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Kapsel für die Aufnahme von Bestrahlungsproben Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kapsel, die dazu bestimmt ist, Proben aufzunehmen, die in einem Kernreaktor,
und zwar insbesondere in einem Kernreaktor mit schnellen Neutronen, bestrahlt werden
sollen, bei dem die Kühlung des Kerns durch kontinuierlichen Umlauf von flüssigem
Natrium gewährleistet wird.
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Die Erfindung zielt vor allem darauf ab, die Bestrahlung der in der
Kapsel enthaltenen Proben unter den besonderen Bedingungen zu ermöglichen, die dann
herrschen, wenn die Proben selbst in Natrium eintauchen, dessen Temperatur außerdem
erheblich höher liegt als die des der Kühlung dienenden Natriums.
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Dabei ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, durch einen sehr einfachen
Aufbau der Kapsel eine mühelose und schnelle Montage und Demontage zu ermöglichen,
die das Instellungbringen und das Entfernen der Proben erleichtern.
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Es sind bereits Kapseln für die Aufnahme von Bestrahlungsproben bekannt,
die einen dichten Behälter aufweisen, der die zu bestrahlende Probe und eine bestimmte
Menge an diese Probe benetzendem Natrium sowie ein darüberliegendes-Volumen von
Inertgas enthält, das eine durch Temperaturerhöhung hervorgerufene Ausdehnung des
Natriums zuläßt. Ein solcher Behälter weist im allgemeinen in seinem oberen Teil
einen Stutzen auf, der seine Füllung mit Natrium ermöglicht und anschließend durch
eine dichte Schweißverbindung verschlossen wird. Außerdem ist
dieser
Behälter üblicherweise in eine abgeschlossene äußere Umhüllung eingesetzt, wobei
der zwischen der Außenwand des Behälters und der Innenwand der Hülle liegende freie
Zwischenraum von einer Gasatmosphäre erfüllt ist, die eine thermische Isolierung
des Kapselinneren gegenüber dem Außenraum bewirkt.
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Eine solche Bestrahlungskapsel üblicher Bauart weist Jedoch dessenungeachtet
verschiedene Nachteile auf. So ergeben sich nämlich außer der Notwendigkeit der
Verwendung einer Füllstation für die vorherige Füllung des Behälters mit Natrium
und einer Schweißeinrichtung zum Verschließen des Füllstutzens verschiedene Schwierlgkeiten
für das Verfahren beim Entnehmen der Probe und dem Abziehen des Natriums aus dem
Behälter nach der Bestrahlung der Probe.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine Probenkapsel, die diesen
Nachteilen abhilft, indem sie unmittelbar das der Kühlung des Reaktors dienende
Natrium zur Füllung des Innenraumes der Kapsel rund um die Probe benutzt und dabei
dennoch oberhalb des Natriums ein gasgefülltes Expansionsvolumen beibehält, wobei
sich die Entleerung des Natriums aus der Kapsel gleichzeitig und unmittelbar mit
dem Herausnehmen der Kapsel aus dem Reaktor vollzieht.
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Zu diesem Zwecke ist die Kapsel erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
einen oben offenen inneren Zylinder mit vertikaler Achse, dessen unterer Boden mit
einer Leitung für die Einspeisung von Natrium versehen ist, durch einen den inneren
Zylinder koaxial umgebenden äußeren Zylinder, der gemeinsam mit dem inneren Zylinder
einen von einem eine thermische Isolierung bildenden Neutral gas gefüllten und am
oberen Ende der beiden Zylinder abgeschlossenen ringförmigen Zwischenraum begrenzt,
durch
einen Abschlußdeckel, der den äußeren Zylinder unter Freilassung eines Spielraumes
zwischen dem äußeren Zylinder und seinem Boden überdeckt, durch mindestens eine
in die Seitenwand des inneren Zylinders eingearbeitete öffnung, die den ringförmigen
Zwischenraum mit dem Spielraum verbindet, und durch mindestens eine auf einem unterhalb
der ersten oeffnung gelegenen Niveau liegenae, den Deckel durchsetzende zweite t)ffnung,
die den Spielraum mit dem Außenraum außerhalb der Kapsel verbindet.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäß ausgebildeten Bestrahlungskapsel
lassen sich aus der nachstehenden Beschreibung ersehen, die sich mit einer möglichen
Ausführungsform für die Erfindung befaßt, die Jedoch selbstverständlich lediglich
als Erläuterung, nicht aber als Einschränkung für die Erfindung zu verstehen ist;
in dieser Beschreibung wird auf die Zeichnung bezug genommen, deren einzige Figur
ein schematisierter Axialschnitt durch eine solche Kapsel ist.
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Wie man aus der Zeichnung ersieht, weist die Kapsel 1 im wesentlichen
einen oben offenen inneren Zylinder 2 auf, der seinerseits aus einem seitlichen
Zylindermantel 3 besteht, an den ein in seiner Mitte mit einer Leitung 5 versehener
Boden 4 angesetzt und insbesondere mittels einer Schweißverbindung befestigt ist.
Koaxial zu dem inneren Zylinder 2 ist ein zweiter äußerer Zylinder 6 angeordnet,
der ebenfalls aus einem seitlichen Mantel 7 und einem Boden 8 besteht, der seinerseits
einen Ansatz 9 an dem Boden 4 des inneren Zylinders 2 kapselartig Uberdeckt und
auf diese Weise eine Zentrierung des inneren Zylinders 2 in dem äußeren Zylinder
6 bewirkt.
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Zwischen den beiden Zylinders 2 und 6 besteht außerdem ein ringförmiger
Zwischenraum 10, der oben durch irgendein geeignetes Mittel und insbesondere durch
eine an dem Mantel 3 des inneren Zylinders 2 nach außen vorspringende Schulter 11,
die an der Innenwand des äußeren Zylinders 6 zur Anlage kommt, abgeschlossen ist.
Das aus den beiden Zylindern 2 und 6 bestehende Gebilde ist oben mit einem Verschlußdeckel
12 abgedeckt, der einen zentralen Teil 13 aufweist, der ein wenig axial in das Innere
des inneren Zylinders 2 hineinragt. Außerdem weist der Deckel 12 einen zylindrischen
Außenrand 14 auf, der sich bei 15 auf eine an dem zugehörigen Ende des äußeren Zylinders
6 vorgesehene Schulter aufschrauben läßt. Weiterhin ist der Deckel 12 in seinem
zentralen Teil 13 mit einem Kopf 16 versehen, der es insbesondere ermöglicht, die
gesamte Kapsel 1 handzuhaben.
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In die Wand des äußeren Zylinders 6 ist eine d££nung 17 eingearbeitet,
die den ringförmigen Zwischenraum 10 zwischen den Zylindern 2 und 6 mit einem unterhalb
des Bodens des Deckels 12 und der Oberkante der Zylinder 2 und 6 verbleibenden freien
Spielraums 18 verbindet, und eine zweite in den AuRenrand ik des Zylinders 6 eingearbeitete
Oeffnung 19 stellt eine Verbindung des Spielraums 18 mit dem Außenraum außerhalb
der Kapsel 1 her.
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Hingewiesen sei dabei darauf, daß entsprechend einem wesentlichen
Merkmal der Erfindung die zweite oeffnung 19 auf einem niedrigeren Niveau liegt
als die oeffnung 17. Mit sehr feinen Linien ist schließlich in der Figur noch die
zu bestrahlende Probe 20 im Innern der Kapsel 1 veranschaulicht, und außerdem sieht
man im Inneren der Kapsel 1 einen Träger 21, der eine Zentrierung und Festlegung
der Probe 20 in dem inneren Zylinder 2 bewirkt.
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Die in dieser Weise aufgebaute Kapsel 1 läßt sich insbesondere zur
Durchführung einer Bestrahlung der Probe 20 im Innern
eines mit
flüssigem Natrium gekühlten Kernreaktors benutzen. Zu diesem Zwecke wird die Kapsel
1 nach und nach in den Kern des Reaktors eingeführt und vollführt dabei eine Absenkbewegung'
die sie am Ende in eine Zone bringt, wo der Neutronenfluß und die Gammastrahlung,
die von den Brennstoffelementen des Kernreaktors ausgehen, ausreicht, um die gewünschte
Bestrahlung zu bewirken.
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Dabei hängt die Kapsel 1 mit dem Kopf 16 an einer geeigneten Handhabungsvorrichtung
und wird in Richtung auf den Reaktorkern abgesenkt, wobei sie zunächst eine üblicherweise.
aus Argon bestehende Gasatmosphäre durchquert, die in dem Schutzbehälter des Reaktors
oberhalb des Natriumspiegels herrscht. Sobald das untere Ende der Kapsel 1 den Natriumspiegel
erreicht, dringt das Natrium über die Leitung 5 in das Innere des inneren Zylinders
2 ein und steigt in der Kapsel 1 nach oben, bis es nach und nach die Probe 20 vollständig
umspült. Während des Eintauches der Kapsel 1 in das Natrium verbleibt eine nicht
vernachlässigbare Menge an Argon in der Kapsel 1, und zwar in dem Zwischenraum 10
zwischen den Zylindern 2 und 6 und in dem Spielraum 18, enthalten, bis das Natrium
außen die Öffnung 19 erreicht. Von da an steigt der Natriumpegel im Innern der Kapsel
1 nochmals leicht an und komprimiert das eingeschlossene Gas, bis der so entstehende
Innendruck gleich dem von außen wirkenden Natriumdruck wird.
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Im Verlaufe der sich anschließenden Bestrahlung der Probe 20 variiert
der Spiegel des Natriums mit der Temperatur und dem Druck. Um diesen Anderungen
Rechnung zu tragen, sind die Abmessungen der Kapsel 1 so gewShlt, daß das Natrium
das Loch 17, das den Spielraum 18 mit dem ringförmigen Zwischenraum 10 verbindet,
nicht erreichen kann. Dieser Zwischenraum 10 bleibt auf diese Weise ständig und
vollständig mit Argon gefüllt, und die so zwischen den beiden Zylindern 2 und 6
vorhandene Gasschicht stellt ständig eine wirksame thermische Isolierung dar. Unter
diesen Umständen kann das in der Kapsel 1 enthaltene Natrium
infolge
der Einwirkung der Bestrahlung auf die Probe 20 eine höhere Temperatur annehmen
als das die Kapsel 1 außen umspülende Natrium. Beachtenswert ist weiter, daß während
der Bestrahlung der Probe'20 keinerlei Austritt von Natrium aus der Kapsel 1 in
ihre Umgebung zu befürchten steht. Durch die Bauweise des Deckels 12 mit einem geringfügig
in die Kapsel 1 hineinragenden zentralen Teil 13, welcher Teil 13 im Innern des
inneren Zylinders 2 einen relativ kalten Punkt darstellt, kondensieren sich nämlich
die von dem Natrium im Inneren der Kapsel t entwickelten Dämpfe an diesem Teil 13
und fließen danach in das Innere der Kapsel 1 zurück, so daß auf diese Weise jegliche
Verseuchung des in dem ringförmigen Zwischenraum 10 verbleibenden Argons vermieden
bleibt.
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Ist die Bestrahlung der Probe 20 abgeschlossen so erfolgt sofort
beim Herausnehmen der Kapsel 1 aus dem Reaktorkern unmittelbar die Entleerung der
Kapsel 1 von dem Natriu8, das in umgekehrter Richtung wie bei der Einbringung der
Kapsel 1 in den Reaktorkern durch die Leitung 5 ausfließt. Anschließend braucht
man lediglich die Kapsel 1 zu öffnen, indem man den Deckel 12 abhebt, um unmittelbaren
Zugang zu der Probe 20 zu haben, und dieser Vorgang läßt sich im Innern einer üblichen
Untersuchungszelle durchführen, ohne daß man ein Ausfließen von Natrium aus der
Kapsel 1 befürchten müßte, da dieses bereits zuvor vollständig aus der Kapsel ausgeflossen
ist.
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Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Weise auf das oben
beschriebene und veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschränkt; sie erstreckt
sich vielmehr auch auf alle möglichen Varianten davon.