DE1614464B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestrahlen von kontinuierlich stroemenden Fluessigkeiten mittels einer radioaktiven Strahlungsquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- wodurch die Verweilzeit der .einzelnen Teilchen

richtung zum Bestrahlen von kontinuierlich strömen- ungleich wird. " -...■-..■..,..

den Flüssigkeiten mittels einer radioaktiven Strah- Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Ver-

lungsqueUe, z.B. einerCO-60-Quelle. fahren darin, daß in den Strömungsweg der Flüssig-

In der chemischen Verfahrenstechnik kann zur 5 keit vor ihrem Eintritt in das Strahlungsfeld in glei-

Behandlung von Flüssigkeiten, auch von solchen mit chen Zeitintervallen periodisch Kolben eingeführt

relativ hoher Zähigkeit, gegebenenfalls auch von werden, welche nach Verlassen des Strahlungsfeldes Flüssigkeiten, die in pastenartiger Form behandelt wieder ausgeführt werden.

werden müssen, das Bedürfnis bestehen, derartige Eine Vorrichtung zur' Durchführung des VerStoffe -— z. B. Kunststoffe zur Herbeiführung einer io fahrens ist nach der Erfindung durch eine Einrich-Polymerisation — radioaktiver Strahlung auszu- rung gekennzeichnet zur periodischen Zuführung von setzen. Kolben in mindestens eine die Flüssigkeit führende

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der Leitung vor Eintritt in das Strahlungsfeld der Strah-

USA.-Patentschrift 2986743 beschrieben und dar- lungsquelle und eine Einrichtung zum Entfernen der

gestellt. Hierbei ist eine Leitung, in welcher während 15 Kolben aus der Flüssigkeitsleitung an einer Stelle

des Betriebes eine zu bestrahlende Flüssigkeit strömt, außerhalb des Strahlungsfeldes der Strahlungsquelle,

wendelförmig um eine Strahlungsquelle herum- Nach der Erfindung wird der Strömungsweg der

geführt. zu bestrahlenden Flüssigkeit mit Hufe der periodisch

Bei derartigen Bestrahlungsverfahren ist es aber eingeführten Kolben während ihres Weges durch das zur Erzielung eines gewünschten Effelites erf order- 20 Strahlungsfeld in praktisch gegenemander abgeschloslieh, daß die von allen Flüssigkeitsteilchen aufgenom- sene Kammern unterteilt. Innerhalb der einzelnen mene Bestrahlungsdosis gleich ist. Dieses bedingt, Kammern entsteht-eine gewisse Wirbelströmung, da daß jedes Flüssigkeitsteilchen eine gleich große Ver- im Bereich der Begrenzungswand die Strömungsweilzeit während seines Durchganges durch das geschwindigkeit wesentlich kiemer als in der Mitte ist. Strahlungsfeld einer radioaktiven Strahlungsquelle 25 Die sich im Bereich der Begrenzungswand befindaufweist, liehen Flüssigkeitsteilchen werden von dem in Strö-

Ist die Bestrahlungsoperation in einen kontinuier- mungsrichtung gesehenen hinteren Kolben von der liehen Herstellungsprozeß eingeschaltet, derart, daß Wand »abgeschält« und zur Mitte der Kammer geeine kontinuierlich strömende Flüssigkeit einer radio- führt,.durch welche sie sich.dann mit erhöhter Voraktiven Bestrahlung ausgesetzt werden soll, so ergibt 30-laufgeschwindigkeit auf den vorderen Kolben zu sich die Schwierigkeit, daß wegen der ungleich- bewegen. An der vorderen Stirnseite der Kammer mäßigen Strömungsverteilung in einem Strömungs- werden die Strornfäden aus der Mitte wieder in die kanal der zu bestrahlende Stoff. nicht einfach, wie Randzone abgedrängt Die so in den einzelnen Kamdieses an sich naheliegend wäre_? in einem Rohr durch mern gebildeten Wirbelzonen bewegen sich mit prakdas Strahlungsfeld geführt werden kann. Die in Achs- 35 tisch konstanter Geschwindigkeit durch das Strahmitte des Rohres mit größerer Geschwindigkeit strö- lungsfeld, wobei durch den in den Wirbelzonen ermende Flüssigkeit könnte nämlich auf Grund ihrer folgenden dauernden Schichtenwechsel von der Randgeringeren Verweilzeit im Strahlungsfeld eine viel zone "in die Kammermitte eine äußerst homogene kleinere Strahlungsdosis aufnehmen, als die an der Bestrahlung der Flüssigkeit erzielt wird.
Rohrwand mit schleichender Geschwindigkeit sich 40 Nach einer Vorteilhaften Äusführungsform der fortbewegenden Grenzschichten, wie dies bei einer Erfindung werden mehrere Kolben im Kreislauf aus der USA.-Patentschrift 2 98.6 743 bekannten Vor- - periodisch in die zu bestrahlende Flüssigkeit einrichtung der Fall ist. geführt, nach der Bestrahlung aus ihr ausgeführt und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit darauf erneut wieder in zu bestrahlende Flüssigkeit

Hufe eines geeigneten Verfahrens und. einer Vorrich- .45 eingeführt. .■...·.-.""

tung zu erreichen, allen ein Strahlungsfeld passieren- Als Kolben können beispielsweise in an sich be-

den Flüssigkeitsteilchen in ihrem Strömungsweg eine kannter Weise metallische Kugeln verwendet werden,

untereinander gleiche Verweilzeit zu erteilen. was vorteilhaft ist, da Kugeln Kolben mit dem klein-

Zur Lösung derselben Aufgabe auf dem Gebiet der sten Volumen .darstellen, so-.daß kugelförmige KoI-Wärmebehandlung von kontinuierlich in einer Röhr- 5° ben relativ wenig Strahlung absorbieren,
leitung strömenden Kunststoffen ist °~sehon bekannt- Aus der USA.-Patentschrift 3159748 ist es begeworden (vgl. den Artikel »Mischorgan zum Ver- kannt, in einer radioaktiven Bestrahlungseinrichtung

gleichmäßigen laminarer Strömung in engen-Rohren« die Strahlungsquelle selbst -kugelförmig auszubilden

von Dr.-Ing. H. Schäfer in der Zeitschrift und diese in einem in dem .Abschirmblock der Ein-

»Chemie-Ing.-Technik«, 38. Jahrgang-1965/Heft-9),· 55 richtung eingebetteten Kanal mit Hilfe von einer

in die Strömungskanäle Mischorgane einzusetzen, Mehrzahl in dem Kanal beweglich angeordneten

welche wandnahe Strornfäden in die Mitte führen. Kugeln aus einem Strahlungsabsorbierenden Material

Derartige fest in die Rohrleitung eingefügte Misch- an die gewünschte Stelle-zu transportieren. Hierbei

organe sollen windschiefe Bohrungen aufweisen, von berühren sich die Kugeln, deren Durchmesser etwa

welchen die einen die zentrale Zone des Stirnquer- 60 mit dem Durchmesser des Kanals übereinstimmt. Die

schnittes eines Organs mit der Randzone des Rücken- Kugeln haben demnach bei der bekannten Vorrich-

querschnittes und von welchen die anderen die Rand- tung eine völlig andere Aufgabe als bei der Erfindung,

zone des Stirnquerschnittes mit der zentralen Zone Das gleiche gilt für die USA.-Patentschrift

des Rückenquerschnittes verbinden. Bei der Anwen- 3 290 220, die eine hydraulische Transporteinrich-

dung derartiger Mischorgane ist das Entstehen von 65 tung für die Förderung von zu bestrahlenden Ladun-

stationären Wifbelgebieten an der Austrittsseite der gen in den Strahlungsbereich eines Atomreaktors

Organe unvermeidlich, in denenn für kürzere oder betrifft, wobei die zu bestrahlende Ladung innerhalb

längere Zeit Flüssigkeitsteilchen gespeichert werden, einer den Reaktorkern durchsetzenden Leitung mit

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Hilfe von Wasser als Fördermittel transportiert gedrückt werden. In die Verbindungsleitung 3 mündet wird. ein kalibrierter Schacht 6, durch den von unten her

Eine herstellungsmäßig billige und genaue Her- mittels eines Stößels 7, der von einem Exzenter 8 anstellung von kugelförmigen Kolben wird schließlich getrieben ist, periodisch Kugeln 9 in den Flüssigkeitsdann ermöglicht, wenn man Kugeln benutzt, wie sie 5 strom eingeführt werden. Der Stößel muß hierbei für Kugellager verwendet werden. . nicht unbedingt eine kolbenartige Form besitzen, die

Eine andere Ausführungsform für die Kolben den Querschnitt des Schachtes nahezu ausfüllt, sonkann darin bestehen, die Kolben hantelähnlich aus- dem kann auch einen kleineren Durchmesser aufzubilden und in ihre Endstücke Dichtringe aus einem weisen. Die Abstände der in die Leitung 3 eingeführelastischen Material einzufügen. In diesem Fall sind iö ten Kugeln und damit die Länge der zwischen den die Genauigkeitsanforderungen an den Querschnitt Kugeln eingeschlossenen Kammern in der Strömungsder Rohrleitung kleiner. Außerdem können derartige leitung sind im wesentlichen durch das Drehzahl-Kolben aus einem wenig absorbierenden Stoff, wie verhältnis der Pumpe 4 zu dem Exzenter 8 bestimmt. z. B. Aluminium oder Magnesium, ausgeführt werden Es kann vorteilhaft sein, den Exzenter 8 über ein ohne Rücksicht auf die Gleiteigenschaften in der 15 Getriebe mit dem Antrieb der Pumpe 4 zu kuppeln. Rohrleitung, wenn diese z. B. aus Aluminium besteht. ' Jede Umdrehung des Exzenters hebt im Ausfüh-

Eine'in der Herstellungsweise einfache und .sichere rungsbeispiel eine Säule von sechs im Schacht befind-Einrichtung zum Zuführen der Kolben in den-Strö- liehen Kugeln, von denen sodann die oberste in die mungsweg der zu bestrahlenden Flüssigkeit besteht in Leitung 3. eintritt und von dieser mitgetragen wird, einem mit der Flüssigkeitsleitung verbundenen 20 Eine von einer Feder 10 betätigte Sperrklinke 11 ver-ί Schacht zur Aufnahme von Kolben, wobei weiterbin hindert beim Rückgang des Stößels 7 das Absteigen im unteren Teil des Schachtes ein eine axiale der Kugeln im Schacht 6.

> Schwingbewegung ausführender Stößel angeordnet Am Ende der als Bestrahlungskanal dienenden

ist und eine Sperrklinke, die bei einer Abwärtsbewe- Wendel 2 ist eine Verbindungsleitung 12 angeschlosgung des Stößels einen Rücklauf der Kolben ver- 25 sen, die zu einer Ausführstelle 13 für die Kugeln 9 hindert. Wenn die Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe, aus der Flüssigkeit führt. Dort gleiten die Kugeln 9 in beispielsweise einer Zahnradpumpe, durch die Rohr- ein Rohrstück 14 mit gegenüber den Leitungen 2 und leitung gefördert wird, so kann es vorteilhaft sein, den 12 vergrößertem lichtem Querschnitt, während die Stößel antriebseitig mit dem Antrieb der Pumpe zu Flüssigkeit durch einen Rohrstutzen 15 aus der Vorkuppeln. Das Verhältnis der Drehzahlen bestimmt 30 richtung entweder als Endprodukt oder zur Weiterdann den Abstand der Kolben in der Rohrleitung. leitung in eine nächste Vorrichtung für eine Weiter-Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Einrichtung behandlung der Flüssigkeit herausgführt wird,
besteht darin, daß die Stelle für die Ausführung der Eine in der Ausführungsstelle 13 angeordnete

Kolben aus dem Strömungsweg der Flüssigkeit nach Rippe 16 verhindert das Eindringen der Kugeln 9 in erfolgter Bestrahlung als ein Rohrverzweigungsstück 35 den Stutzen 15. Eine im Rohrstück 14 befindliehe ausgebildet ist, das einen Rohrstutzen zum Wegführen Kugel rollt beim Rückgang des Stößels 7 auf dessen der bestrahlten Flüssigkeit und ein in den Schacht der Stirnfläche. Beim Aüfwärtsgang des Stößels stößt Zuführeinrichtung mündendes Rohrstück aufweist. diese Kugel die Sperrklinke 11 zurück, um sodann Bei dieser Ausführungsform zirkulieren die Kolben _r die sechs Kugeln im Schacht um einen Kugeldurchin einem Kreislauf von der Zuführeinrichtung durch 40 messer anzuheben, worauf die Sperrklinke unter- die den durch das Strahlungsfeld führenden Strömungs- neu zugeführte Kugel greift und diese stützt und die weg der Flüssigkeit und werden, nach ihrer Ausfüh- oberste Kugel vom Flüssigkeitsstrom mitgetragen rung aus der bestrahlten Flüssigkeit wieder in die .·. wird. '

Zuführeinrichtung eingeschleust. Der Schachte bildet an sich einen Bypass zum

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich an 45 Bestrahlungskanal 2. Durch das unvermeidliche Spiel Hand eines in der Zeichnung dargestellten und im zwischen der Kugelsäule und der Schachtwandung folgenden erläuterten Ausfuhrungsbeispieles der Er- würde eine gewisse Flüssigkeitsmenge aus der Verfindung. bindungsleitung 3 in die Verbindungsleitung 12 ein-

F i g. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Ausfüh- dringen. Andererseits fördert aber die Kugelsäule, die rungsform der Erfindung, bei der eine Flüssigkeit in 50 im Schacht in periodischen Schritten in die Höhe einer als Doppelwendel ausgebildeten Rohrleitung steigt, in den zwischen den einzelnen Kugeln liegenum eine zylindrische Strahlungsquelle herumgeführt den Ringzwickeln Flüssigkeit in der entgegengesetzwird und die eingeführten Kolben als metallische ten Richtung. Durch geeignete Wahl des Spiels zwi-Kugeln ausgebildet sind; und in sehen der Schachtwand und den im Schacht befind-

F i g. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform 55 liehen Kugeln wird jedoch erreicht, daß der Mediumeines in eine Rohrleitung eingeführten Kolbens dar- fluß zwischen den beiden Enden des Schachtes vergestellt, nachlässigbar klein wird.

In Fig. 1 ist um eine zylindrische Strahlungs- Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung nicht auf die

quelle 1, z. B. einen CO-60-Strahler, als Strömungs- Anwendung von kugelförmigen Kolben beschränkt, leitung eine zweigähgige Rohrwendel2 angeordnet, 60 So können gemäß Fig. 2 die Kolben z.B. auch aus Auf der Eingangsseite ist die Wendell über eine Ver- hantelähnlichen Elementen 20 bestehen, in deren bindungsleitung 3 mit einer Zahnradpumpe 4 ver- Endstücke 20 α und 20 b Dichtringe 21 α und 21 b bunden, der die zu bestrahlende Flüssigkeit über aus einem elastischen Material eingefügt sind, einen Stutzen 5 zufließt. Es sei darauf hingewiesen, Fig. 2 zeigt einen kleinen derartigen Kolben in einem daß zur Förderung der Flüssigkeit auch eine andere 65 Rohrkrümmungsstück eines Bestrahlungskanals 22. Einrichtung verwendet werden kann. So könnte bei- Die Zu- und Ausführungseinrichtung dieser Kolben spielsweise die Flüssigkeit aus einem Behälter mit kann mit geringen Abwandlungen analog den entHilfe von Druckluft durch die Strömungsleitungen sprechenden in Fig. 1 dargestellten Einrichtungen

ausgeführt sein. Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, den Schacht in der Zuführungseinrichtung um einen Winkel gegen die Senkrechte geneigt an die Verbindungsleitung 3 anzuschließen und ihn mit Hilfe einer geringen aus der Leitung 3 entnommenen Flüssigkeitsmenge querzuspülen, indem diese Flüssigkeitsmenge oberhalb der Anschlußstelle des Rohrstutzens, der zum Heranführen der aus der bestrahlten Flüssigkeit abgetrennten Kolben dient, aus der Vorrichtung herausgeführt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die konstruktiven Einzelheiten der dargestellten Ausführüngsbeispiele beschränkt. So sind beispielsweise auch Ausführungsformen möglich',.bei denen die Kolben, nachdem sie aus der bestrahlten Flüssigkeit herausgeführt, worden sind, nicht mehr in unbestrahlte Flüssigkeit wieder ' eingeführt werden. ~ .

. Der Schacht könnte gegebenenfalls auch in horizontaler Richtung an die Strömungsleitung angeschlossen sein. In diesem Fall wäre zusätzlich oberhalb des obersten .Kolbens noch mindestens eine Sperrklinke anzuordnen, die verhindert, daß der oberste Kolben bereits ohne Stoßbewegung in die Strömungsleitung eintritt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestrahlen von ■,'•kontinuierlich strömenden Flüssigkeiten mittels einer radioaktiven Strahlungsquelle, dadprch gekennzeichnet, daß in den Strömungsweg der Flüssigkeit vor ihrem Eintritt in das Strahlungsfeld in gleichen Zeitintervallen periodisch Kolben eih-

■' . · geführt werden, welche nach Verlassen des Strahlungsfeldes wieder ausgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-. kennzeichnet, daß mehrere Kolben (9) im Kreis-* lauf periodisch in die zu bestrahlende Flüssigkeit eingeführt, nach der Bestrahlung aus ihr ausgeführt und erneut wieder in die zu bestrahlende Flüssigkeit eihgeführt werden. _..". ·..„,.,,

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (6,7, 8) zur periodischen Zufüh-

. rung von Kolben (9,20) in mindestens eine die Flüssigkeit führende Leitung (3, 2) vor Eintritt in' das Strahlungsfeld der Strahlungsquelle (1) und eine Einrichtung (13,14,15) zum Entfernen der Kolben aus der Flüssigkeitsleitung (12) an einer Stelle außerhalb des Strahlungsfeldes der Strahlungsquelle.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Flüssigkeitsleitung (2) wendelförmig um eine zylindrische Strahlungsquelle (1) herumgeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kolben in an sich bekannter Weise metallische Kugeln (9) dienen' und daß die Flüssigkeitsleitung (2) mindestens im Bereich des Strahlungsfeldes kalibriert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (20) hantelähnlich ausgebildet sind und in ihre Endstücke (20 α, 20 b) Dichtringe (21 a, 21 b) aus einem elastischen Material eingefügt sind,

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung der Kolben einen mit der Flüssigkeitsleitung (3) verbundenen Schacht (6) zur Aufnahme von Kolben (9) aufweist, wobei weiterhin im unteren Teil des Schachtes ein eine axiale Schwingbewegung ausführender Stößel (7) und eine, Sperrklinke (10, 11); welche bei einer Abwärtsbewegung des Stößels einen Rücklauf der Kolben verhindert, angeordnet sind. : ■

8. Vorrichtung nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß_; der Stößel (7) antriebseitig mit dem Antrieb einer zur Förderung der Flüssigkeit dienenden Pumpe (4) gekuppelt ist.

9. Vorrichtung nach; Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Teiles der Flüssigkeitsleitung (2), welcher einer Bestrahlung ausgesetzt ist, eine Verbindungsleitung (12) angeschlossen ist, die zu einer Stelle (13) für die Ausführung der Kolben (9) aus der bestrahlten Flüssigkeit führt.

10. Vorrichtung nach Anspruch. 2- und .9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausführungsteile (13) als ein Rohrverzweigungsstück ausgebildet ist, das einen Rohrstutzen (15) zum Wegführen der. bestrahlten Flüssigkeit und ein in den Schacht (6) mündendes Rohrstück (14) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen