DE2803440C2 - Gerät zum Messen der Radioaktivitätskonzentration in einem Gas mit einer Meßkammer und mit einem dieser vorgeschalteten Kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen der Radioaktivitätskonzentration in einem Gas nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Meßgerät dieser Ar ist aus der US-PS 35 31 639 bekannt Ein Kompressor fördert über einen Kühler das Gas mit erhöhtem Druck in eine zylindrische, von einem Abschirmmantel umgebene Meßkammer. In der Meßkammer sind eine Vielzahl zueinander paralleler Platten aus Szintillationsmaterial enthalten, die jeweils vor dem durchsichtigen Fenster eines Fotovervielfachers enden. Die Szintiliationsp'-atten bilden Lichtleiter, die den Lichteffekt zu dem endseitig angeordneten Fotovervielfacher weiterleiten. Aufgrund der großen Oberfläche der Szintillationsplatten ist das bekannte Meßgerät empfindlich gegen Hintergrundstrahlung.

Das bekannte Meßgerät erlaubt lediglich die Ermittlung der Radioaktivitätskonzentration in dem Gas, nicht aber auch die Ermittlung der Radioaktivitätskonzentration von Aerosolen. Insbesondere auf dem Kraftwerksektor ist aber die Kenntnis beider Konzentrationswerte von Bedeutung, da sich aus der Edelgasaktivitätskonzentration und der Aerosolaktivitätskonzentration die Inkorporationsdosis enrütteln läßt

Ein Gerät, mit dessen Hilfe die Radioaktivitätskonzentration von Staub oder Aerosolen gemessen werden kann, ist aus der GB-PS 8 38 144 bekannt Mittels einer Saugpumpe wird Luft über einen Filter in eine Unterdruckkammer gesaugt, wobei der sich auf den Filter niederschlagende radioaktive Staub bzw. das Aerosol mittels eines Geigerzählers gemessen wird. Die bei einer hohen Grundbelastung in Folge äußerer Strahlung sich ergebender Probleme, insbesondere Abschirmungsprobleme werden in dieser Patentschrift nicht behandelt.

JO Aus der FR-PS 13 13 498 ist es bekannt, die Meßkammer eines Radsoaktivitäts-Meßgeräts im Nebenschluß zum Kühlmittelkreislauf eines Reaktors anzuordnen. Das Gehäuse der Meßkammer besteht aus einem betastrahlungsempfindlichen organischen Szintillatormaterial. Die Meßkammer hat die Form einer Hohlkugel und auch das Gehäuse ist im wesentlichen kugelförmig ausgebildet. Auf einander gegenüberliegenden Seiten der Meßkammer sind an das Gehäuse als Fotovervielfacher ausgebildete Detektoren angesetzt, die die Eigenschaft des Szintillatormaterials, aus welchem das Gehäuse besteht, ausnutzen. Bei dem Meßgerät handelt es sich um eine stationäre Anlage, mit der keine Aerosolaktivitätskonzentrationen in dem Gas gemessen werden können.

Aus der Zeitschrift »Nuclear Instruments anH Methods«, Band 27,1964, Seiten 74 und 75, ist es schließlich bekannt, zur Messung der Beta-Strahlung von Feststoffen Oberflächenspenrschichtdetektoren zu benutzen.

Konstruktive Einzelheiten der in diesem Zusammen- die Röhren dienen.

hang benutzten Meßgeräte werden nicht erläutert Im folgenden soll die Erfindung an Ausführungsbei-

Aufgabe der Erfindung ist es ein Gerät der im Ober- spielen anhand von Zeichnungen näher erläutert wer-

begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so aus- den. Es zeigt

zubilden, daß es unter Kompensation äußerer Unter- 5 Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Meßkopfs

grundstrahlung auch die Aerosolaktivitätskonzentration zur gemeinsamen Messung von Edelgasaktiviiäten und

in dem Gas mit hoher Nachweisempfindlichkeit mißt Aerosolaktivitäten;

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Fig.2 eine schematische Darstellung der Gekennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angege- samtmeßanordnung für den Meßkopf nach F i g. 1;
bene Ausbildung gelöst io F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel eines in dem Meßkopf

Die im Rahmen der Erfindung benutzten Oberflä- nach Fig. 1 verwendbaren AerosolfUters.

chensperrschichtdetektoren sind, verglichen mit her- Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Meßkopf 1

körnmlichcn Fotovervielfacher^ relativ Mein unai^sen eines sowohl zur Messung der Edelgasaktivitätskon-

sich deshalb mit vergleichsweise wenig Abschirmmate- zentration als auch der Aerosolaktivitätskonzentration

rial abschirmen. Der erste Cberflächensperrschichtde- 15 geeigneten Meßgeräte Der Meßkopf 1 enthält in einem

tektor mißt die Radioaktivitätskonzentration in dem mit aus Blei oder Wolfram bestehenden Abschirmgehäuse 3

hohem Druck in die erste Meßkanuner eingebracben eine Meßkammer 5, in die über einen Kanal 7 kompn-

Gas. Mit Hilfe des zweiten Oberfiächensperrschichtde- miertes Gas eingeleitet werden kann, dessen Aktivitäts-

tektors wird der Anteil der äußeren Strahlung am konzentration mittels eines Oberflächensperrschichtde-

Meßergebnis des ersten Oberflächensperrschichtdetek- 20 tektors 9 für Betastrahlen gemessen werden soll. Der

tors eliminiert Da beide Meßkammern in demselben Kanal 7 mündet im Bereich des Oberflächensperr-

Abschirmgehäuse untergebracht sind und lediglich schichtdetektors 9 in die Meßkammer 5. i^as in die Meß-

durch eine Abschirmtrennwand voneinander ge-rennt kammer 5 eingeleitete Gas strömt über eine.i Kanal 11

sind, kann das Gewicht des Abschirmmaterials, vergli- auf der dem Oberflächensperrschichtdetektor 9 abge-

chen mit zwei getrennten Gehäusen noch weiter verrin- 25 kehrten Seite der Meßkammer 5 ab. Der Kanal 11 ist ro

gen werden. Durch die Gestaltung des Abschirmgehäu- angeordnet und ausgebildet, daß das sich aufgrund der

ses derart, daß die wirksame Dicke des die drei Detekto- Druckerhöhung des Gases in der Meßkammer 5 bil-

ren vor äußerer Strahlung abschirmenden Abschirmma- dende Kondenswasser ebenfalls abgezogen werden

terials für alle drei Detektoren unabhängig von der Ein- kann.

fallsrichtung der äußeren Strahlung etwa gleich groß 30 Innerhalb des gleichen Abschirmgehäuses 3 ist eine

ist, lassen sich besonders hohe Nachweisempfindlichkei- zweite Meßkammer 13 vorgesehen, die zwischen einem

ten erreichen. in einem Schacht 15 des Gehäuses eingeschobenen Ein-

Um das Volumen der ersten Meßkammer möglichst satzkörper 17, einem Aerosolfilter 19 und einem weiteklein und damit das Gewicht des Abschirmgehäuses ren Oberflächerisperrschichtdetektor 21 gebildet ist In möglichst gering zu halten, ist der Innendurchmesser 35 die Meßkammer 13 mündet ein Kanal 23, über den das der ersten Meßkammer abhängig vom Abstand zum Ort aerosolhaltige Gas in die MeEkammer 13 eingeführt des ersten Detektors entsprechend der für diesen Ab- werden kann. Auf der dem Oberflächensperrschichtdestand optimalen geometrischen Nachweisempfindlich- tektor 21 abgekehrten Seite des Aerosolfilters 19 entkeit gewählt Als günstig hat sich die in Anspruch 2 an- hält der Einsatzkörper 17 eine mit einem Kanal 25 vergegebene Form einer Kugelkalotte erwiesen. In deren 40 bundene Einsenkung 27, die die Filterfläche des Aero-Scheitel kann dt;- erste Oberflächensperrschichtdetek- solfilters 19 freigibt Der Oberflächensperrschichtdetektor angeordnet sein. Brauchbar und vor allem leichter tor 21 irr möglichst dicht oberhalb des Aerosolfilters 19 herstellbar sind aber Ausführungsformen gemäß An- angeordnet und mißt die Aktivität des auf dem Aerosol ■ sprach 3, bei denen die Kugelkalotte durch einen, gege- filter 19 abgeschiedenen Aerosols,
benenfalls mehrere axial aneinandergrenzende Kegel- 45 Zwischen der Meßkammer 5 und der Meßkamn.-er 13 stumpfe ersetzt ist Der erste befindet sich hierbei an ist ein Oberflächensperrschichtdetektor 29 angeordnet, dem verjüngten Ende der Meßkammer. der von der Meßkammer 5 durch eine Abschirmtrenn-

Der gemäß Anspruch 4 vorzugsweise im Bereich der wand 31 getrennt ist Die Abschirmtrennwand 31 ist in

Abschirmtrennwand angeordnete zweite Detektor läßt Fig. 1 mit der Breite des Schachts 15 dargestellt; sie

sich auch zur Kompensation der Grundbelastung des 50 kann sich aber ebenso gut als Trennwand zwischen zwei

dritten Detektors mitausnutz<:n. jeweils eine der Meßkammern enthaltende Gehäuse-

Die bevorzugte Ausführungsform gemäß Anspruch 5 hälften über die gesamte Breite des Abschirmgehäuses

erleichtert das Auswechseln des Aerosolfilters. Der in 3 erstrecken. Der Oberflächensperrschichtdetektor 29

dieser Ausführungsform vorgesehene Einsatzkörper ist in einer üblichen Kompensationsschaltung mit dem kann aus dem Abschirmgehäuse entnommen werden, 55 Oberfiächensperrschichtdetektor 9 oder mit dem Ober-

ohne daß die mit den Kanälen verbundenen Zuleitungen flächensperrschichtdetektor 21 verbindbar. Die Korr.-

gelöst werden müssen. Die Filterscheibe ist bei heraus- pensationsschaltung subtrahiert vom Meßergebnis der

genommenem Einsatzkörper frei zugänglich. Oberflächensperrschichtdetektoren 9, 21 jeweils den

Bei dem Meßgerät der US-PS 35 31 639 wird das Gas durch die äußere Strahlung hervorgerufenen Anteil des

über einen Kühler in die Meßkammer eingeleitet, um 60 Detektors 29. Zur Eichung des Oberflächensperr-

Kondenswasserbildung in der Meßkammer vorzubeu- schichtdetektors 9 ist in der Abschirmtrennwand 31 ein

gen. In der bevorzugten Ausführungsform gemäß An- Sr-90-Prüfapparat 33 eingebettet, welches durch einen

spruch 6 wird zur Belüftung des Kompressors und des Abschirmschieber 35 wahlweise freigelegt bzw. abgeals Röhrenkühler ausgebildeten Kühlers ein Ventilator schirmt werden kann. Der Abschirmschieber 35 ist über mehrfach ausgenutzt Der Kühleffekt kann durch die 65 eine nach außen ragende Triebstange 37 verschiebbar.

Ausbildung nach Anspruch 7 verbessert werden; dabei Die Meßkammer 5 ht,' die Form einer Kugelkalotte, kann die Wärmeaustauschkammer an den Röhren des an deren Scheitel der Oberflächensperrschichtdetektor Röhrenkühlers angebracht ii'm und als Kühlkörper für 9 in einer Ausnehmung 39 sitzt Die aufnehmende

Fläche des Oberflächensperrschichtdetektors 9 weist zur Meßkammer 5 hin. Die Form der Meßkamme^r 5 ist so gewählt, daß die geometrische Nachweisempfindlichkeit des im Scheitel der fCugelkalotte angeordneten Oberflächensperrschichtdetektors 9 unabhängig von normal zum Äquator der Kugelkalotte gemessenen Abstand des Aufpunkts optimal ist. Der einfacheren Herstellbarkeit wegen, kann die Kugelkalotte der Meßkammer 5 auch durch aufeinandergesetzte, zum Oberflächensperrschichtdetektor 9 sich verjüngende Kegelstümpfe angenähert sein, wie dies in F i g. 1 durch gestrichelte Linien 41 angedeutet ist.

Die Wandstärke des Gehäuses 3 einschließlich der Dicke der Abschirmtrennwand 31 ist so gewählt bzw. diese Wände sind so geformt, daß die auf die Oberflächensperrschichtdetektoren 9 und 21 auftreffende äußere Strahlung 43 bzw. 45 stets angenähert die gleiche Abschirmmaterialstärke durchdringt, wie die auf den Oberflächensperrschichtdetektor 29 auftreffende äußere Strahlung 47. Um diese Regel einzuhalten, ist die Materialstärke des Gehäuses 3 an den vier Ecken verringert und das Material 49 zwischen den beiden Oberfiächensperrschichtdetektoren 21 und 29 besteht aus Kunststoff, durch den die Betastrahlung hindurchtreten kann. Beim Meßkopf 1 nach Fig. 1 ist infolge der Druckerhöhung des in die druckfeste Meßkammer 5 eingeleiteten Gases das Volumen der Meßkammer 5 und damit das Gewicht des zur Abschirmung der Meßkammer 5 benötigten Blei- bzw. Wolframgehäuses verkleinert. Die spezielle Gestaltung der Meßkammer 5 führt zu einer Erhöhung der geometrischen Nachweiswahrscheinlichkeit. Das Meßgerät eignet sich deshalb besonders zur Messung der Aktivitätskonzentration bei erhöhter Untergrundstrahlung und kann auch bei Störfällen, etwa bei Lecks eingesetzt werden. Der Meßbereich dieses Geräts erstreckte sich über sieben Größenordnungen. Da sowohl die Edelgasaktivitätskonzentration als auch die Aerosoiaküvitäiskonzeniration mit ein und demselben Gerät gemessen werden können, kann mit Hilfe dieses Geräts die Inkorporatior.sdosis ermittelt werden.

F i g. 2 zeigt schematisch eine Betriebsschaltung für den in F i g. 1 dargestellten Meßkopf. Das Gas, dessen Edelgasaktivitätskonzentration und Aerosolaktivitätskonzentration gemessen werden soll, wird zunächst über eine Drossel 51 und den Kanal 23 in die Meßkammer 13 eingeleitet, in der sich der Oberflächensperrschichtdetektor 21 befindet. Der Meßkammer 13 ist das Aerosolfilter 19 nachgeschaltet, welches über den Kanal 25 mit einem Kompressor 53 verbunden ist. Der Kompressor 53 saugt das Gas durch die Meßkammer 13 und das Aerosolfilter 19, wobei die Drossel 51 Pulsatonen des beispielsweise als Membranpumpe ausgebildeten Kompressors ausgleicht

Der Kompressor erhöht den Druck des aerosolfreien Gases auf Werte zwischen etwa 2 bis 10 bar und drückt das komprimierte Gas über den Kanal 7 in die den Oberflächensperrschichtdetektor 9 enthaltene Meßkammer 5 ein. Um zu verhindern, daß der Wasserdampf des komprimierten Gases in der MeBkarmner 5 kondensiert, wird das komprimierte Gas zunächst gekühlt und dann über einen Entwässerer bzw. Kondensator 55 geführt Die Kühlung erfolgt zweistufig. Das komprimierte Gas wird zunächst durch eine von einem Ventilator 57 belüftete Rohrschlange 59 geleitet, an die sich ein Entspannungskühler 61 anschließt. Der Entspannungskühler 61 weist eine Wärmetauschkammer 63 auf, durch die das komprimierte Gas von einem nicht näher dargestellten Rohr geführt hindurchtritt. In der Wärmelauschkammer 63 mündet eine mit dem Kanal 11 des Meßkopfs 1 verbundene Entspannungsdüse 65, die das aus der Meßkammer 5 austretende Gas entspannt. Der Entspannungskühler 61 dient darüber hinaus als Kühlkörper für die Rohrschlange 59. Die Rohrschlange 59 und der Ventilator 57 sind in einem Ventilation· schacht 67 angeordnet, über den der Ventilator 57 den Kompressor 53 belüftet. An den Kanal 11 sind weiterhin ein Sicherheitsventil 69 und ein Druckmeßgerät 71, beispielsweise ein Manometer, angeschlossen.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines auswechselbaren Aerosolfiltereinsatzes für den Meßkopf nach Fig. 1. Funktionsgleiche Teile sind mit um die i'.ahl 100 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet, wobei zur Erläuterung der Funktionsweise auf die Beschreibung der F i g. ί öezug genommen wird. Der Aerosolfiltereinsatz weist einen aus Blei bestehenden, in den Schicht des Meßkopfs einzusetzenden Einsatzkörper 117 auf, der an seiner dem Detektor zugewandten Fläche eine Einsenkung 127 trägt, in welcher ein zur gegenüberliegenden Seite des Einsatzkörpers 117 geführter Ki.nal 125 mündet. Die Einsenkung 127 ist von einer Filterscheibe 119 abgedeckt, die von einer Überwurfmutter 179 über der Einsenkung 127 gehalten wird. Die Überwurfmutter weist im Bereich aer Filterscheibe i 19 eine die Meßkanv mer bildende Durchgangsöffnung 113 auf. An der Innenseite der Überwurfmutter 179 sind innerhalb der Durchgangsöffnung 113 mündende radiale Nutzen 181 vorgesehen, die sich am Innenmantel der Überwurfmutter 179 axial bis über eine im Inneren der Überwurfmutter 179 am Einsatzkörper 179 angebrachte Umfangsnut 183 hinaus erstrecken. Die Umfangsnut 183 ist mit einem ebenfalls zu der dem Detektor gegenüberliegenden Seite des Einsatzkörpers 117 geführten Kanal 123 verbunden. Die Überwurfmutter 179 ist mit Hilfe einer Dichtung 185 an einer dem Detektor zugewandten Schulter des Einsatzkörpers 117 abgedichtet Der Einsatzkörper 117 kann somit, ohmi die Verbindung«'eitungen zu den Kanälen 123,125 lösen zu müssen, aus dem Schacht entnommen werden, und die Filterscheibe 119 kann durch Abschrauben der Überwurfmutter 179 ausgewechselt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Messen der Radioaktivitätskonzentration in einem Gas, mit einem eine Meßkammer enthaltenden, druckfesten Abschirmgehäuse, einem der Meßkammer vorgeschalteten Kompressor zum Einbringen des Gases in die Meßkammer unter hohem Druck und einem an die Meßkammer angrenzend angeordneten Festkörper-Betastrahlungsdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmgehäuse (3) eine zweite, durch ein Abschirmtrennwand (31) von der erstgenannten Meßkammer (5) getrennte Meßkammer (13) mit einem dem Kompressor (53) vorgeschalteten Aerosolfilter (19) enthält, daß zur Kompensation äußerer Strahlung ein zweiter, zur ersten Meßkammer (5) hin abgeschirmter Detektor (29) an einer dem erstgenannten Detektor (9) relativ zur ersten Meßkammer (5) gegenüberliegenden Stelle vorgesehen ist daß in der zweiten Meßkammer (13) zur Messung der in dem Gas vorliegenden Aerosolaktivitätskonzentration ein dritter Detektor (21) angeordnet ist, daß die drei Detektoren (9, 21, 29) als Oberfiächensperrschichtdetektoren ausgebildet sind und daß die Außenform des Abschirmgehäuses (3) und die Dicke seiner Gehäusewände bzw. der Abschirmtrennwand (31) so gewählt sind, daß die wirksame Dicke des die drei Detektoren (9, 21, 29) vor äußerer Strahlung abschirmenden Abschirmmaterials für alle drei Detektoren (9, 21, 29) unabhängig von der EinfaKsrichtung der äußeren Strahlung etwa gleich groß ist

2. Gerät nach Anspruch 1, daJurch gekennzeichnet, daß die erste Meßkammer (5) die Form einer Kugelkalotte hat

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßkammer (5) die Form eines Kegelstumpfs (41) oder mehrerer ineinander übergehender Kegelstümpfe hat und daß an deren verjüngtem Ende der erste Detektor (9) angeordnet ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (29) im Bereich der Abschirmtrennwand (31) zwischen den beiden anderen Detektoren (9, 21) angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Detektor (21) in einem Schacht (15) des Abschirmgehäuses (3) angeordnet ist, in welchem ein das Aerosolfilter tragenden Einsatzkörper (17; 117) eingesetzt ist, daß das Aerosolfilter als Filterscheibe (119) ausgebildet und über einer dem dritten Detektor (21) zugewandten Einsenkung (127) des Einsatzkörpers (117) mittels einer Überwurfmutter (179) an dem Einsatzkörper (117) befestigt ist, daß im Boden der Überwurfmutter (179) eine Durchgangsöffnung (113) vorgesehen ist, daß ein durch den Einsatzkörper (117) hindurchführender erster Kanal (123) über Nuten (181,183) in dem Einsatzkörper (117) und/oder der Überwurfmutter (179) mit der dem dritten Detektor (21) zugewandten Seite der Filterscheibe (119) verbunden ist und daß in der Einsenkung (127) des Einsatzkörpers (117) ein zweiter, durch den Einsatzkörper (117) hindurchführender Kanal (125) mündet.

6. Gerät nach Anspruch 1, mit einem im Gasstrom zwischen dem Kompressor und der ersten Meßkammer angeordneten Kühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler als Röhrenkühler (59, 67) ausgebildet und mittels eines auch den Kompressor (53) belüftenden Ventilators (57) belüftet ist

7. Gerät nach Anspruch 1, mit einem im Gasstrom zwischen dem Kompressor und der ersten Meßkammer angeordneten Kühler, dadurch gekennzeichnet daß der Kühler als Entspannungskühler (61) ausgebildet ist und eine Wärmetauschkammer (63) aufweist durch die das komprimiert Gas in einer Rohrleitung hindurchtritt und in der eine Entspannungsdüse (65) für das aus der ersten Meßkammer (5) zugeführte Gas mündet