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Gamma-Probenwechsler
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Die Erfindung betrifft einen r -Probenwechsler für die X -Spektrometrie
von radioaktiven Prozeßlösungen bei der Kernbrennstoff-Wiederaufarbeitung.
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Bei der Bestimmung der Konzentration von Spaltprodukten kann die Aktivitätsmenge
in einem Bereich von 1 : 106 schwanken, d.h. es gibt sehr schwach-aktive und hochaktive
Proben, z.B. Lösungen zwischen einigen uCi/l und 500 Ci/l. Aus Produktionsgründen
können ganz unterschiedliche Proben gleichzeitig zur Ausmessung anstehen, die hintereinander
auch mit der gleichen Meßapparatur ausgemessen werden sollen. Es wäre zwar möglich,
die Proben von vornherein sehr zu verdünnen, um eine feste Meßgeometrie zwischen
Detektor und Probe einhalten zu können, dann besteht jedoch kein Einfluß mehr auf
die Meßzeit, die bei hoher Verdünnung bereits schwach-aktiver Proben noch beträchtlich
ansteigen würde. Um solche Verdünnungsvorgänge sinnvoll auszunutzen, müßten Kenntnisse
über
den ungefähren Aktivitätsbereich vorliegen - da verhindert werden sollte, daß durch
die Verdünnung bestimmte Aktivitätsgrenzen unterschritten werden - die aber erst
Ergebnis der Messung sein sollen.
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Die Aufgabe, die die Erfindung zu erfüllen hat, besteht darin, einen
t -Probenwechaler zu schaffen, der für die g -spektroskopische Untersuchung von
Spaltprodukten z.B. zwischen 50 KeV und 2 MeV (z.B. Cs, Na, Am) in radioaktiven
Prozeßlösungen ohne Vorbehandlung der Lösungen geeignet ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
ein strahlungssicheres Depot zur Aufnahme von mehreren, in Adapterstücken angeordneten
Proben über eine Einschleusvorrichtung, durch einen Detektor, der in einem abgeschirmten,
über eine Strahlenschutzschleuse mit dem Depot verbindbaren Meßraum untergebracht
ist, durch Probekästen für die Aufnahme der Proben, die für Transportvorgänge im
Depot geeignet sind, und durch eine Manipulatoreinrichtung im Meßraum, mittels der
die Adapter mit Proben durch die Strahlenschutzschleuse und in Meßpositionen über
den Detektor bewegbar sind.
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Eine Weiterführung der Erfindung ist gekennzeichnet durch Transporteinrichtungen,
welche die Probekästen von der Einschleusvorrichtung zur Strahlenschutzschleuse,
quer hierzu an der Strahlenschutzschleuse vorbei und parallel zur ersten von der
Strahlenschutzschleuse weg auf eine Probekastenentnahmerampe bewegen, wobei Annäherungsschalter
für die einzelnen Stellungen der Probekästen vorgesehen sind.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die
Manipulatoreinrichtung eine Zange zur Aufnahme der Adapter aufweist, die entlang
einer Gleitführung horizontal und entlang der Führungsstangen mitsamt der Gleitführung
vertikal bewegbar ist.
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Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß der
t -Probenwechsler in dem Depot bis zu vierzig Proben aufnehmen kann, wobei das Beschicken
und Entnehmen der Proben manuell erfolgt und zwar über eine Einschleusvorrichtung
bzw. durch öffnen einer abgeschirmten Stahltür. Diese beiden Einrichtungsteile können
in vorteilhafter Weise für einen vollautomatisch arbeitenden Laborbetrieb durch
entsprechende Anbauten noch vervollkommnet werden. Die Aufnahme der g -Spektren
der Proben erfolgt mit einem handelsüblichen Germanium-Lithium-Detektor. Der Detektor
mit Kühlgefäß steht auf einer fahrbaren Wiegeeinrichtung und kann zu Wartungs- und
Reparaturzwecken aus der Meßzelle bzw. dem Meßraum ausgefahren werden. Ein weiterer
Vorteil der Erfindung ist darin iu sehen, daß wegen des Vorhandenseins von -Strahlern
das Depot mit 100 mm bzw. 50 mm und die Meßzelle mit 10 mm Blei abgeschirmt ist.
Der Detektor wird zusätzlich zum Schutze vor Streustrahlung mit leicht demontierbaren
Bleisegmenten abgeschirmt.
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Besonders günstig wird mittels der erfindungsgemäßen Probenwechslereinrichtung
die genaue Positionierung über der Detektorachse gelöst. Hierzu sind die Proben
in Adapterstücken eingebracht.
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Für die Fixierung der in Folienbeuteln eingeschweißten Proben und
zur Aufnahme der Abschweißenden sind in den Adapterstücken vier Rippen vorgesehen,
die dann den jeweiligen Probeflaschenabmessungen angepaßt werden können. Für den
Transportvorgang der Adapterstücke mit Proben innerhalb des Depots sind Probekästen
zur Aufnahme von mehreren Stücken gleichzeitig vorgesehen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
mittels der Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
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In Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Gesamteinrichtung dargestellt,
welche im wesentlichen aus dem mit Bleibausteinen 1 abgeschirmten Depot 2 für die
Adapterstücke 3 und dem mit einer Bleiauskleidung 4 versehenen Meßraum 5 mit Meßanlage
6 und Positioniereinrichtung 7 besteht. Beide Teile sind über eine Strahlenschutzschleuse
8 miteinander verbinabar, wobei eine Durchtrittsöffnung 9 für die
Herausnahme
der Adapterstücke 3 aus dem Depotraum 2 mittels der Positionier- und Greifvorrichtung
7 in den Meßraum 5 freigegeben werden kann. Unterhalb des Depots 2 ist ein weiterer
Raum 10 dargestellt, der für Getriebemotoren, Annäherungsschalter und für nicht
näher dargestellte Elektronik vorgesehen ist. Weitere Schnitte A-A, B-B, C-C und
D-D sind in den Figuren 3 bis 6 näher dargestellt. Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt
durch ein Adapterteil 3 und die Fig. 7 einen Anblick eines Probekastens 11 zur Aufnahme
der. einzelnen Adapterstücke 3.
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Die in einer nicht näher dargestellten Verdünnerbox vorbereitete Probe
wird für die Bestimmung verschiedener Spaltprodukte in eine mit einer Kennzeichnung
versehene Probeflasche 12 (siehe Fig. 2) abgefüllt, in Kunststoffolie dicht eingeschweißt
und in das Adapterstück 3 eingeschoben. Für die Fixierung der Probeflasche 12 und
zur Aufnahme der Abschweißenden (nicht näher dargestellt) sind im Innern der Adapterstücke
3 vier Rippen 13 angebracht.
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In dem Boden .i4mit einer maximalen Stärke von 1 mm befindet sich
im Zentrum eine Bohrung 15 von einem Durchmesser von 15 mm.
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Als Material für die Adapterstücke 3 kaln Polystyrol oder ein anderer
Kunststoff verwendet werden.
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Das Einschleusen der ca. vierzig Proben 12 in das mit Blei abgeschirmte
Depot 2 erfolgt durch eine Einschleusvorrichtung 16 (siehe Fig. 3 und Fig. 6). Sie
besteht aus einer einfachen Führung, auf die die Probekästen 11 (siehe Fig. 7) eingesetzt
und mit den Adapterstücken 3 gefüllt werden können. Die Probekästen 11 werden durch
eine Öffnung 17 in der seitlichen Bleiabschirmung 1 in den Depotraum 2 eingeführt.
Für den Transport der Kästen 11 ist eine handbetätigte Schubstange 18 vorgesehen,
die durch einfaches Drehen ein- bzw. ausgekuppelt werden kann.
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Das Beschicken des Depotraumes 2 mit z.B. acht im Umlauf befindlichen
Kästen 11 mit je fünf Adapterstücken 3 erfolgt demnach von Hand über die Einschleusöffnung
17. Für die spätere Zuordnung der Meßergebnisse wird beim Beschicken der einzelnen
Proben 3 bzw. 12 eine fortlaufende Probenummer zusammen mit dem Verdünnungsgrad
über einen nicht näher dargestellten Terminal einem Prozeßrechner
eingegeben.
Ist der jeweilige Kasten 11 gefüllt, wird mittels eines Handrades 19 von außerhalb
des Depots 2 zurückgedreht und dabei von einem Mitnehmer 20 (siehe nunmehr wiederum
Fig. 1) eine federbelastete Verriegelung 21 (siehe Fig. 6) betätigt. Jetzt kann
der mit Proben 3 gefüllte Kasten in das Depot 2 eingeschoben werden.
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Nach dem Entriegeln des Handrades 19 werden die Kästen 11 mit Hilfe
eines im Raum 10 untergebrachten Gegengewichtes 22 über einen Seilzug 23 und ein
Führungsgestänge 66 nach vorne transportiert, d.h. in Richtung Strahlenschutzschleuse
8.
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Die Signale von acht Annäherungsschaltern 24 (siehe Fig. 1) steuern
eine nicht näher dargestellte elektronische Ziffernanzeige und einen Quertransport
25 (siehe Fig. 3) mit Getriebemotor 26 und Gestänge 28. Der neunte Endschalter 29
(siehe Fig. 1) der die Position des Gegengewichtes 22 angibt, schaltet den Getriebemotor
26 ab und schließt den Strahlenschutzschieber 8 über den Getriebemotor 30 mit Antriebsmechanismus
31 und damit die Öffnung 9 zu.
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Das DePot ist leer. Die elektronische Ziffernanzeige (nicht näher
dargestellt) zeigt dem Operateur immer an, wieviel Probekästen 11 jeweils noch zur
Auswertung bereit stehen.
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Nachdem einer der Probekasten 11 mit Adapterstücken 3 in den Quertransport
26, 28 (siehe Fig. 3) eingefahren ist, d.h. wenn das Signal eines Annäherungsschalters
24 und das Signal aus dem ersten Annäherungsschalter 32 der Annäherungsschalter
33 für den Quertransport 28 vorliegt, fährt der Getriebemotor 26 eine Probeflasche
3 in Abnahmeposition vor die Öffnung 9 in der Bleiabschirmung 1 (siehe Fig. 1).
Gleichzeitig hält eine mit dem Quertransport 28 verbundene Verriegelung 34 die nachfolgenden
Probekästen 11 solange fest, bis der Quertransport 28 in seine Ausgangslage zurückgekehrt
ist.
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Bevor jedoch die Abnahmeposition vor der öffnung 9 angefahren wird,
überprüft ein kapazitiver Annäherungsschalter 35 an der Decke des Depotraumes 2
(siehe Fig. 3), ob die jeweils anzufahrende Position mit einem Adapterstück 3 besetzt
ist. Bei negativem Ergebnis fährt
der Quertransport 28 um eine Position
weiter. Bei positivem Ergebnis wird der bleiabgeschirmte und über Endschalter gesteuerte
Strahlenschutzschieber 8 aufgefahren und ein Zählwerk aktiviert.
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Danach. fährt ein in vertikaler und horizontaler Richtung beweglicher
Greifarm 7 mit Haltevorrichtung 36 und Führungsvorrichtung 37 sowie Antrieb 38 im
Meßraum 5 in die mittlere, mit I bezeichnete Stellung (siehe Fig. 1). Nach Erreichen
dieser Position bewegt ein Vertikalantrieb 39 mit Getriebemotor 40 (siehe Fig. 4)
den Greifarm 7 bis zu dem Annäherungsschalter 41 (siehe wiederum Fig. 1). Danach
fährt der Arm 7 in horizontaler Richtung in die Aufnahmeposition II.
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Dabei umschließt die federbelastete Greiferzange 42 (siehe auch Fig.
5) ein Adapterstück 3 durch die öffnung 9 hindurch mit der darin befindlichen Probeflasche
12.
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Zum Ausschleusen der Probe 12 (siehe Fig. 2) muß jetzt der Greifarm
7 (siehe Fig. 1) in vertikaler Richtung nach oben zum Annäherungsschalter 43 verfahren
werden. Das Adapterstück 3 befindet sich nun außerhalb des Probekastens 11. Dann
bewegt sich der Arm 7 wieder bis zur Mittelstellung I, wobei nach Erreichen des
Abschaltesignals der Strahlenschutzschieber 8 geschlossen wird. Anschließend wird
der Greifarm 7 in die eigentliche Meßposition III gefahren.
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Ist nun eine erste Meßposition über dem mittels Bleisegmenten 44 abgeschirmten
Germanium-Lithium-Detektor 6 angefahren (800 mm Abstand über dem Detektor 6), wird
die Welle 39 (siehe auch Fig. 4) mit den Anschlägen für einzelne Stufensprünge in
Ausgangsposition gebracht. Dies geschieht dadurch, daß der Wellenantrieb 40 solange
durchgesteuert wird, bis von der Steuerscheibe 67 (siehe Fig. 4) und den beiden
Annäherungsschaltern 41 und 43 ein Doppelsignal vorliegt. Mit der in Fig. 4 dargestellten
Positioniervorrichtung 46 kann die Welle 39 auf Detektoroberkante einjustiert werden.
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Nach dem Vorliegen der Signale von den Schaltern 45 und 47 (siehe
Fig. 4) wird vom Ge-Li-Detektor 6 die Impulsrate gemessen und über einen nicht näher
dargestellten Vorverstärker an ein countingratemeter weitergegeben. Diese Geräte
können im Elektronikraum 10 untergebracht sein. Liegt die gemessene Impulsrate außerhalb
eines vorgegebenen Meßbereiches, wird die Steuerwelle 39 um eine Teilung weitergedreht.
Dann fährt der Greifarm 7 mit der Probe 12 auf die nächst tiefergelegene Meßposition.
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Nach dem Anfahren sämtlicher Meßpositionen (eine weitere ist in Fig.
1 gestrichelt eingezeichnet) oder nach einer positiven Messung wird das Adapterstück
3 wieder in den Probekasten 11 im Depotraum 12 zurückgebracht, der Greifarm 7 mit
Greifzange 42 auf Ausgangsposition zurückgefahren und der Quertransport 28 (siehe
Fig. 3) um einen Takt weitergeschaltet. Die Meßergebnisse werden an ein software-Programm
einer Rechenanlage weitergegeben, die die Auswertung zusammen mit der Probennummer
ausdruckt.
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Nach dem Durchlaufen der fünf in einem Probekasten 11 vorgesehenen
Abnahmepositionen fährt der Quertransport 25, 26, 28 bis zum Endanschlag durch.
Der sechste Annäherungsschalter 33, der auch den Antrieb 26 abschaltet, startet
nun ein Ausstoßgerät 48 (siehe Fig. 3) mit Transportplatte 49, Antrieb 50 und (siehe
Fig. 1) Gestänge 51 sowie Annäherungsschalter 52. Dieses Gerät 48 transportiert
einen Probekasten 11 auf eine nach unten geneigte und ebenfalls bleiabgeschirmte
Röllchenbahn 53 (siehe Fig. 1). Von hieraus können die ausgemessenen Proben 3, 12
nach Öffnen einer Bleitür 54 aus dem Depotraum 2 bzw. dem Raum für Elektronik 10
ausgeschleust werden.
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In Fig. 5 ist ein Schnitt durch den Meßraum 5 sowie eine Aufsicht
auf das Depot 2 mit einem Ausschnitt des Depotinnenraums dargestellt. Weiterhin
ist sichtbar die Lage des Getriebemotors 30 für die Verstellung der Strahlenschutzschleuse
8 sowie der Halterung und Führung 55 der Ureifzange 42 am Greifarm 7, Weiterhin
sichtbar
ist die Stellung eines Probekastens 11 auf dem Gestänge 66 für den Transport zur
Strahlenschutzschleuse 8 von der Einschleusvorrichtung 16. Gestrichelt eingezeichnet
ist die Röllchenbahn 53 sowie die Bleitür 54.
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Der Ge-Li-Detektor 6 mit Kühlgefäß 56 steht auf einer Wiegeeinrichtung
(siehe wiederum Fig. 1 und Fig. 4). Diese Wiegeeinrichtung besteht aus einer Aufnahmeplatte
57, zwei Kugelgelenken 58, einem Druckaufnehmer 59 und einer Grundplatte 60, welche
über Stahlrollen 61 bewegt werden kann. Der Meßweg des Druckaufnehmers 59 soll möglichst
gering sein, damit der Abstand zwischen Detektor 6 und Probeflasche 12 unabhängig
von der jeweiligen Kühlflüssigkeitsmenge im Kühlgefäß 56 erhalten bleibt. Die Signale
dieser Wiegeeinrichtung werden zur Uberwachung und zum automatischen Befüllen der
Kühleinrichtung verwendet. Damit keine störenden Schwingungen auf die Meßapparatur
übertragen werden können, ist zwischen dem über Führungsleisten geführten Transportwagen
62 und der Wiegeeinrichtung 59 eine Gummiplatte 63 vorgesehen. Der Detektor 6 wird
außerdem zum Schutz gegen Streustrahlung mit den leicht demontierbaren Bleisegmenten
44 abgeschirmt. Das Gewieht dieser Abschirmung 44 wird mittels Stahlstützen 64 direkt
auf den Transportwagen 62 übertragen. Für evtl. notwendige Reparatur zwecke ist
in der mit Blei abgeschirmten Meßzelle 5 eine ebenfalls mit Blei abgeschirmte Stahltür
65 (siehe Fig. 4) vorgesehen, um ein einfaches Ein- und Ausschleusen der gesamten
Meßapparatur zu ermöglichen.
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