehrere hervorstehende Teile des die Außenelektrode bildenden Rohres (6) passen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Verschlußpfropfen (4, 5) eine Höhlung (35) aufweisen, in die ein Ende (2 bzw. 3) des Brennelementstabes (1) paßt und in der eine Klemmfeder (36) angeordnet ist, wobei eine der Klemmfedern mit einem Leiter (37) eines zur Meßeinrichtung (16, 17, 18) führenden Kabels (38) ver-

   bunden ist und den elektrischen Kontakt mit dem zu prüfenden Brennelementstab (1) bildet.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Transporteinrichtung (23) zum automatischen Ein- und Ausbringen der zu prüfenden Brennelementstäbe und von kontaminationsfreien Vergleichsstäben in die bzw. aus der Impuls-Ionisationskammer (22) ausgerüstet ist und daß die Transporteinrichtung (23) eine mit der Meßeinrichtung (18) in Verbindung stehende Vorrichtung (25) zum Aussortieren und getrennten Abführen von zu stark kontaminierten Brennelementstäbe aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Impulsanalysator (18) aufweist, der als Zwei- oder Mehrkanalanalysator oder als Einkanalanalysator mit Schwellendiskriminator ausgebildet ist. *
7. 7. Verfahren zum Messen einer Oberflächenkontamination eines Brennelementstabes mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Befestigung der Verschlußpfropfen (4, 5) auf den Enden (2, 3) eines Brennelementstabes (1) und nach dem Einschieben dieser Einheit in den rohrförmigen Außenmantel (6) der Impuls-Ionisationskammer (22) die Luft aus dieser Kammer (22) gespült wird, indem Gas aus einer mit dem ionisierbaren Gas gefüllten Gasflasche (11) durch die Kammer (22) hindurchgeleitet wird, daß dann die Gaszufuhr- (7, 9, 10) und Abfuhrverbindung (8, 21) der Kammer abgesperrt werden, worauf die Messung vorgenommen wird.
8. S. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Vergleichsmessungen mit nicht kontaminierten Vergleichsstäben ausgeführt und deren Ergebnis von den Messungen mit kontaminierten Brennelementstäben abgezogen wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messenden Brennelementstäbe in einer Reihe, die auch die Vergleichsstäbe umfaßt, nacheinander gemessen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen