DE2620833C2 - Einrichtung zum Überwachen von in einem zu untersuchenden Gas enthaltenen gasförmigen Spaltprodukten - Google Patents

Description

U'e Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Überwachen von in einem zu untersuchenden Gas enthaltenen gasförmigen Spaltprodukten durch Messen der Strahlung ihrer Tochternuklide. mit einer an einem Endilbswhnitt einen (_/<iseinlaß und am anderen Endab schnitt einen Gasauslaß aufweisenden Abscheidekanv mcr, In welcher eine aus einer Anode Und mehreren Kathoden bestehende Elektrodenanordnung fest eingebaut ist, mit einer Steuereinrichtung, die in zyklischer Folge während je eines Präzipitationszyklus, der je einem Meßzyklus vorangeht, eine gegen die Anode negative Abscheidespannüng an mindestens eine der Kathoden anlegt, wodurch während dieses Präzipitationszyklus Tochternuklide an der betreffenden Kathode abgeschieden werden, sowie mit einer an die Elektrodenanordnung angeschlossenen Meßschaltung, die während des jeweiligen Meßzyklus die Strahlung der Tochternuklide mißt.

Aus der Zeitschrift »Nucleonics«, Dd. 19, 1961, Nr. 5. Seiten 74 und 76 ist eine Einrichtung zur Überwachung von Spaliprodukten mittels der Strahlung von Tochter-

_IQ nukliden von gasförmigen Spaltprodukten in einem zu untersuchenden Gas bekannt, bei welcher eine Abscheidekammer an dem einen Ende bzw. Endabschnitt einen Gaseinlaß und am gegenüberliegenden Endabschniti einen Gasauslaß aufweist. Diese bekannte Einrichtung

ι-, enthält eine drahtformige Kathode, die sich in Längsrichtung durch die Abscheidekammer erstreckt. Darüber hinaus ist auch eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen der Wandung der Abscheidekammer und der drahtförmigen Kathode vorgesehen.

Aus der DE-AS 12 13 063 ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art zum Nachweis von Spaltprodukten bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung wird während der Strahlungsmessung Trägergas durch ein Abscheidegefäß geleitet, welches eine gegenüber der Gefäßwandung auf Spannung liegende Abscheideelektrode und einen Strahlungsdetektor enthält. Zur Realisierung einer schnellen Messung bei hoher Meßgenauigkeit i.t das empfindliche Volumen des Strahlungsdetektors von der in einem Abstand nahezu angeordneten Abscheideelektrode mindestens teilweise umschlossen. Gemäß einer anderen Ausführungsform dieser bekannten Einrichtung können in einem Abscheidegefäß mehrere, möglichst kleine Aktivitätsmeßeinrichtungen vorgesehen sein, wobei zur Zuordnung jeder Aktivitätsmeßeinrichtung zu einem Überwachungsbereich jede der Aktivitätsmeßeinrichtungen in vorgegebenem Zyklus an die Abscheidehochspannung anschaltbar ist. Weder die Anode noch die Kathode ist be¹ dieser bekannten Einrichtung in Richtung der Gasströmung verlaufend angeordnet. Auch wird ^!)ni dieser bekannten Einrichtung die Kathode nicht erhitzt, was sich in einer Verringerung der Meßgenauigkeit ausw irkt. Die Kathodenanordnung dieser bekannten Einrichtung umfaßt mehrere Kathoden, an die mit Hilfe einer Steuereinrichtung in zyklischer Folge eine Präzipitationsspannung angelegt wird.

Schließlich ist aus der Zeitschrift »A'.ompraxis«. Bd. 1!. 1965. Heft 3. S. 131-134 ein Präzipitator mit zylindrischem Stab als Präzipitationselektrode bekannt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung /um Überwachen von in einem zu untersuchenden Gas enthaltenen gasformigen Spaltprodukten der eingangs definierten Art so auszubilden, daß vor früheren Meßzyklen auf den Kathoden der Elektrodenanordnung abgeschiedene Tochternuklide vor jedem Meß/yklus beseitigt und durch sie bedingte Verfälschungen des Meßergebnisses vermieden werden.

Ausgehend von der Einrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathoden der Hcktrodenanord nüng drahtförmig ausgebildet, in der Abscheidekammer

"· in Richtung der Gasströmung verlaufend angeordnet und in zwei Gruppen unterteilt sind und daß die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, daß beim Einleiten des zu untersuchenden Gases in die Abscheidekammer die Kathode bzw, die Kathoden der ersten Gruppe an die Abscheidespannung angelegt und die

K.aihodc bzw. die K.. ViHen der zsvi'en Giuppe über die Sublimaiionstemperatur der Tochternuklide erhitzt werden, daß weiter nach dem Präzipitalionszyklus das zu untersuchende Gas durch ein frisches Inertgas ersetzt, die Erhitzung der Kathode bzw. der Kathoden der zweiten Gruppe beendet und danach ein Meßzyklus eingeleitet wird, wonach ein weiterer Präzipitationszyklus unter Vertauschung der Funktionen der beiden Gruppen von Kathoden, gefolgt von einem weiteren Meßzyklus stattfindet.

Durch die Ausbildung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung läßt sich eine stark verbesserte Meßgenauigkeit erzielen, da durch früher abgeschiedene Tochternuklide bedingte Störeinflüsse, wie sie bei den bekannten Einrichtungen ähnlicher Art vorhanden sind, vollständig ausgeschaltet werden.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines ^₀ Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in F ι g. 1 und Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

In F ι g. 1 ist eine z. B. aus rostfreiem Stahl bestehende Abscheidekammer 1 dargestellt, die am einen Ende mit _J0 einem Gaseinlaß 2 und am anderen Ende mit einem Gasauslaß 3 versehen ist. Zwischen Gaseinlaß 2 und Gasauslaß 3 sind aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Keramik, bestehende Tragplatten 4 und 5 senkrecht zur Axialrichtung der Abscheidekammer 1 angeordnet. Zwischen den Tragplatten 4 und 5 ist eine drahtförmige Anode 6. die z. B. aus Wolfram besteht und einen Durchmesser von etwa 100 μιτι aufweist, praktisch längs der Achse der Abscheidekammer 1 bzw längs eines Durchgangs für ein zu untersuchendes Gas gespannt. Weiterhin sind zwischen den Tragplatten 4 und 5 zwei drahtförmige Kathoden 7 und 8 aus z. B. Wolfram und mit einem Durchmesser von etwa ΙΟΟμίτι gespannt. Das eine Ende der Anode 6 erstreckt sich unter Luftabdichtung aus der Abscheidekammer 1 heraus, wobei es über eine Isolierbuchse 10 mit einer äußeren Klemme 9 "erbunden ist. Di; beiden Enden der ersten Kathode 7 sind über Isolierbuchsen 12 bzw. 14 mit äußeren Klemmen 11 bzw. 13 verbunden, während die beiden Enden der zweiten Kathode 8 über Isolierbuchsen 16 bzw. W an äußere Klemmen 15 bzw. 17 angeschlossen sind. In den Tragplatten 4 bzw. 5 sind Gasdurchlssse 19 bzw. 20 a'tsgebildet.

Der Gaseinlaß 2 ist über ein elektromagnetisches Ventil 21 mit einem Speisesystem für ein Hüllgas oder ein zu untersuchendes Gas von einem Kernreaktor und außerdem über ein elektromagnetisches Ventil 23 mit einem Gasvorrat 22 zur Zufuhr von frischem Inertgas, wie Argon, verbunden. Der Gasauslaß 3 ist über ein elektromagnetisches Ventil 24 an ein Ghsabfuhrsystem f,o angeschlossen.

Die äußere Klemme 9 der Anode 6 ist über einen y/iderständ 31 mit der i?lusklemme einer variablen Gieichspannüngsversörgung 30 verbunden, deren Mi^ nusklemrrie an Masse liegt Die Anode 6 ist mit einer Meßschaltung 32 bekannter Art verbunden, die einen Kondensator 33, einen Vorverstärker 34, einen Haupt-Verstärker 35, einen Impulshöhenanaiysator 36 und einen Frequenzmesser 37 aufweist.

Die äußeren Klemmen 11 bzw. 15 der Kathoden 7 bzw. 8 liegen an Masse. Die äußeren Klemmen 13 bzw. 17 der Kathoden 7 bzw. 8 sind mit festen Kontakten 25 bzw. 27 einer Schaltvorrichtung 25 verbunden, deren bewegbarer Kontakt 28 mit der einen Klemme einer Stromversorgung 29 verbunden ist, deren andere Klemme an Masse liegt.

Die Schaltvorrichtung 25. bei der es sich um einen elektronischen Schalter handeln kann, die variable Gleichspannungsversorgung 30 und die elektromagnetischen Ventile 21, 23 und 24 werden durch eine Steuerschaltung 38 entsprechend einem Ausfall- und einem Meßzyklus gesteuert. Gemäß Fig. 1 ist die Abscheidekammer 1 mit Masse verbunden.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung sind im Prinzip bereits zwei Kathoden ausreichend, doch ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 jeweils eine Vielzahl von Kathoden 71, 72, 73 bzw. 81, 82_; 83 in jeder der Gruppen umfangsmäßig um die als Mittelpunkt dienende Anode 6 herum angeordnet, wobei die Kathoden 71, 72, 73 usw. der ersten . ruppe sich gemäß Fig. 2 mit den Kathoden 81, 82, 83 us/v. der zweiten Gruppe abwechseln. Bei dieser Anordnung können die beiden Enden jeder Kathode 71 usw. der ersten Gruppe mit den äußeren Klemmen 11 und 13 und die beiden Enden jOder Kathode 81 usw. der zweiten Gruppe mit den äußeren Klemmen 15 und 17 verbunden sein.

Nachstehend ist anhand von Fig. 3 die Arbeitsweise der Einrichtung erläutert.

Wenn ein Betriebs-Startbefehl zu einem Zeitpunkt r₀ abgegeben wird, bewirkt die Steuerschaltung 38 ein Öffnen der elektromagnetischen Ventile 21 und 24 und eine Einstellung der Ausgangsspannung der variablen Gleichspannungsversorgung 30 auf einen vorbestimmten Wert VX. z. 0. 500 V. bei dem keine Entladung zwischen Anode 6 und Kathoden 7 und 8 stattfindet Weiterhin legt der Regler 38 den bewegbaren Kontakt 28 der Schaltvorrichtung 25 auf den festen Kontakt 27 um. Hierdurch wird ein Abscheidezyklus eingeleitet, bei dem das Gas die Abscheidekammer 1 durchströmen kann. Wenn während des Abscheidezyklus .Spaltprodukte im Gas vorhanden sind, setzen sich die positiv geladenen Tochternuklide aus dem Zerfall der Beta-Emission der Spaltprodukte elektrostatisch an den Kathoden 7 ab. Da hierbei ein Strom von etwa 1 A von der Stromversorgung 29 fließt, werden die Kathoden \i durch die erzeugte |<>ulesche Wärme auf einen Wert über der SublimationsiemperaUir erwärmt, so daß die Tochternuklide nicht mehr anhaften können. Dn; während des vorhergehenden Abscheidezyklus an der Kathode 8 abgesetzten Tochternuklide werden unter dem Linfluß der Jouleschen Wärme von der Elektrode freigegeben und durch (Jas Hüllgas aus der Abscheidek-imwiet I ausgetrieben.

Zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne T_n nach dem Zeitpunkt in liegenden Zeitpunkt 1, schließt du; Steuerschaltung 38 das elektromagnetische Ventil 21 und öffnet das Ventil 23 Hierdurch wird das in der Abscheidekammer 1 befindliche Hüllgas durch frisches Inertgas vom Gasvorrat 22 aus der Abscheidekammer I ausgetrieben und duruh das frische Inertgas ersetzt. Zu einem Zeitpunkt /2, der eine vorbeslimmte ZeiUpannig nach dem Zeitpunkt U liegt, bringt die Steuerschaltun]; 38 den bewegbaren Kontakt 28 der Schaltvorrichtung 25 in eine Neutralstellung zwischen den festen Kontakten 26 und 27, wodurch die Stromzufuhr zur Kathode 8 unterbrochen wird. Zum Zeitpunkt t₃ schließt

die Steuerschaltung 38 die Ventile 23 und 24, und zum kurz dahinter liegenden Zeitpunkt /4 läßt sie die Ausgangsspannung der variablen Gleichspannungsversorgung 30 vom Wert Vi auf einen Wert V2 (etwa 1700V) übergehen, wodurch ein neuer Meßzyklus eingeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zufuhr von frischem Inertgas zur Abscheidekammer 1 unterbrochen, und das Gas wird durch eine Gammastrahlungsemission von den an der Kathode 7 haftenden Tochternukliden ionisiert, so daß ein elektrischer Strom zwischen der Anode 6 und der Kathode 7 sowie zwischen der Anode 6 und der Kammer 1 fließt. Infolgedessen wird durch die an die Anode 6 angeschlossene Meßschaltung 32 festgestellt, ob Tochternuklide an der Kathode haften oder nicht (d. h. ob im Hüllgas gasförmige Spaltprodukte vorhanden sind oder nicht), und falls Tochternuklide an der Kathode haften, wird ihre Menge bestimmt.

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dem Zeitpunkt U liegenden Zeitpunkt /5 werden die Ventile 21 und 24 geöffnet, so daß die Ausgangsspannung der variablen Gleichspannungsquelle 30 vom Wert V2 auf den Wert Vl übergeht, während der bewegbare Kontakt 28 an den festen Kontakt 26 der Schaltvorrichtung 25 umgelegt wird. Hierdurch wird der nächste Abscheidezyklus eingeleitet, in welchem die Kathode 7 zum Sublimieren der an ihr Voni vorhergehenden Abscheidezyklus haftenden Tochternuklide erhitzt wird, während sich die TochlernukÜde an der bereits abgekühlten Kathode absetzen,

•3 Wie aus der vorstehenden Beschreibung ohne: weiteres ersichtlich ist, besitzt die beschriebene Einrichtung den Vorteil, daß während ein lind derselben¹ Zeitspanne Tochternuklide an der einen Gruppe vöii Kathoden zum Haften gebracht werden, während die

bereits abgesetzten TocHtemuklide von der anderen Gruppe der Kathoden freigesetzt werden, wodurch'die Zeitspanne zwischen den einzelnen Messungen verkürzt wird. Während des Ausfällzyklus werden zwar Tochternuklide an der Innenwand der Abscheidekam-

is mer I₁ die am gleichen Potential liegt wie die Kathode, ausgefällt, doch ist ihre Menge im Vergleich zu derjenigen der an den Kathoden aufgrund des mittels der Elektrodenanordnung nach den Fig. 1 und 2 hervorgerufenen elektrischen Felds haftenden Tochter-

2(1 nuklide gering, und ihr Einfluß ist kaum nennenswert. Erforderlichenfalls kann jedoch die Abscheidung von Tochlernukliden an der Kammerwand dadurch vermie* den werden, daß entweder eine isolierschicht auf der Innenwand der Abscheidekammer 1 vorgesehen oder die Abscheidekammer aus einem Isoliermaterial gebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Überwachen von in einem zu untersuchenden Gas enthaltenen gasförmigen Spaltprodukten durch Messen der Strahlung ihrer Tcchternukiide, mit einer an einem Endabschnitt einen Gaseinlaß und am anderen Endabschnitt einen Gasauslaß aufweisenden Abscheidekammer, in welcher eine aus einer Anode und mehreren Kathoden bestehende Elektrodenanordnung fest eingebaut ist, mit einer Steuereinrichtung, die in zyklischer Folge während je eines Präzipitationszyklus, der je einem Meßzyklus vorangeht, eine gegen die Anode negative Abscheidespannung an mindestens eine der Kathoden anlegt, wodurch während dieses Präzipitationszyklus Tochternuklide an der betreffenden Kathode abgeschieden werden, sowie mit einer an die Elektrodenanordnung angeschlossenen Meßschaltung, die während des jeweiligen Meßzyklus die Strahlung der Tochternuklide mißt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (7, 8) der Elektrodenanordnung drahtförmig ausgebildet, in der Abscheidekammer in Richtung der Gasströmung verlaufend angeordnet und in zwei Gruppen unterteilt sind und daß die Steuereinrichtung (21 bis 30, 38) derart ausgebildet ist, daß beim Einleiten des zu untersuchenden Gases in die Abscheidekammer (1) die Kathode (7) bzw. die Kathoden der ersten Gruppe an die Abscheidespannung angelegt und die Kathode (8) bzw. die Kathoden der zweiten Gruppe über die Sublimationstemperatur der Tochternuklide erhitzt · erden, daß weiter nach dem Präzipitationszyklus das zu untersuchende Gas durch ein frisches Inertgas ersetzt, die Erhitzung der Kathode (8) b/w. Kathoden der zweiten Gruppe beendet und danach ein Meßzyklus eingelegt wird, wonach ein weiterer Präzipitationszyklus unter Vertauschung der Funktionen der beiden Gruppen von Kathoden (7 bzw. 8). gefolgt von einem weiteren Meßzyklus stattfindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Schaltvorrichtung (25) aufweist, die jeweils eine der zwei Gruppen von Kathoden (7 bzw. 8) während einer Erhitzungsperiode mit einer Stromversorgung (29) verbindet.

3. Einrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, dali die Steuereinrichtung eine Steuerschaltung (38) aufweist, welche Ventile (21, 23, 24) zum Einleiten bzw. Auslassen der Gase in die bzw. aus der Abscheidekammer (1) und die Schaltvorrichtung (25) steuert.