DE3016826C2

DE3016826C2 - Verfahren zum Transport feiner Teilchen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3016826C2
Application number: DE3016826A
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Fujisawa Kanagawa Kohno; Kotaro Sendai Miyagi Sasaki; Hideyuki Tanaka; Hiroto Kamifukuoka Saitama Tanaka
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokyo Jp; Tohoku Kinzoku Kogyo Kk Sendai Miyagi Jp
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokyo Jp; Tohoku Kinzoku Kogyo Kk Sendai Miyagi Jp
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE3016826A1; FR2455706B1; US4395746A; SE8003234L; SE445545B; FR2455706A1; CA1154498A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport feiner Teilchen, von denen mindestens ein Teil magnetisierbar ist, insbesondere der in einem Kernreaktor anfallenden CRUD-Teilchen, wobei die Teilchen mit Hilfe umlaufender Magnetfelder transportiert werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zum Beispiel sind Rohrleitungen, Brennstäbe und dergleichen in einem Kernreaktor für die Entstehung sogenannter CRUD-(Canadian Reactor Unknown Deposite)-Teilchen verantwortlich, die sich in den Rohrleitungen und Behältern des primären und sekundären Kühlsystems ablagern. Es handelt sich dabei um feine Teilchen radioaktiven Eisenzunders, so um ferromagnetische Eisenoxide wie z. B. Magneteisenstein (Fe₃OO und Maghemit (gamma-FejOs) und um paramagnetisches Eisenoxid wie z. B. Härnatit (alpha-Fe₂O₃). Diese Teilchen weisen eine hohe Radioaktivität auf, so daß befürchtet werden muß, daß das Bedienungspersonal, das regelmäßige Inspektion-, Warnings- und Reparaturarbeiten an der Anlage oder nahe solcher Plätze durchführt, an denen readioaktiver Abfall gesammelt wird, durch Strahlung Schaden erleiden.

CRUD-Teilchen neigen dazu, sich an solchen Orten in Rohrleitungen und Tanks anzusammeln, an denen die Flüssigkeit langsam fließt. Beispielsweise, wie es weiter unten noch beschrieben werden wird, sammeln sich CRUD-Teilchen in großen Mengen im Raum zwischen dem Rohrstutzen (safe-end-nozzle) und der thermischen Hülse (thermal sleeve). Daher ist es sehr gefährlich, sich

zu diesen Bauteilen für periodische Inspektions-, Warnings- und Reparaturarbeiten Zugang zu verschaffen. Die Arbeitszeit pro Tag für einen Bedienungsmann, die durch die noch biologisch tolerierbare Strahlungsdosis bestimmt ist, ist daher in der Praxis sehr kurz. Daraus

to folgt, daß zur vollständigen Durchführung der regelmäßigen Inspektions-, Warnings- und Reparaturarbeiten an einem Reaktor sehr viele Kopf-Arbeitsstunden nötig sind, woraus sich nicht nur eine Zunahme des Zeitabstandes, in dem die Inspektionsarbeiten durchgeführt werden, sondern aixh eine Erhöhung der Kosten ergibt Aber viel wichtiger ist, daß nach Möglichkeit

vermieden werden sollte, Leute an derart gefährlichen Plätzen arbeiten zu lassen.

Bislang wurden jedoch keine besonderen und

wirksamen Maßnahmen gegen Ansammlungen von CRUD-Teilchen bzw. Ablagerungen getroffen, was im wesentlichen daran liegt, daß CRUD-Teilchen auf magnetische Felder nicht ansprechen, uie einzige bislang ergriffene Gegenmaßnahme liegt darin, die

Strahlungsabschirmung aus Blei zu verwenden, wenn

sich der Bedienungsmann den aus Sicherheitsgründen

vorgesehenen Sicherheitsrohrstutzen (safe-end-nozz-

les) od. dgl. nähert, wi£ es unten beschrieben wird.

Es wird Bezug auf F i g. 1 genommen. Bei der

regelmäßigen Inspektion eines sich von der Wandung eines Druckkessels a eines Kernreaktors weg erstrekkenden Sicherheiisrohrstutzens b (safe-end-nozzle) werden ringförmige Bleiabschirmkörper in eine thermische Hülse c eingesetzt und auf dem Rohrstutzen b

befestigt. Danach wird die Öffnung einer biologischen Abschirmung e mit mit Bleiteilchen gefüllten Ballen bzw. Packungen f vollständig verschlossen. Auf diese Weise kann die biologische Dosisrate infolge der Anwesenheit von CRUD-Teilchen im Raum g·zwischen dem Rohrstutzen b und der thermischen Hülse c reduziert werden.

Bei Kernreaktoranlagen ist es schwierig, eine Rohrleitung od. dgl. an gewünschten Punkten zu unterbrechen. Daher ist es nahezu unmöglich, in Bezug auf den Druckkessel von außen her CRUD-Teilchen mit Hilfe eines geeigneten Gases od. dgl. oder mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung abzutransportieren und zu entfernen. Die oben angegebene Abschirmung mit Hilfe der Bleischilder d und der Bleiteilchen

so enthaltenden Packungen /"ist mit folgenden Problemen verbunden:

1) Die biologische Dosisrate ist für das Bedienungspersonal zu hoch.

2) Die Bleischilder d und die mit Bleiteilchen gefüllten Packungen f sind sehr schwer, so daß ihre

Handhabung gefährlich und umständlich ist.

3) Die Abschirmung benötigt viel Zeit. Daher ist es unmöglich, eine solche Abschirmanordnung zu verwenden, wenn die regelmäßigen Inspektions-, Wartungs- und Reparaturarbeiten in kurzen Zeitabständen vorgenommen werden müssen.

4) Die Kosten für die regelmäßigen Inspektionsarbeiten werden aufgrund des auf den Ein- und Ausbau der Bleischilder c/und der Packungen /'entfallenden Anteils ziemlich hoch.

5) Die vorgeformten Abschirmungen d können nicht an andeien Orten bzw. Plätzen verwendet werden. Außerdem müssen diese Abschirmungen und

Packungen f fCr -.ten nächsten Betriebsvorgang gelagert werden, so daß entsprechend großer Lagerraum benötigt wird.

6) Mit der Abschirmung soll die biologische Dosisn ic so klein wie möglich gehalten werden, so daß die vorgeformten Bleiabschirmkörper <j und die mit Bleiteilchen gefüllten Packungen f doch eine erhebliche Größe annehmen, insbesondere ziemlich dick ausfallen. Daher wird der verbleibende Arbeitsplatz eingeschränkt, so daß die regelmäßigen Inspektionen schwierig durchzuführen sind,
h: K.iärnkiaf'.anlagen ist es aus Sicherheitsgründen und im Hinblick auf die bestehenden Gesetze und Verordnungen nicht möglich. Rohrleitungen od. dgl. an gewünschten Punkten aufzumachen, uin einen Luftstrahl od. dgl. einzuleiten.

Zur Lösung des Problems, CRU D-Teilchen zu beseitigen, insbesondere aus dem Raum g zwischen dem Rohrstutzen b und der thermischen Hülse c, wurden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfangreiche Studien und Experimente durchgeführt, wobei herausgefunden worden ist, daß in den Ansammlungen von CRUD-Teilchen die hämatitischen Teilchen, die im wesentlichen nicht-magnetisch sind, von den magnetischen und maghetitischen Teilchen, die magnetisch sind, umgeben sind. Aufgrund dieses beobachteten Umstandes wurden Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, um die CRUD-Teilchen auf magnetischem Wege abzutransportieren und zu entfernen.

Im wesentlichen wurden drei Wege zum magnetischen Entfernen von CRUD-Teilchen vorgeschlagen:

(1) Ein Verfahren, bei dem wie bei einem Linearmotor mit Hilfe von Drehstrom flache sich bewegende Felder erzeugt werden.

(2) Ein Verfahren, bei dem das Wechselfeld, das durch einen Wechselstrom- oder Gleichstrom-Magneten oder einen Permanentmagneten erzeugt wird, mechanisch verschoben wird.

(3) Ein Verfahren, bei dem das von einen Gleichstromoder einem Permanentmagneten erzeugte Gleichstromfeld mechanisch verschoben wird.

Bei allen drei Verfahren jedoch ist die Transportleistung an CRUD-Teilchen maximal 10%. Außerdem wird ein großer Arbeitsraum benötigt.

Ferner ist aus der DE-AS 11 30 363 eine Fördereinrichtung für magnetisierbares Material bekannt, bei der radial wirkende Magnete in Form einer Schraubenlinie um eine gemeinsame Achse angeordnet sind und um diese Achse laufen, wobei feststehende Leitmittel vorgesehen sind, die eine Mitnahme des Fördergutes durch die Magnete in Drehrichtung verhindern. Hier wird das magnetisierbare Material von den radial wirkenden Magneten magnetisiert und, da es in Drehrichtung durch das feststehende Leitmittel an einer Bewegung gehindert ist, ausschließlich in axialer Richtung beim Drehen der schraubenlinienförmig angeordneten Magnete mitgenommen.

Aus den DE-OS 20 52 516 und 24 38 972 sind ähnliche Fördervorrichtungen bekannt, bei denen zur Fortbewegung der magnetisierbaren Teilchen mit spiralförmig angeordneten Magneten gearbeitet wird.

Aus der DE-OS 19 59 873 ist eine Vorrichtung zum Transportieren von Draht oder Pulver bekannt, bei der stromgespeiste Spulen koaxial entlang eines geradlinigen Transportweges derart angeordnet sind, daß sie ein auf das zu transportierende magnetisierbare Material einwirkendes magnetisches Wanderfeld erzeugen.

Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren lassen hinsichtlich der Transportkapazität, inäbi^cüücrc bei Teilchen, die schwer zu magnetisieren sind, wie z. B. sogenannte CRUD-Teilcher. in Kernreaktoren, sehr zu wünschen übrig. Danar iict,. der Rrfir^'m-:,^ die Aufgabe --jgrunde, bei dem gaitungsgemäßen Verfahren ?m» iraiisport feiner Teilchen auch bei begrenztem zur Verfügung stehenden Raum die Transportfähigkeit und-kapasttät zu erhöhen.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfiiidungspanäß vorgeschlagen, vor dem Transport mit Hilfe der umlaufenden Magnetfelder ein stationäres Magnetfeld zum Magnetisieren der Teilchen anzuwenden.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 eine Ansicht zur Erläuterung der Abschirmung eines Siche.rheitsstutzens eines Druckkessels eines Kernreaktors,

Fig.2 teilweise eine aufgeschnittene Seitenansicht eines gemäß der Erfindung verwendeten Generators zur Erzeugung eines umlaufenden Wechselfeldes,

F i g. 3 eine Stirnansicht des Generators in Richtung desPfeibIIIderFig.2,

F i g. 4 eine Stirnansicht des Generators in Richtung des Pfeils IVder Fig.2,

.to Fig. 5 eine zur Fig. 2 ähnliche Ansicht zui Darstellung der Spulenwicklung des Generators,

Fig.6 eine Stirnansicht der Spulenwicklung in Richtung des Pfeils VI der F i g. 5,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer Wicklung,

Fig.8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII der F i g. 5 zur Darstellung der Anordnung der Wicklungen,

Fig.9 ein Schaltbild für die Spulen des in Fig.2 dargestellten Generators,

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Gleichstrom-Erregers, wie er im Zusammenhang mit der Erfindung Verwendung findet,

F i g. 11 eine Stirnansicht des Gleichstrom-Erregers in Ricl.tung des Pfeils XI der F i g. 10,

F i g. 12 ein Schaltbild für eine im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Stromquelle,

Fig. 13 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ansammlung von CRUD-Teilchen zwischen einem Sicherheitsstutzen und einer thermischen Hülse eines Kernreaktors,

F i g. 14 eine Darstellung, um zu veranschaulichen, wie angesammeltes CRUD-Material nach Fig. 13 magnetisiert wird,

Fig. 15 eine Stirnsansicht in Richtung des Pfeils XV der Fig. 14,

Fi j. -6 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verteilung des vom Gleichstrom-Erreger in Fig. 15 im Sicherheitsstutzerr erzeugten Flusses,

Fi g. 17 und 18 Darstellungen zur Erläuterung von im

Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Experimenten, wobei F i g. 17 CRUD-Teilchen vor ihrer Magnetisierung zeigt, während Fig. 18 die Teilchen nach ihrer Magnetisierung zeigt,

Fig. 19 eine Ansicht zur Veranschaulichung, wie CRUD-Teilchen entfernt werden,

Fig. 20 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeils XX der Fig !°.

Fig. 2i(A) und 21(B) Ansichter, zur Darstellung der Punkte, an denen die Radioaktivität nach Entfernung

der CRUD-Teilchen gemessen wird, und

F i g. 22 eine graphische Darstellung, die die Verringerung der Radioaktivität an verschiedenen Punkten nach Beseitigung der CRUD-Teilchen zeigt.

Es wird zunächst auf die F i g. 2 bis 9 Bezug genommen, in denen ein Generator 1 für Drehstrom zur Erzeugung umlaufender Wechselfelder dargestellt ist. Ein magnetischer Zylinder 2 ist mit zwölf Schlitzen 3 versehen, die auf der zylindrischen Außenfläche ausgebildet sind und in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Schlitze 3 verlaufen unter einem Winkel schräg zur Achse des magnetischen Zylinders 2.

Eine vergossene Spule 4 bis 9, wie sie in F i g. 7 dargestellt ist. wird durch entsprechende Wicklung isolierter Leiter und Vergießen mit Polyäthylen und danach durch weitere Isolierung mit Glas oder Cupton-Bändern erhalten. Diese Spulen 4 bis 9 werden in die Schlitze 3 eingesetzt. Der magnetische Zylinder 2 mit den Spulen 4 bis 9 wird dann mit einer nichi-^rT12£rⁿ'^lt'^c^h^An Akrti^Luno 1Π ahapf\pr\ct iinrl dann -jo von einem Gehäuse 11 aus nicht-magnetischem Material umgeben.

Die Spulen 4 bis 9 sind wie in den F i g. 6 und 8 dargestellt angeordnet. Das heißt, daß jede Spule drei Viertel eines vollen Wicklungsschrittes belegt. Diese Spulen 4 bis 9 sind miteinander wie in Fig. 9 gezeigt verbunden. Das heißt, daß sie in der Folge 4—7—5— 8—6 — 9 und 4 verbunden sind und daß der Verbindungspunkt U zwischen den Spulen 4 und 9, der Verbindungspunkt V zwischen den Spulen 5 und 7 und der Verbindungspunkt Wzwischen den Spulen 6 und 8 mit einer Dreiphasen-Wechselstromquelle 14 (s. Fig. 19) über ein Verbindungsstück 12 (s. F i g. 2 bzw. 3) verbunden sind. Wenn daher die Spulen 4 bis 9 erregt werden, werden die feinen magnetischen Teilchen, wie z. B. CRUD-Teilchen, gezwungen, sich in Richtung der resultierenden F(s. Fig. 19) des Vektors der durch diese Spulen 4 bis 9 erzeugten Drehfelder und der durch Gravitation. Viskosität usw. bedingten und auf die CRUD-Teilchen einwirkenden Kräfte zu bewegen, wie es unten näher beschrieben wird.

Experimente ergaben, daß die CRUD-Teilchen am berten entfernt werden können, wenn der Wicklungswinkel (das ist der Winkel zwischen den schräg-verlaufenden Schlitzen 3 und der Achse des magnetischen Z\ linders 2) und der Spulen 4 bis 9 etwa 30° beträgt. Es wurde auch herausgefunden, daß die Geschwindigkeit, mit der die CRUD-Teilchen gezwungen werden, sich zu bewegen, größer ist, desto kleiner der Wicklungswinkel ist. wobei die Abkratzwirkung jedoch gering ist. Daher ist der Abtransporteffekt insgesamt gesehen gering. Andererseits wi.d der Abkratzeffekt umso größer, je größer der Wicklungswinkel wird, jedoch wird die Transportgeschwindigkeit klein. Eine optimale Abstimmung zwischen Abkratzen und Transport ergibt sich bei einem Wickiungswinkel von ca. 30°.

Es uird nun wieder Bezug auf die Fig. 3 und 4 genommen.

Die Stirnplatten des Generators 1 zur Erzeugung von Drehfeldern sind mit Luftlöchern 13 versehen, durch die die Luft zur Kühlung des Generators 1 ein- und ausströmen kann.

Es wird nunmehr Bezug auf die Fig. 10 und 11 genommen. Ein Gleichstrom-Generator bzw. Elektromagnet 15 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes wird ebenfalls zur Magnetisierung der sich in einer Rohrleitung od. dgl. ansammelnden CRUD-Teilchen verwendet, um diese zu entfernen. Wellen 19 eines Rotors 16 bzw. Kernes 16, der einen I-förmigen Querschnitt hat und Spulen 17 trägt, sind in Lagern 22 drehbar abgestützt, die einstückig mit dreiecksförmigen Abstützrahmen 20 an den Spitzen derselben ausgebildet sind. Die Abstützrahmen 20 sind mit Rädern 21 versehen, Fine Welle 19 ist mit einem Handgriff 23 verbunden, so daß der Rotor 16 manuell in Drehung versetzt werden kann. Die Spulen 17 sind über ein Verbindungsstück 18 mit einer Gleichstromquelle (nicht gezeigt) verbunden. Ein Temperaturfühler, wie z. B. ein Thermoelement 24. ist an der Spule 17 befestigt und mit einer (nicht gezeigten) Einrichtung mit Hilfe eines an einer Befestigungsplatte 25 angeordneten Steckers verbunden, die ihrerseits am Rotor 16 befestigt ist, so daß die Temperatur der Spulen extern gemessen werden kann.

In F i g. 12 ist das Schaltbild einer im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten Stromquelle gezeigt. Der Drehfeld-Generator 1 ist über ein Stromkabel 30 mit einer ersten Steuerschaltung 27 verbunden, die die an den Generator 1 gelieferte Spannung reguliert und die Zeitdauer zur Erregung des Magneten bzw. Generators 1 steuert. Der Magnet bzw. Gleichstrom-Generator 15 zur Erzeugung des Magnetfeldes ist über ein Stromkabel 31 mit einer zweiten Steuerschaltung 28 verbunden, die die an den Generator bzw. 15 Magneten 15 angelegte Spannung regelt und die Zeitdauer zur Erregung desselben steuert. Die Stromquelle weist ferner ?ine dritte Steuerschaltung 29 (Programmsteuerung) auf, die über Signalkabel 32 und 33 mit den Temperaturfühlern 34 und 35 in den Wechselstrom- und Gleichstrom-Magneten 1 und 15 verbunden ist, so daß die Steuerschaltung 29 die Ein- und Ausschalter 36 und 36' für die erste und die zweite Steuerschaltung 27 und 28 in Abhängigkeit von den von den Temperaturfühlern 34 und 35 empfangenen Signa'cn steuert.

Als nächstes wird die Arbeitsweise der Vorrichtung zum magnetischen Transport magnetischer Teilchen anhand der Beseitigung von CRUD-Teilchen erläutert, die sich im Raum zwischen einem Sicherheitsstutzen 37 und einer thermischen Hülse 38. wie in F i g. 13 gezeigt, angesammelt haben. Als erstes wird der Gleichstrom-Magnetfeld-Generator bzw. Gleichstrom-Magnet 15 in die thermische Hülse 38 eingesetzt, wie es in den F i g. 14 und 15 gezeigt ist. und zur Erzeugung eines auf die CRUD Teilchen einwirkenden magnetischen Flusse: erregt, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Der Roior 16 und der Sicherheitsstutzen 37, die aus Stahl od. dgl. hergestellt sind, bilden einen geschlossenen magnetischen Kreis. Daher kann selbst bei einem geringen Strom der Gleichstrom-Magnetfeld-Generator bzw. der Gleichstrom-Elektromagnet 15 die CRUD-Tei'.hen in ausreichendem Maße magnetisieren. Sobald einmal die CRUD-Teilchen magnetisiert worden sind, können sie leicht transportiert werden.

Anhand der F i g. 17 und 18 wird nun beschrieben, wie die fein zerteilten Magnetteilchen magnetisiert werden. Für die Versuche wurde eine Mischung aus magnetsteinartigen Teilchen v. maghemitischen Teilchen y und hämatitischen Teilchen ζ verwendet. Vor Erregung des Gleichstrom-Elektromagneten 15 ist die Verteilung der Teilchen wie in Fig. 15 gezeigt. Wenn aber der Gleichstrom-Elektromagnet 15 erregt ist, werden die magnetsteinartigen und maghemitischen Teilchen at und y an den Elektromagneten 15 angezogen und »umarmen« bzw. umgreifen die hämatitischen Teilchen ζ wie in Fig. 18 gezeigt derart, als ob die das hämatitische Teilchen »umarmenden« Teilchen oder die Teilchen ζ

nur ein einziges Teilchen wären. Daher formen diese Teilchen eine Brücke, wie in F ig. 18 gezeigt, bei der die hämatitischen Teilchen ζ von den magnetsteinartigen und maghemitischen Teilchen .v und y umgeben sind. Diese Brücke bleibt auch nach Entregung des Gleichstrom-Elektromagneten 15 aufgrund der magnetischen Remanenz der magnetsteinartigen und maghemitischen Teilchen χ und y erhalten. Daher können die Teilchen x.yund i?leicht transportiert werden.

In dei r'raxis werden CRUD-Teilchen vollständig auf chemischem Wege erzeugt. Daher enthält ein Teilchen Magnetstein. Maghemit und Hämatit. Das heißt, daß jedes Teilchen magnetische Substanz enthält. Daher ist die Ausbildung der Brücke bzw. das Zusammenballen der CRUD-Teilchen aufgrund der magnetischen Kraft für Transportzwecke bei weitem besser als bei den Teilchen x. yund ζ der Fall ist, die lediglich physikalisch vermischt worden sind.

Da der Kern 16 des Gleichstrom-Elektromagneten 15 drehbar ist, wie beschrieben, können die CRUD-Teilciieri in uciVi gcssrnicn Raum zwischen dem Sichprheitsstutzen 37 und der thermischen Hülse 38 magnetisiert werden, so daß der Abtransport sehr leicht vonstatten geht.

Nachdem die CRUD-Teilchen magnetisiert worden sind, wird der Gleichstrom-Elektromagnet 15 aus der thermischen Hülse 38 entnommen, wobei an seine Stelle der Generator 1 zur Erzeugung des umlaufenden Wechselfeldes in die Hülse 38, vie in den F i g. 19 und 20 gezeigt, eingesetzt und mit der dreiphasigen Stromquelle 14 verbunden wird. Bei Erregung erzeugt der Generator 1 Dreh-Wechsel-Felder, so daß die CRUD-TeilchCii nicht nur abgekratzt sondern auch gezwungen werden, sich in Richtung des resultierenden Vektors F, wie beschrieben, zu bewegen. Daher werden sie in den

Tabelle 1

Druckkessel zurückgetrieben, wie es durch den Pfeil in Fig. 19 angedeutet ist.

Die in den Spulen 4 bis 9 erzeugte Wärme wird durch die durch die Luftlöcher 13 durch den Generator 1 hindurchströmende Luft abgeführt, so daß eine zufriedenstellende Kühlung erzielt wird. Darüber hinaus wird eine optimale Kombination von Abkratzen und Transport aufgrund der schrägen Anordnung der Spulen 4 bis 9 unter einem Winkel von ca. 30° erhalten,

ίο so daß die CRUD Teilchen mit hoher Geschwindigkeit abtransportiert werden können. Außerdem kann die Frequenz der an dem Generator 1 angeschlossenen Wechselstromquelle in geeigneter Weise geändert werden,, so daß durch Einstellung der Frequenz der Abtransport der CRUD-Teilchen weiterhin erheblich verbessert werden kann.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß nach der Erfindung das Gleichstrom-Magnetfeld mit Hilfe eines Gleichstrom-Magnetfeld-Generators bzw. Elektromagneten 15 zur Einwirkung auf die sich ansammelnden CRUD-Teilchen gebracht wird, so daß diese Teilchen in einen Zustand überführt werden, in dem sie leicht zu transportieren sind, und daß daraufhin Dreh-Wechsel-Felder erzeugt werden, so daß die Teilchen in sehr wirksamer Weise abtransportiert und entfernt werden können.

Es wurden Versuche angestellt, um den Transporteffekt zwischen den magnetisierten und den vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder nicht-magneii sierten Teilchen zu vergleichen. Das Ergebnis war, daß der Transporteffekt bei magnetisierten Teilchen viel höher als bei den nicht-mugnetisierten Teilchen ist, wie es aus den unten angegebenen Tabellen I und 2 hervorgeht.

Strom	3A	5A	8A	1OA	15A	2OA	25A	30A
Probe

5-7% 5-10% ca. 10%

Nicht 0
magnetisiert

Magne- 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 60% tisiert

Bemerke:

Jede Probe ist eine Mischung aus 10 Gew.-% maghemitischer Teilchen und 90 Gew.-% hämatitischer Teilchen.

Tabelle 2

Strom 3A
Probe

5A 8A

ISA 20A 25A 30A

ca. 2% ca. 5% 10% 15% 15%

Nicht 0
magnetisiert

Magne- 50% 50% 60% 70% 80% 85% 90% 90% tisiert

Bemerke:

Jede Probe ist eine Mischung aus 25 Gew.-% magbemitischer Teilchen und 75 Gew.-% hämatitischer Teilchen.

Bei den Versuchen winden 40 Gramm der Mischung aus maghemitischen und hämatitischen Teilchen den

Transportleistung = ecfaen Anfangsgewicht (40 Gramm) Dreh-Wechsel-Feldern ausgesetzt,
stung wird wie folgt definiert:

Die Transportlei-

Für die Magnetisierung wurde der Gleichstrom-Elektromagnet 15 mit Gleichstrom von 200 Volt und 100 Ampere drei Sekunden lang erregt. Für den magnetischen Abtransport wurde der Wechselstrom-Elektromagnet 1 mit Ucehstrom von 50 Hertz fünf Minuten lang erregt.

Aus den Tabellen 1 und 2 geht hervor, daß bei Magnetisierung der Teilchen vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder die Transportleistung selbst dann erheblich verbessert wird, wenn mit einem kleineren Erregerstrom für den Generator 1 gearbeitet wird.

CRUD-Teilchen werden auf chemische Wege erzeugt und jedes Teilchen enthält Magneteisenstein, Maghemit und Hämatit, so daß in der Praxis eine höhere Abtransportleistung erreicht wird.
Tabelle 3

Es wurden auch einige Versuche mit Proben aus Eisenoxiden durchgeführt, die im Handel als Pigmente oder zur Herstellung von Ferriten erhältlich sind. Diese Proben wurden in Hülsen eingebracht, deren Konstruktion im wesentlichen der de^r thermischen Hülsen bei Kernreaktoren entsprach. Einige Proben wurden magnetisiert, während die anderen nicht magnetisiert wurden. Der Dreh-Wechselfeld-Generator für Dreiphasenstrom, der einen Durchmesser von 230 mm und eine Länge von einem Meter aufwies, wurde in die Hülse eingesetzt, um die Transportleistung abzuschätzen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 veranschaulicht. Der Generator wurde mit einem Erregerstrom von 20 A betrieben und die magnetische Induktion an der Oberfläche des Poles betrug 250 G (Gauss).

Versuch Zusammensetzung,
Nr. Gewichts-%

Y-Fe₂O₃ Ci-Fe₂O₃

Magnetisiert Erregerstrom

1OA

20A

30A

4OA

I	100	0
II	0	100
III	30	70
IV	10	90
V	20	80

Nein	10	70-80	-	-
Ja	20-30	90	100	-
Nein	-	-	^	-
Ja	-	-	-10	-
Nein	20	=50	-	-70
Ja	20-30	60-70	-	>90
Nein	10	30-40	-	=70
Ja	20-30	60-70	-	S90
Nein	10-20	-40	-	=70
Ja	20-30	60-70	_	&90

Aus Tabelle 3 kann ebenfalls entnommen werden, daß die Magnetisierung der Teilchen vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder die Transportleistung verglichen mit nicht zuvor magnetisierten Teilchen beträchtlich verbessert werden kann. Das gilt selbst dann, wenn der Erregerstrom des Generators 1 kleiner gewählt wird.

CRUD-Teilchen werden, wie beschrieben, auf chemischem Wege erzeugt, so daß in der Praxis die Transportleistung bei weitem größer als bei einer Mischung aus Teilchen mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften ist.

Es wurden auch Versuche zur Beseitigung von CRUD-Teilchen vorgenommen, die im Raum zwischen dem Sicherheitsstutzen und der thermischen Hülse in einem im Betrieb befindlichen Reaktor sich angesammelt haben. Nach dem Entfernen der CRUD-Teilchen wurde die Abnahme der Radioaktivität an den in den Fig. 21(A) und 21(B) gezeigten Punkter A bis G gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 22 veranschaulicht. Es wurde bestätigt, daß bei Magnetisierung der CRUD-Teilchen vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder die Transportleistung im wesentlichen zwischen 60 und 80% beträgt, was bislang unerreichbar war.

Es wurden auch einige Versuche durchgeführt, um die Transportleistung zwischen dem Generator 1 mit einem Wicklungsschritt von 3/4 (3/4 full-pitch winding) zur Erzeugung von Dreh-Wechsel-Feldern gemäß der Erfindung und den bekannten Drehfeld-Generator oder Mehrphasen-Elektromagneten mit einem Wicklungsschritt von 5/6 gemäß dem Stand der Technik zu vergleichen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 4 veranschaulicht sind.

Tabelle 4	Zusammensetzung Gewichts-% V-Fe₂O₃ (T-Fe₂O₃	0% 100 70	1 ransportleistung nach der Erfindung 1OA 20A	30A	S^: Λ ^T 20A
Versuch Nr.	100% 0 30		20-30% =80% 0 0 20-30 -60	100% 5 =85	=5% 0 =3
I II III

Die bei den Versuchen verwendeten feinen Teilchen '/aren h^iidelsübliche Eisenoxide, die zur Herstellung 'on Pigmenten oder Ferriten verwendet werden. Die ³roben bestanden aus einer oder mehreren Eisenoxid-"•ten. Der Oreh-Wechselfeld-Generator 1 wurde ,j-.vechselnd mit Dreiphasenstrom von 10 A, 20 A oder 50 A dreißig Sekunden lang erregt und eine Minute la:'g 2ntregt. Der Elektromagnet nach dem Stand der Technik wurde mit Dreiphasenstrom von 20 A erregt.

Aus der Tabelle 4 kann entnommen werden, daß die Transportleistung des erfindungsgemäßen Generators 1 zur Erzeugung von Dreh-Wechsel-Feldern bei weitem höher ist als die beim bekannten Mehrphasen-Elektromagneten.

Es wird berichtet, daß CRUD-Teilchen aus 20 bis 30 Gew.-% Magneteisenstein, 40 bis 60 Gew.-°/o Hämatit und 20 bis 30 Gew.-% Maghemit bestehen. Die Zusammensetzung der Probe III entspricht der von CRUD, so daß mit der Erfindung in sehr wirksamer Weise CRUD-Teilchen in der Praxis beseitigt werden l/nonon

Aus Tabelle < kann ferner entnommen werden, daß, wenn die Proje Il nur i,js hämatitischen Teilchen besteht, die nicht magnetisch sind, ein Abtransport unmöglich ist. Wenn jedoch die maghemitischen Teilchen, die ferromagnetisch sind, zugemischt werden, wie es bei der Probe III der Fall ist, wird die Transportleistung beträchtlich erhöht. Der Grund liegt darin, daß, wie bereits erläutert, die hämatitischen Teilchen, die von den maghemi'.ischen Teilchen umgeben sind, zusammen mit den auf die umlaufenden Fe'der ansprechenden letzteren Teilchen abtransportiert werden.

Wie bereits angegeben, stellen CRUD-Ansammlungen keine mischung aus rnagr.eteisensteinartigen, hämatitischen und maghemitischen Teilchen dar. Vielmehr handelt es sich bei den CRUD-Ansammlungen um Teilchen, von denen jedes Magneteisenstein, Hämatit und Maghemit enthält, so daß die Transportleistung der CRUD-Teilchen in der Praxis noch größer ist.

Der Unterschied in der Transportleistung bei intermittierend oder kontinuierlich betriebenem Generator 1 zur Erzeugung von Dreh-Wechsel-Feldern ist vernachlässigbar. Jedoch nimmt bei einer kontunuierlichen Erregung des Generators 1 mit einem Strom von 30 A beispielsweise die Oberflächentemperatur bei 35minütiger Betriebsdauer 80° C an, während bei intermittierender Erregung die Oberflächentemperatur selbst nach einstündiger Betriebsdauer unter 60° C gehalten wird, so daß eine intermittierende Erregung im Hinblick auf einen zuverlässigen und störungsfreien Betrieb vorzuziehen ist

Es wurde angegeben, daL> der Kern 2 aus einem Hohlzylinder besteht, jedoch kann auch ein Vo'nzjlinde· verwendet werden, wobei die Wirkungen nahezu gleich blcibeü.

Die Erfindung wurde anhand der Beseitigung von CRUD-Teilchen, die sich im Raum zwischen dem Sicherheitsstutzen und der thermischen Hülse bei einem Kernreaktor ansammeln, beschrieben, jedoch versteht es sich, daß die Erfindung genausogut zur Beseitigung anderer magnetischer Teilchen angewendet werden kann. Dk Gleichstrom- und ivtehrphasen-FJsktromagnete 15 und 1 si?d 'm Zusammenhang mit dem Einsetzen in die thermische Hülse, d.h. in ein Rohr od. dgl. beschrieben worden, jedoch können der Gleichstrom- und der Mehrphasen-Rlektromagnet 15 bzw. 1 zur Entfernung magnetischer, in einem Rohr od. dgl. abgelagerten magnetischen Teilchen vom geteilten Typ sein, so daß sie um das Rohr herum ; angeordnet we-ckn können Außerdem kenn anstelle des Gieichr'.i-om-Flektroirirtgiicten 10 ein Dauermagnet "erwf nr!;t werden.

Die neuen Wirkungen, Merkmale und Vo-'.ei'e der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

to (i) Zuerst werden die sich in einem Rohr od dgl. absetzenden magnetischen Teilchen derart inagrietisiert, daß sie in einen Zustand gebrach;, weiden, in dem sie leicht zu handhaben bzw. zu transponieren sind, und daß sie daraufhin umlaufenden wcchsel-Feldern unterworfen werden, so daß sie zu einem gewünschten Bestimmungsort abtransportiert werden. Im Ergebnis kann eine hohe Transportleistung erzielt werden,
(ii) Selbst wenn die Ablagerung magnetischer Teilchen seit längerer Zeit besteht, werden sie durch die Magnetisierung ohne weiteres in den losen, einen leichten Transport ermöglichenden Zustand gebracht, wenn Dreh-Wechsel-Felder angewendet werden.

(iü) Die Außendurchmesser der beiden Magnetfelder-Generatoren 1 und 15 sind derart bestimmt, daß sie in eine Rohrleitung od. dgl. mit einem vorgegebenen inneren Durchmesser, wie oben im Zusammenhang mit der thermischen Hülse beschrieben, eingeführt werden können. Daraus ergibt sich, daß die Generatoren 1 und 15 gewichtsmäßig leicht ausgebildet werden können und eine leichte Handhabung erlauben. Außerdem wird kein spezieller Arbeitsraum benötigt. Darüber hinaus können die magnetischen Teilchen mit Hilfe der magnetischen Kräfte ohne direkte Anwendung weiterer Kräfte transportiert bzw. entfernt werden. Folglich können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei begren/tem Raum, insbesondere bei Kernreaktoren, angewendet werden.

(iv) Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die in einem Kernreaktor sich ansammelnden CRUD-Teilchen in wirksamer Weise, wie oben beschrieben, entfernt werden, so daß die biol·•■••v.sc'iie Dosisrate reduziert werden kann. Daher ist das Bedienungspersonal gegen Strahlung gut geschütz; und kann die zulässige Kopf-Arbqitsstunde pro Tag erhöht werden.

(v) Die Stromquelle weist eine Steuerschaltung auf, die in Abhängigkeit von Signalen ve:· den Temperaturfühlern 34 und 33 eic Ein- und Ausschalter 36 und 36' zur Stromversorgung der Generatoren 1 und 15 ein- und ausschaltet, so daß deren Spulen vor einer Überhitzung geschützt werden. Daher ist der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung iiußerst zuverlässig.

(vi) Wie oben beschrieben, kann eine äußerst wirksame Entfernung von CRUD-Teilchen vorgenommen und folglich das Bedienungspersonal sehr v,-irkungsvoll gegen Strahlung geschützt werden. Daher kann die iolerierbare Kopf-Arbeitsstunde erhöht werden. Dies wiedaruni hat zur Folge, daß die Baukosten und die Bauzeit für eine Kernkrahwerksanlsge od, dgl. verringert herden können.

Hierzu 7 Blatt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Transport fetner Teilchen, von denen mindestens ein Teil magnetisierbar ist, insbesondere der in einem Kernreaktor anfallenden CRUD-Teilchen, wobei die Teilchen mit Hilfe umlaufender Magnetfelder transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Transport mit Hilfe der umlaufenden Magnetfelder ein stationäres Magnetfeld zum Magnetisieren der Teilchen angewendet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mehrphasengenerator (1) mit einer Vielzahl von Spulen (4—9) zur Erzeugung der umlaufenden Magnetfelder für den Teilchentransport und durch einen Gleichstromgenerator (15) oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung des stationären Magnetfeldes.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (4 bis 9) ringförmig ausgebildet und auf einem zylindrischen magnetischen Kern (2) in einem Winkelschritt von Dreiviertel angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Spulen des Mehrphasengenerators um emen Winkel von 30° zur Achse des zylindrischen Kerns geneigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromgenerator (15) zur Erzeugung des stationären Magnetfeldes eine an einem Kern befestigten Spule (17) aufweist und daß der kern un, seine Achse drehbar gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in axialer Richtung geradlinig ist und einen I-förmigen Querschnitt aufweist.