DE2244204B2 - Einrichtung und Verfahren zur Messung des Neutronenflusses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Neutronenflusses in einem Kernreaktor, mit einem den Reaktorkern einschließenden Reaktordruckbehälter, mit einem neutroneneinfangenden Emitter und mit einer Strommeßeinrichtung für einen zwischen zwei durch Isoliermaterial getrennten Elektroden fließenden Strom, der durch aus dem Emitter austretende Strahlung entsteht. Eine solche Einrichtung ist in der deutschen Auslegeschrift 12 82 201 beschrieben. Bei der bekannten Einrichtung ist nachteilig, daß die Emittersubstanz permanent dem Neutronenfluß ausgesetzt und die Genauigkeit der Messung begrenzt ist.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Genauigkeit der Messung der örtlichen Neutronenflußverteilung mit geringem Aufwand zu verbessern. Als erfindungsgemäße Lösung ist vorgesehen, daß der Emitter aus der Meßstellung im Reaktordruckbehälter ausfahrbar ist und daß die beiden Elektroden im Reaktordruckbehälter feststehend angeordnet sind und den Emitter in der Meßstellung so umgeben, daß eine nach dem Neutroneneinfang vom Emitter ausgehende Gammastrahlung eine meßbar gerichtete Elektronenbewegung zwischen den Elektroden erzeugt.

Bei der Erfindung unterliegt das Emittermaterial also nur in der Meßstellung und in den kurzen Zeiträumen der Bewegung in die Meßstellung bzw. aus dieser heraus einer nennenswerten Neutronenbestrahlung, die zu einem Abbrand führt, so daß für die kurzen Zeiten der Ie Erfindung unterscheidet sich auch von der aus s der deutschen Patentschrift 19 30 439 bekannten Einrichtung zur Messung des Neutronenflusses, bei der ein beweglicher Emitter, der in Form einer Säule aus einzelnen Kugeln ausgebildet ist, nach seiner Aktivterung im Inneren des Reaktordruckbehälters aus diesem aus-

gefahren und an sogenannte Meßplätze geführt wird. Dort wird die Aktivierung mit Einzeinachweiselementen z.B. Halbleiterdetektoren oder Geiger-Müller-Zählrohren, ermittelt, die einen relativ großen Aufwand für die Auswertung der Aktivierung erfordern.

_ls Die eine der beiden Elektroden der Einrichtung nach der Erfindung kann vorteilhaft in mehrere Abschnitte unterteilt sein, wobei jeder der Abschnitte mit der Strommeßeinrichtung verbunden ist Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die örtliche Verteilung des Neu-

tronenflusses über die Länge der unterteilten Elektroden zumindest mit einem durch die Feinheit der Unterteilung gegebenen Auflösungsvermögen festzustellen. Zu bemerken ist dazu, daß aus der französischen Patentschrift 20 64 279 eine Ionisationskammer bekannt

2s ist bei der die eine der beiden Elektroden unterteilt und über ein mehradriges Kabel mit einer Meßeinrichtung verbunden ist Dies gestattet zwer auch eine abschnittsweise Messung der örtlichen Neutronenflußdichte, jedoch ist das Auflösungsvermögen wegen der

für äonisationskammern notwendigen Hochspannungsbeanspruchung zwischen den Elektroden naturgemäß geringer als bei der Einrichtung nach der Erfindung.

Die Elektroden können von einem Ringraum zur Zufühpjng eines Druckmittels für die Bewegung des Emit-

ters umschlossen sein, wobei der Ringraum Verbindungsleitungen der Elektrodenabschnitte enthält. Damit sind die Erfordernisse der Druckmittelführung mit der Möglichkeit kombiniert, die Elektrodenabschnitte in einfacher Weise an ein Kabel anzuschließen, das zu der Meßeinrichtung führt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht des weiteren ein Verfahren, das unabhängig von der Zahl der Elektrodenabschnitte eine Ermittlung der örtlichen Verteilung des Neutronenflusses gestattet, bei dem die Grenzen der Genauigkeit nur durch die mögliche Geschwindigkeit bei der Feststellung des Neutronenflusses gegeben ist. Die neue Einrichtung kann nämlich in einem Verfahren gemäß der weiteren Erfindung so verwendet werden, daß mehrere Augenblickswerte des Stromes beim Ein- und/oder Ausfahren des Emitters gemessen werden. Aus diesen Augenblickswerten läßt sich eine Integralkurve des Neutronenflusses über der Kollektorlänge gewinnen. Diese Kurve kann man in vorteilhafter Ausführung des genannten Verfahrens registrieren und nach der räumlichen Lage von Emitter und Kollektor differenzieren. Daraus erhält man die örtliche Neutronenflußverteilung, wobei die Genauigkeit bei einigermaßen konstanter Geschwindigkeit des Emitters nur noch durch die Zahl der zeitlich aufeinanderfolgenden Meßwerte bestimmt ist und nicht mehr durch die Zahl der Abschnitte des Kollektors. Da man mit modernen Meßeinrichtungen und bei einer nicht zu hohen Bewegungsgeschwindigkeit des Emitters von etwa 1 bis 2 m/sec leicht 100 Meßpunkte oder mehr erreichen kann, ergibt sich eine sehr genaue Übersicht über die Neutronenflußverteilung im Kern. Die für die Differentiation benötigte räumliche Zuordnung von Emitter zur Kollektor läßt sich leicht durch Messung

des konstanten Stromverlaufs der Integralkurve bei Durchlauf des Emitters zwischen zwei Kollektorabschnitten bestimmen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der F i g. 1 eine Meßeinrichtung schematisch dargestellt. In einem Reaktordruckbehälter Reines Druck wasser-Leistungsreaktors ist eine in den Kern K führende U-förmige Rohrleitung L eingebaut Die Rohrleitung L enthält einen Emitter £ der durch Druckluft aus der gezeichneten Meßstellung in die Ruhestellung im äußeren _!0 Schenkel S befördert werden kann. Für diese Bewegung wird die Druckluft dem Anschluß Ai zugeführt. Zum Messen wird der Anschluß Λ2 beaufschlagt, damit der Emitter in den im Kern K feststehend angeordneten Teil der Meßeinrichtung M gelangt

Einzelheiten der Meßeinrichtung zeigen die F i g. 2 und 3 in vergrößertem Maßstab. Man erkennt ein metallisches Hüllrohr 1, das beispielsweise aus einer Nikkelhgierung besteht und einen Durchmesser von 10 mm bei einer Wandstärke von 1 mm a"fweist. Seine _zo Länge entspricht mindestens annähernd der Höhe des für die Messung vorgesehenen Reaktorkerns, z. B. kann die Länge 3 bis 4 m betragen.

In dem Hüllrohr 1 ist ein inneres Führungsrohr 2 (innere Elektrode) konzentrisch angeordnet. Das Rohr kann aus einer Nickellegierung oder aus Zirkonium hergestellt sein. Seine Abmessungen betragen z. B.

3 mm Außendurchmesser und 2,5 mm Innendurchmesser. Im Rohr 2 ist als Emitter E eine beispielsweise aus Kobalt bestehende, schraubenlinienförmig gewickelte Feder (Wendel 3) beweglich angeordnet, die linen Durchmesser von 2 mm aufweist. Die Schraubenfeder 3 besitzt an den Enden geeignete abgerundete Kappen 4, um ein leichtes Gleiten in den Führungsrohren zu ermöglichen, die durch die Reaktordruckbehälterwand in eine äußere Ruhestellung führen.

Auf dem Führungsrohr 2 ist eine Isolierstoffschicht 6 aufgebracht. Die Isolierstoffschicht kann aus zylindrischen Abschnitten 7 und demgegenüber kurzen Ringen 8 bestehen, die einen etwas größeren Durchmesser als ^₀ die Rohre 7 aufweisen. Das Isoliermittel ist ein hitzebeständiger keramischer Isolator, ζ. Β Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid. Auf der Isolierstoffschichl 6 sitzen über die Länge der Meßeinrichtung gleichmäßig verteilte Rohrabschnitte 10 aus einer Nickellegierung, die als Kollektor 11 (äußere Elektrode) dienen. Ihre Abmessungen sind 4,5 mm Außendurcnmesser und

4 mm Innendurchmesser. Insgesamt können z. B. sechs oder zehn solcher Abschnitte 10 über die Länge der Meßeinrichtung verteilt sein. Sie sind an Drähte 12, 13 angeschlossen, die mit keramischer Isolierung 15 versehen sind und in dem Ringraum 16 zwischen den Rohrabschnitten 10 und dem Außenrohr 1 verlaufen. Die Drähte führen zu einem in der Figur nicht sichtbaren Meßgerät für den auf (π, γ)- Prozessen beruhenden Strom. Mit diesem Meßgerät, das außerhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet ist, ist auch das Führungsrohr 2 verbunden.

Die Meßeinrichtung ist mit keramischen Endstücken 14 und Abstandshaltern 17 versehen, so daß ein mechanisch festes Gebilde entsteht. In den Abstandshaltern und Endstücken sind Bohrungen 18 bzw. 19 angeordnet, die eine Bewegung des Emitters mit Hilfe von Druckluft gestatten.

Der Emitter E befindet sich normalerweise außerhalb des Reaktordruckbehälters, so daß er durch die im Reaktorkern vorliegende Neutronenstrahlung nicht abgebrannt werden kann. Wird er mit Hilfe von Druckluft in die fest im Kern montierte Meßeinrichtung M mit dem Kollektor 11 eingefahren, so kann man auf Grund der räumlichen Zuordnung von Emitter 3 und Kollektor 11 den in F i g. 4 gezeichneten Zusammenhang zwischen dem Strom / auf der Ordinate und der Zeit t feststellen, die beim Einschießen des Emitters bis zum Erreichen der Endlage, also der Aktivierungsstellung, verstreicht.

Mit Hilfe der einzelnen Abschnitte 10 des Kollektors 11 kann man zu der Kurve nach Fig.4 eine Relation entsprechend der F i g. 5 gewinnen, die als Zeitfunktion die räumliche Lage X des Emitters zur Zeit 1 wiedergibt. Aus dieser Zuordnung kann man eine Differentiation in der in F i g. 4 gezeichneten Kurve gewiinnen, die die Neutronenflußverteilung 0 in Abhängigkeit von der Lage im Reaktorkern angibt (F i g. 6). Die Genauigkeit dieser Neutronenflußverteilung richtet sich nach der Genauigkeit der in F i g. 4 gezeichneten Stromflußkurve und der Zuordnung zur räumlichen Verteilung auf Grund von Messungen mit Hilfe der Zwischenräume der Kollektorabschnitte 10. Da man mit etwa 100 Meßpunkten für die Kurve der F i g. 4 (/ = f[t)) rechnen kann, ergibt sich eine weitaus genauere Darstellung des Neutronenflusses als bei fest im Reaktor eingebauten Einzelsonden, die über den Reaktorkern verteilt sind.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit dem beweglichen Emitter E kann aber auch wie feststehende Sonden benutzt werden, wobei der eingefahrene Emitter entsprechend den Kollektorabschnitten 10 über die Höhe des Kerns K verteilte Teilströme zu messen gestattet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung des Neutronenflusses in einem Kernreaktor, mit einem den Reaktorkern einschließenden Reaktordruckbehälter, mit einem neutroneneinfangenden Emitter und mit einer Strommeßeinrichtung für einen zwischen zwei durch Isoliermaterial getrennten Elektroden fließenden Strom, der durch aus dem Emitter austretende Strahlung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (E) aus der Meßstellung im Reaktordruckbehälter (R) ausfahrbar ist und daß die beiden Elektroden (2, 11) im Reaktordruckbehälter (R) feststehend angeordnet sind und den Emitter (E)\n der Meßstellung so umgeben, daß eine nach dem Neutroneneinfang vom Emitter (E) ausgehende Gammastrahlung eine meßbar gerichtete Clektronenbewegung zwischen den Elektroden (2,11) erzeugt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (2, 11) in mehrere Abschnitte (10) unterteilt ist und daß jeder der Abschnitte (10) mit der Strommeßeinrichtung verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2,11) von einem Ringraum (16) zur Zuführung eines Druckmittels für die Bewegung des Emitters (E) umschlossen sind und daß der Ringraum (16) Verbindungsleitungen (12, 13) der Elektrodenabschnitte (10) enthält.

4. Verfahren zur Messung des Neutronenflusses unter Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Augenblickswerte des Stroms bei Ein- oder Ausfahren des Emitters gemessen werden.

Messung eine sehr viel größere Empfindlichkeit und damit eine entsprechend verbesserte Genauigkeit vor-