DE2202943A1

DE2202943A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von Kernspaltungsprodukten

Info

Publication number: DE2202943A1
Application number: DE19722202943
Authority: DE
Inventors: Svetislav Kostic; Meur Roger Le
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1972-08-03
Also published as: FR2122365A1; GB1350554A; US3784823A; DE2202943B2; FR2122365B1; IT948910B

Description

Patentanwälte
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Dr.-I.ifl. !..;.: l: _; ζ jr. 2202943

• S, Sioinedorfetr. 10

4lO-l8l91P(10.192H) 21. 1. 1972

Commissariat a I¹Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von Kernspaltungsprodukten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen von Kernspaltungsprodukten sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Ein wichtiger Anwendungsfall für die Erfindung besteht in der'Erkennung von Brüchen der Hüllen von Kernbrennstoffelementen in Atomkernreaktoren anhand der Feststellung von Kernspaltungsprodukten entweder in einem Kühlgas oder in einem aus einem Kühlmittel entnommenen Gas oder in einem überschichtungsgas.

Für die überwachung eines Pluidaustritts aus spaltbares Material umgebenden Hüllen bestimmt man die Radioaktivität von kurzlebigen Spaltprodukten, die beim Bruch einer solchen Hülle in das diese umgebende Kühlmittel entweichen können. Diese Radioaktivität wird mit einer Detektorvorrichtung gemessen, die auf dem Wege von aus einem Kühlkreislauf entnommenem Gas oder im Uberschichtungsgas angeordnet ist. Für die Erkennung von HUllenbrüchen sind bereits verschiedene Vorrichtungen bekannt. Bei Vorrichtungen dieser Art verbleibt der für die Untersuchung verwendete Gasanteil während einer Zeit, die zur Bildung von radioaktiven Ionen ausgehend von den im Gas vorhandenen Spaltprodukten ausreicht, in einem geeigneten Behälter. Diese Ionen werden anschließend durch Niederschlagung mit Hilfe eines elektrischen Feldes auf ausgewählten Zonen auf der Oberfläche eines Transportorgans wie einer Trommel oder Scheibe gesammelt. Nach der Sammlung der Ionen in einer bestimmten Zone wird diese durch Drehung des Transportorganes vor ein Meßgerät gebracht, das Im allgemeinen aus einem Szintillator und einem Photovervielfacher mit nachgeschalteter elektronischer Zähleinrichtung besteht. Die Bewegung des Transportorgans ist dabei so gestaltet, daß eine neue Ansammlung von Ionen auf der vorgegebenen Oberflächenzone erst nach Verstreichen einer Zeitdauer möglich ist, die zur relativen Entseuchung der betreffenden Zone durch natürlichen Zerfall der angesammelten Produkte ausreicht. Im Verlaufe einer Messung kann zwischen den Detektor und das Transportorgan ein SpUlgasstrom aus Neutralgas eingeführt werden, um den störenden Einfluß von aktiven Gasen zu vermindern, die sich zwischen diesen beiden Bauteilen befinden können.

Jedoch gestatten diese Vorrichtungen wegen der mangelnden Auflösung der Szintillatoren und vor allem wegen erheblicher RUckdiffusionserschelnungen, die auf die zur Erzielung einer

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guten mechanischen Steifigkeit erforderliche Dicke für das Transportorgan zurückgehen und im Ergebnis zu einer Deformation des aufgenommenen Energiespektrums führen, keine Λ - Feinspektrometrie.

Die ß-Spektrometrie wird außerdem im allgemeinen deswegen erschwert, weil die ρ -Spektren anders als die T-Spektren kontinuierlich sind und weil sich wegen Störungen wie beispielsweise einer Rückdiffusion Deformationen ergeben können. Diese Nachteile ergeben sich auch bei der magnetischen ß-Spektrometrie, die heute die am häufigsten angewandte Methode darstellt und außerdem noch den Fehler aufweist, daß es bei ihr nicht möglich ist, das gesamte Spektrum in einer einzigen Messung zu erfassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur fi -Spektrometrie von Kernspaltungsprodukten mit elektrischer Sammlung zu schaffen, die einerseits die Erzielung einer guten Auflösung und andererseits die Verminderung der RUckdiffusionseffekte gewährleistet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem Verfahren zum Feststellen von Kernspaltungsprodukten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die festzustellenden Kernspaltungsprodukte auf den beiden Seiten von sehr dünnen metallisierten Pionen aus einem isolierenden Polyester elektrisch gesammelt werden, die im Zentrum einer kugelförmigen Kammer angeordnet sind, und daß die anfallende Radioaktivität mit einer Kombination aus zwei Elektronendetektoren gemessen wird, die in einer 4K -Geometrie angeordnet sind.

Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

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besondere bevorzugte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Magazin, das aus einem drehbaren kreisförmigen Kranz mit einer Vielzahl von gleichen und gleiche Abstände voneinander aufweisenden durchgehenden Öffnungen für die Aufnahme jeweils eines sehr dünnen Flons aus einem auf beiden Oberflächen metallisierten isolierenden Polyester besteht, eine sphärische Kollektionskammer, zwei parallel zueinander und nahe beieinander angeordnete identische Elektronendetektoren mit jeweils der Oberfläche eines Pions mindestens gleicher Oberfläche, eine Transportplatte mit einer Öffnung für die aufeinanderfolgende Aufnahme jeweils eines Pions und ein Transportorgan mit einer eingearbeiteten Kammer von der Dicke eines Pions entsprechender Tiefe besitzt, die sich auf das Niveau des Kranzes des Magazins und auf das Niveau der Transportplatte bringen läßt, und daß die Transportplatte und das Transportorgan in ihren Bewegungen so aufeinander abgestimmt sind, daß das Transport organ jeweils einen Pion aus dem Magazin In die Öffnung in der Transportplatte einbringt und diese den Pion nacheinander zur Ionenkollektion in das Zentrum der Kollektipnskammer, sodann zur Aktivitätsmessung und Aufnahme des Energiespektrums für die von den gesammelten Ionen ausgehende β -Strahlung zwischen die beiden Elektronendetektoren und schließlich wieder in seine anfängliche Stellung verbringt, aus der ihn das Transportorgan wieder in das Magazin zurückbringt.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung, die insbesondere die Erkennung von HüllenbrUchen an Kernbrennstoffelementen ermöglicht, ist besonders zur Untersuchung von Kernspaltungsprodukten kurzer Lebensdauer durch /o-FeInspektrometrie bestimmt.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

PUr die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Feststellen von Kernspaltungsprodukten veranschaulicht 1st.

Dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung als Ganzes auf Höhe ihres Magazins für die Pione,

Fig. 2 die gleiche Vorrichtung in anderem Maßstab und mit zu Fig. 1 senkrechter Blickrichtung,

Fig. 3 das Transportorgan der Vorrichtung allein in größerem Maßstab als in Fig. 2 und

Fig. 4 in größerem Maßstab als in Fig. 2 und mit mehr Einzelheiten den Teil der Vorrichtung, der die beiden Elektronendetektoren enthält.

Die dargestellte Vorrichtung besitzt im wesentlichen ein Magazin 1, das aus einem kreisförmigen Kranz mit beispielsweise zwanzig durchgehenden Öffnungen 2 besteht, die regelmäßig über den Kranz verteilt und für die Aufnahme jeweils eines erfindungsgemäß ausgebildeten Pions bestimmt sind, eine sphärische Kollektionskammer 3» zwei zueinander parallele Elektronendetektoren 4 aus Silizium, eine Transportplatte 5 mit einer Öffnung 6, die für die aufeinanderfolgende Aufnahme jeweils eines Pions und dessen Einbringung in die Kollektionskammer 3 und in eine Meßkammer nach einem vorgegebenen Zyklus bestimmt ist, und ein Transportorgan 7 für den Traneport der Pione zwischen dem Magazin 1 und der Transport-

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platte 5 mit einer eingearbeiteten Kammer 8 für die aufeinanderfolgende Aufnahme jeweils eines der Plone.

Jeder Fion (Flg. 4) besteht aus einer sehr dünnen Folie 9 •^u{ einem Isolierenden Polyester wie beispielsweise dem unter ^dei Handelsnamen Mylar bekannten Produkt, die zur Ansammlung 4ir Ionen auf beiden Selten der Plone beidseitig metallisiert ist und von einem Ring 10 gehalten wird. Die Dicke der Folie 9 beträgt beispielsweise 13 Mikron. Diese Pione sind dank der Metallisierung, die eine Kollektorelektrode darstellt, Leiter für Elektrizität, und ihre Dicke wird so klein wie möglich gewählt, um jegliche Gefahr einer Rückdiffusion zu vermeiden, eine Erscheinung, die den Nachteil einer Deformation der Spektren mit sich bringt.

Die beiden Elektronendetektoren 4, die auf Halbleiterbasis arbeiten, besitzen die Form zueinander paralleler kreisförmiger Platten. Sie sind In einer sogenannten 4 Tt -Geometrie (Raumwinkel 4 It ) angeordnet, das heißt, daß sie, da sie jeweils eine der Oberfläche der Plone mindestens gleiche Oberfläche aufweisen, die Aktivität der Plone in allen Raumrichtungen feststellen können.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet in folgender Welse:

Mit Hilfe einer Kurbel 11 dreht ein Bedienungsmann das Magazin 1 so weit, daß einer der Plone 9» 10 im Magazin 1 In die Stellung 12, das heißt gegenüber der Transportplatte 5 zu liegen kommt, die sich dann In Ihrer Durchgangsstellung, also in einer Stellung befindet, daß Ihre Öffnung 6 der Stellung 12 im Magazin 1 gegenübersteht, das Transportorgan 7 nimmt dann eine Stellung ein, die Im folgenden der Kürze der Ausdrucksweise halber als untere Stellung bezeichnet werden

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soll, wobei Fig. 2 mit einer solchen Orientierung betrachtet werden soll, daß sich das Magazin 1 unterhalb der Transportplatte 5 befindet. In dieser unteren Stellung hält das Transportorgan 7 den Pion im Magazin 1, der in der Kammer 8 enthalten ist.

Als nächstes bringt der Bedienungsmann bei feststehender Transportplatte 5 das Transportorgan 7 in eine mittlere Stellung, in der die Kammer 8 mit der öffnung 6 in der Transportplatte. 5 zusammenfällt. Dann befindet sich der Pion 9» 10 in dieser öffnung 6.

Als nächstes bewegt der Bedienungsmann die Transportplatte so, daß ihre öffnung 6 und damit der Pion 9> 10 sich zwischen den Elektronendetektoren 4 befindet, wo an dem Pion, wenn es sich nicht um einen neuen Pion handelt, eine Messung seiner Restaktivität vorgenommen wird.

Zu bemerken ist, daß das Transportorgan 7 so ausgebildet ist, daß sein Arm 13 eine Drehung des Magazins 1 verhindert, wenn sich die Transportplatte 5 verschiebt.

Als nächstes bewegt der Bedienungsmann die Transportplatte so, daß ihre öffnung 6 und damit der Pion 9* 10 sich im Zentrum der kugelförmigen Kollektionskammer 3 befindet. Der Pion wird dann auf ein negatives Potential gegenüber der Kollektionskammer 3 gebracht.

Die radioaktiven Ionen in dem zu untersuchenden Gas, für dessen Einspeisung in die Kollektionskammer 3 öffnungen 14 und 15 vorgesehen sind, werden dann auf beiden Oberflächen des

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Pione gesammelt, und diese Kollektion ist eine elektrische Kollektion mit einer 4 It -Geometrie, also in allen Raumrichtungen,

Nach dieser Sammlung dor Jonen bringt der Bedienungsmann den Pion wieder zwischen die EJektrpnendetektoren 4, wo eine Messung der Aktivität der gesammelten Ionen erfolgt, und führt anschließend die Transpqrtplatte 5 in ihre Durchgangsstellung zurück, so daß sich der Pion, an dem die Aktivitätsmessung vorgenommen worden 1st, dem Magazin 1 gegenüber befindet. Als letztes wird dann das Transportorgan 7 so betätigt, daß es in seine untere Stellung zurückkehrt, und es überführt damit den Pion in das Magazin 1 in dessen Stellung 12.

Es kann eine dauernde Bespülung der beiden Elektronendetektoren 4 mit einem inaktiven Gas unter geringem Durchsatz vorgesehen sein, was eine Verminderung des Grundrauschens infolge der Aktivität dee untersuchten Gases ermöglicht. Ein solches inaktives Gas, das bei 16 in die Vorrichtung eingeführt wird, verhindert nämlich, daß das in der Kollektionskammer 3 enthaltene aktive Gas zwischen die Elektronendetektoren 4 gelangen kann.

Die auf beiden Oberflächen der Pione vorgesehene Metallisierung hat den Vorteil, daß sie zu einer gleichen Strahlungsdämpfung für Jeden der beiden Elektronendetektoren 4 führt. Dies hat wiederum zur Folge, dal beide Elektronendetektoren 4 die gleiche Energie messen.

Da die erflndungsgeraäß ausgebildete Vorrichtung für die ß -Spektrometrie bestimmt ist, wird der Einfluß von T-Strahlung

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beispielsweise dadurch eliminiert, daß man zunächst eine Messung der kombinierten /S-Aktivität und /'-Aktivität des Pions vornimmt und sodann eine zweite Messung durchführt, nachdem man auf beiden Seiten des Pions unter Betätigung durch zwei Arme 18 zwei entfernbare Schirme 17 eingeführt hat, die $ -Strahlung zurückhalten.

Man kann naturgemäß auch nur einen einzigen Schirm verwenden, so d#ß man an dem einen Elektronendetektor 4 eine kombinierte Ä-und ΐΡ-Messung und an dem anderen eine reine ^-Messung erhält, wobei beide Messungen dann jeweils mit einer 2 K -Geometrie erfolgen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist zur Untersuchung von Spaltprodukten kurzer Lebensdauer mittels Ä-Peinspektrometrie bestimmt. Die Verarbeitungskette für die elektronische Impulsverarbeitung ist in der Zeichnung lediglich in Form von Vorverstärkern 19 angedeutet, die auf der Höhe der Elektronendetektoren 4 liegen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung bietet den Vorteil, daß sie wegen ihrer 4 % -Geometrie und wegen der extrem dünnen Ausbildung der Pione Rückdiffusionserscheinungen praktisch ausschließt.

Sobald ein Plon der Bestimmung zwischen den Elektronendetektoren 4 ausgesetzt gewesen ist, kann dieser Pion entweder in der oben erläuterten Weise unter Rückführung in das Magazin unter Drehung des Magazins 1 in der Weise, daß der Plon in die Stellung 12 gelangt, oder durch Herausziehen unter Anhebung des Transportorgans 7 in seine obere Stellung, in der sich seine Kammer 8 und der darin enthaltene Pion außerhalb der Vorrichtung befinden, und Einführung eines neuen Pions ausgetauscht

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werden. Diese Möglichkeit einer Einführung von Pionen in die Vorrichtung ermöglicht eine Eichung der Elektronendetektoren 4 mit Hilfe von als Eichquellen entweder für Aktivität oder Energie ausgebildeten Pionen, die unmittelbar zwischen die Elektronendetektoren 4 gebracht werden können. Die Möglichkeit der Entnahme von Pionen gestattet eine Messung ihrer Aktivität in anderen Einrichtungen wie beispielsweise einem T*-Spektrometer.

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Claims

- li -

Patentansprüche

jVerfahren zum Peststellen von Kernspaltungsprodukten, dadurch gekennzeichnet! daß die festzustellenden Kernspaltungsprodukte auf den beiden Seiten von sehr dünnen metallisierten Pionen aus einem isolierenden Polyester elektrisch gesammelt werden, die im Zentrum einer kugelförmigen Kammer angeordnet sind, und daß die anfallende Radioaktivität mit einer Kombination aus zwei Elektronendetektoren gemessen wird, die in einer 43C-Geometrie angeordnet sind.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Magazin (l), das aus einem drehbaren kreisförmigen Kranz mit einer Vielzahl von gleichen und gleiche Abstände voneinander aufweisenden durchgehenden öffnungen (2) für die Aufnahme jeweils eines sehr dünnen Pions aus einem auf beiden Oberflächen metallisierten isolierenden Polyester besteht, eine sphärische Kollektionskammer (3), zwei parallel zueinander und nahe beieinander angeordnete identische Elektronendetektoren (H) mit jeweils der Oberfläche eines Pions mindestens gleicher Oberfläche, eine Transportplatte (5) mit einer öffnung für die aufeinanderfolgende Aufnahme jeweils eines Pions und ein Transportorgan (7) mit einer eingearbeiteten Kammer von der Dicke eines Pions entsprechender Tiefe besitzt, die sich auf das Niveau des Kranzes des Magazins (1) und auf das Niveau der Transportplatte (5) bringen läßt, und daß die Transportplatte (5) und das Transportorgan (7) in ihren Bewegungen so aufeinander abgestimmt sind, daß das Transportorgan (7) jeweils einen Pion aus dem Magazin (l) in die öffnung in der Transportplatte (5) einbringt und diese

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den Pion nacheinander zur Ionenkollektion in das Zentrum der Kollektionskammer (3), sodann zur Aktivitätsmessung und Aufnahme des Energiespektrums für die von den gesammelten Ionen ausgehende A -Strahlung zwischen die beiden Elektronendetektoren (4) und schließlich wieder in seine anfängliche Stellung verbringt, aus der ihn das Transportorgan (7) wieder in das Magazin (1) zurückbringt.

J). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pione jeweils aus einem Polyesterfilm (9) bestehen, der bddseitig metallisiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Elektronendetektoren (4) und die Oberflächen des jeweils untersuchten Pions entfernbare Schirme (17) einfiihrbar sind, die ß -Strahlung zurückhalten.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speiseleitung (l6) für die Einführung eines inaktiven Gases' zum Spülen der beiden Elektronendetektoren (4) vorgesehen 1st.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Transportorgan für die Entnahme verseuchter Pione und die Einführung neuer Pione oder als Eichmaß für Aktivität oder Energie ausgebildeter Pione besitzt.

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