DE2416828A1 - Vorrichtung zum nachweis radioaktiver spaltprodukte - Google Patents

Vorrichtung zum nachweis radioaktiver spaltprodukte

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DE2416828A1
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radiation detector
radiation
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gamma radiation
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Withdrawn
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DE2416828A
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Helmut Dipl Phys Dr Reichel
Edmund Dipl Phys Ruppert
David Dipl Ing Tsu
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Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/02Collecting means for receiving or storing samples to be investigated and possibly directly transporting the samples to the measuring arrangement; particularly for investigating radioactive fluids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Nachweis radioaktiver Spaltprodukte Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis gasförmiger radioaktiver Spaltprodukte mit einem Szintillation-Gamma-Strahlungsdetektor oder einem Zählrohr.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Feststellung von Hüllrohrschäden an Kernreaktor-rennstäben geeignet. Diese Schäden machen sich zunächst durch das Entweichen geringer engen gasförmiger radioaktiver Zerfallsprodukte des Kernbrennstoffes aus dem diesen umgebenden Hüllrohr bemerkbar, insbesondere verschiedener Isotope des Xenons. Diese Spaltprodukte entweichen beispielsweise über ein flüssiges Künlmittel in die Reaktorschutzgasatmdsphäre, und es ist bekannt, aus dieser in gewissen Abständen Proben zu entnehmen, die auf ihren Gehalt an radioaktiven Spaltprodukten untersucht werden. Da eine Freisetzung größerer Mengen radioaktiver SpaLtprodukte vermieden werden muß, um eine Verseuchung der gesamten Anlage zu verhindern, ist es wünschenswert, solche Hüllrohrschäden in ihrem Anfangsstadium festzustellen, zumal die Gefahr besteht, daß stärker l-eschädigte Brennstäbe lie Sühlmittelzirtculation in dem be--reffenden 3rennelement behindern und zu dessen Überhitzung ühren können. Demgemä ist es von großer Bedeutung, den Nachweis von aus solchen beschädigten Brennelementen stammenden Spaltprodukten in möglichst kurzer Zeit zu führen.
  • Ferner ist es wunschenswert, die Vorrichtungen zum Nachweis von Spaltprodukten leicht zugänglich, d.h. außerhalb des eigentlichen Reaktors und seiner Abschirmung anzuordnen, um die Strahlenbelastung in der Nachbarschaft der Vorrichtungen möglichst klein zu halten.
  • Der Nachweis der Spaltprodukte kann beispielsweise mit einer Vorrichtung erfolgen, wie sie in der DT-OS 2 131 097 beschrieben ist, in der die festen Folgeprodukte gasförmiger Spaltprodukte auf elektrostatischem Wege in einer Kammer niedergeschlagen werden, die mit Gas aus der Reaktorschutzgasatmosphäre gefüllt ist. Derartige elektrostatische Abscheider haben jedoch den Nachteil, daß infolge der verhältnismäßig starken Untergrundstrahlung des Reaktors chutzgas es selbst geraume Zeit vergeht, bis sich eine für den Nachweis ausreichende enge angesammelt hat. Auch reagiert ein solches Nachweis gerät nur mit erheblicher Verzögerung auf plötzliche änderungen des Gehaltes an Spaltprodukten, wodurch ein rasches Erkennen plötzlich auftretender Hüllrohrschäden erschwert wird. Darüberhinaus ist eine verhältnismäßig schwere Abschirmung erforderlich, um die an die Umgebung abgegebene Strahlung in vertretbaren Grenzen zu halten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Vorrichtung zum Nachweis radioaktiver Spaltprodukte, die sa empfindlich ist, daß bereits geringe, von einer kleinen Leckage in einem Brennstab-Hüllrohr herrührende Mengen solcher Spaltprodukte mit Sicherheit und innerhalb kurzer Zeit nachgewiesen werden können. So soll beispielsweise in einem Brennstab-Hüllrohr eine Leckstelle mit einem Querschnitt von 0,2 mm2 innerhalb von 1,5 blinuten nachweisbar sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Strahlungsdetektor vo einer Anordnung zur selektiven Verzögerung der in einem Gasstrom mitgeführten Spaltprodukte umgeben ist Dies führt dazu, daß in der Umgebung des Strahlungsdetektors der-Anteil der gesuchten Spaltprodukte soweit erhöht wird, daß er einen merklichen, über die Wirkung der Hintergrundstrahlung hinausgehenden Einfluß auf die Zählrate des Strahlungsdetektors hervorruft. Durch die Anordnung des Strahlungsdetektors inmitten der Verzögerungsanordnung wird erreicht, daß ein erheblicher Teil der von den Spaltprodukten herrührenden Strahlung (ca. 40t) tatsächlich den Strahlungsdetektor erreicht und die Verluste an die Umgebung entsprechend gering gehalten werden.
  • In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Verzögerungsanordnung aus einem wendelförmig um den Strahlungsdetektor geführten, Aktivkohle enthaltenden Rohr besteht. In einem solcnen mit Aktivkohle gefüllten Rohr finden die Spaltprodukte eine ausreichende Verzögerungsstrecke vor, da bei Raumtemperatur das vorzugsweise zum Nachweis von Hüllrohrschäden verwendete Xenon einen etwa 300mal stärkeren Adsorptionskoeffizienten in Aktivkohle als Argon hat, das beispielsweise in flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren bevorzugt als Schutzgas verwendet wird, sodaß die Strahlung des Schutzgases ohne merklichen Einfluß auf das Meßergebnis bleibt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung spricht innerhalb weniger Sekunden auf Anderungen-in der Spaltproduktkonzentration an, und erreicht nach ca. 2 Minuten einen Gleichgewichtszustand.
  • Damit ist gewährleistet, daß die aus einem Brennstabhüllrohrschaden herruhrende plötzliche Erhöhung der Spaltproduktkonzenration einwandfrei von einer durch Anderung der Leistung des Reaktors hervorgerufenen änderung unterschieden wird, die auf die sogen. Tramp-Kontamination zuriickgeht, d.h auf die Freisetzung von Spaltprodukten aus unvermeidlicherweise an der Außenwand des Hüllrohres haftenden Brennstoffpartikeln, E-.n Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt Figur 1 eine schematische Übersicht der gesamten Vorrichtung und Figur 2 in vergrößertem Maßstab denjenigen Teil derselben, in dem die eigentliche Messung stattfindet und Figur 3 in abermals vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der Figur 2.
  • In einer Leitung 1, die zum Schutz vor Störstrahlung hinter einer Abschirmwand 2 angeordnet ist strömt das Gas, dessen Gehalt an radioaktiven Spaltprodukten bestimmt werden soll und das beispielsweise aus der Schutzgasatmosphäre eines hier nicht dargestellten Kernreaktors stammt. Von der Leitung 1 zweigt eine weitere Leitung 3 ab> die durch ein gegebenenfalls fernbetätigtes Ventil 4 absperrbar ist. Über ein Reduzierstück 5 ist die aus Sicherheitsgründen verhältnismäßig dickwandige Leitung 3 mit einer weiteren Leitung 28 geringeren Durchmessers verbunden. Durch diese Querschnittsverminderung wird die Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung 28 erhöht, was zur Verringerung der Transportzeit und damit zu einem schnelleren Ansprechen des Gerätes beiträgt. Vermittels einer Kühivorrichtung 6, vorzugsweise einer Luftkühlung, wird das in der Leitung 28 strömende Gas etwa auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend der eigentlichen Meßvorrichtung 8 zugeführt, wobei der Gas durchs atz durch ein Strömungsmeßgerät 7 überwacht und vermittels eines Regelventils 16 den Erfordernissen angepaßt werden kann. Die Meßvorrichtung 8 ist in einem Behälter 9 angeordnet, der durch weitere Leitungen 10 und 11 belüftet werden kann. Nach dem Verlassen der Meßvorrichtug 8 strömt das Gas durch eine weitere Leitung 12 ab, und zwar üblicherweise über einen hier nicht dargestellten Kamin in lie Atmosphäre. Die Stromversorgung der Meßvorrichtung 8 erfolgt über ein durch die Wand des Behälters 9 geführtes Kabel 13.
  • Um die Meßvorrichtung 8 nach Gebrauch van darin zurückgehaltenen Spaltprodukten reinigen zu können, kann über eine weitere, vermittels eines weiteren Ventils 15 absperrbare Leitung 14 Spülgas aus einem Behälter 29 in die Leitung 28 eingeführt werden.
  • Zur Sicherung der Vorrichtung gegen Oberdruck ist ein ebenfalls in die Leitung 12 abblasendes Sicherheitsventil 27 vorgesehen. Der Überdruck im Bereicn der Leitung 28 und der evorrichtung 8 wird zweckmäßigerweise auf etwa 1,5 Bar begrenzt.
  • Die Meßvorrichtung 8 ist in der Figur 7 näher dargestellt, und zwar bestent sie aus einem Gehäuse 17, das zweckmäßigerweise aus Aluminium hergestellt ist, um einen möglichst ungehinderten Durchgang der Strahlung zu gewährleisten. Die Leitungen 28 und 12 sind vermittels druckfester Verbindungsstücke 18 (Fig. 3) mit einem wendelförmig um das Gehäuse 17 geführten Rohr 19 aus Kupfer oder rostfreiem Stahl verbunden.- Das Rohr 19 enthält Aktivkohle, wobei sich eine Korngröße von 400 Mikrometern und eine Dichte von ca. 0,05 g/cm3 als besonders zweckmäßig erwiesen haben. Als gäsdurchlässiger Stopfen ist an beiden Enden des Rohres 19 nicht adsorbierende Glaswolle 21 eingebracht, und zur Zurückhaltung grober Verunreinigungen im Gasstrom ist ein Filter 22 aus rostfreier Preßstahlschlacke vorgeschaltet. Infolge der höheren Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle 20 für Isotope des Xenons werden diese, soweit sie in einem Strom von Argongas mitgeführt werden, in ersterer verzögert, d.h. in einem Maße angereichert, daß die vQn ihnen ausgehende Strahlung erheblich stärker als die des Argons wird.
  • Diese Gamma-Strahlung wird in bekannter Weise (Fig. 2) vermittels eines Szintillationsdetektors 23, beispielsweise eines Natrium-Jodid-Kristalls nachgewiesen. Die in dem Detektor 23 hervorgerufenen Szintillationen werden mittels eines Fotovervielfachers 24 verstärkt und einem außerhalb des Gehäuses 9 angordneten Diskriminator 25 zugeführt. Dieser Diskriminator läßt sich in bekannter Weise auf Strahlung bestimmter Energiebereiche (sogen. "Fenster") einstellen. Bei einem während der Anfahrphase der Brennelemente auftretenden Hül lrohrs chaden werden hauptsächlich Xenon135 und in geringerem Maße Xenon133 auftreten, so daß eine Einstellung des Diskriminators auf einen Energiebereich von 0,2 MeV bis 0,5 MeV zweckmäßig ist. Mit fortschreitendem Zerfall des Reaktorbrennstoffes wird vo,-133 zugsweise Xe gebildet, so daß im späteren Betrieb eine Einstellung des Diskrimlnators auf einen Energiebereich von 0,07 MeV bis zu 0,09 MeV zweckmäßig ist.
  • Bei Verwendung eines Natrium-Jodid-Kristalls in Form eines Würfels von ca. 50 mm hantenlänge und eines handelsüblichen Fotovervielfachers braucht das Gehäuse 17 und damit das Meßgerät 8 die Abmessungen von 70 mi Durchmesser x 320 mm nicht zu überschreiten. Bei Verwendung einer Rohrwendel 1@ aus einem Rohr mit 3 mm lichtem Durchmesser und 1 mm Wand-3 starke ist der Inhalt der Rohrwendel so gering (ca. 13 cm daß auch bei einem z.B. 2000 µCi/s freisetzenden BrennstoEfhüllrohrschaden in einem Abstand von 1 m von der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung nur eine Strahlenbelastung auftritt, die geringer als 10 2 mr/h ist.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜC}IE
    S Vorrichtung zum Nachweis gasförmiger radioaktiver Spaltprodukte mit einem Szintillations-Gamma-Strahlungsdetektor oder Zählronr, dadurch gekennzeichnet, da3 der Strahlungsdetektor (23) von einer Anordnung (19, 20) zur selektiven Verzögerung der in einem Gasstrom mitgeführten Spaltprodukte umgeben ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsanordnung aus einem wendelförmig um den Strahlungsdetektor (23) geführten, Aktivkohle (20) enthaltenden Rohr (19) besteht.
DE2416828A 1974-04-06 1974-04-06 Vorrichtung zum nachweis radioaktiver spaltprodukte Withdrawn DE2416828A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2613323A4 (de) * 2010-08-31 2016-04-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Intaktheitsmonitor für ein kernreaktorbrennelement
CN113921151A (zh) * 2021-09-10 2022-01-11 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种安全壳卸压排气活度监测信号处理系统

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