DE3202560A1

DE3202560A1 - Vorrichtung zur in situ erfolgenden eichung eines gamma-thermometers

Info

Publication number: DE3202560A1
Application number: DE19823202560
Authority: DE
Inventors: Robert D. 20014 Bethesda Smith, Md.
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1982-08-12
Also published as: FR2499253A1; SE442147B; ES509042A0; JPS57149992A; BE891897A; ES8404549A1; DE3202560C2; IT8267071A0; GB2092300B; IT1154463B; US4440716A; SE8200340L; GB2092300A; JPH0373834B2; FR2499253B1

Description

- 5 Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 9.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Nacheichung oder in situ erfolgende Eichung von bereits in einen Kernreaktor eingebauten Instrumenten.

Es wurden zahlreiche Versuche unternommen zur Ausführung einer an Ort und Stelle oder in situ erfolgenden Eichung von Instrumenten zur Leistungsermittlung, die ausserhalb des Reaktors nicht geeicht werden können. Dadurch, dass derartige Instrumente eine häufige Nacheichung innerhalb des Reaktorkerns erfordern, werden umständliche bewegliche Systeme mit Spaltkammern verwendet, die die Verwendung von im Reaktorkern angeordneten beweglichen Sonden bedingen, um die von zahlreichen stationären Detektoren stammenden Signale mit einem Signal zu vergleichen, das von einem einzigen in Nähe jedes der stationären Detektoren im Reaktor ausgesandt wird. Während zahlreiche Vorrichtungen zur Messung der lokalen nuklearen.Leistung häufig nachgeeicht werden müssen, sind die in der FR-Patentanmeldung EN 79 057 39 vom 6.3.7 9 der Inhaberin beschriebenen Lcistungsmcssvorrichtungen so ausgelegt, dass üio eine Eichung vom Horstellungsstadium aus gewährleisten. Folglich haben derartige Leistungsmessvorrichtungen einen langgestreckten wärmeleitenden Körper, der auch ein elektrischer Leiter ist, um die Anwendung einer elektrischen Widerstandserhitzung zu ermöglichen, im Hinblick auf eine Eichung vor der Inbetriebsetzung in einem Kernreaktor. Trotzdem ist eine Nacheichung derartiger vorgeeiel· cⁿ-Instrumenge stets erwünscht, um sicherzustellen, dass ihre Empfindlichkeit konstant bleibt. Aus diesem Grund ist es erwünscht, diese Leistungsmessvorrichtungen periodisch aus dem Reaktor zu entnehmen, um denselben Eichvorgang wie vor der Inbetriebsetzung erneut durchzuführen. Jedoch kann dieser Nacheichvorgang dadurch nicht ausgeführt werden, wei] die Vorric; -

tung nach ihrem Betrieb innerhalb des Reaktors extrem radioaktiv wird und nicht mit voller Sicherheit gehandhabt werden kann.

Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer wirtschaftlichen Vorrichtung und eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Nacheichung von Verrichtungen zur Leistungsmessung, nachdem sie durch eine Widerstandserhitzung vorgeeicht wurden, ohne dass sie aus dem Kernreaktor entnommen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 9.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäss den wesentlichen Merkmalen der Erfindung ist ein langgestrecktes Heizkabel von einer Reihe von thermoelektrischen Kabeln mit Mehrfachverbindungsstellen, umgeben, die innerhalb des langgestreckten wärmeleitendian Körpers einer Vorrichtung zur Kontrolle der Lokalen Leistung angeordnet sind, die durch die Gamiua-Strahlung erhitzt wird zur Erzeugung eines Temperaturdifferentialsignals, das vom Ausgang der thermoelektrischen Kabel stammt und die durch die Gamma-Strahlung erzeugte Wärmemenge angibt. Wenn auch die Vorrichtung vor der Inbetriebsetzung durch eine elektrische Widerstandserhitzung seines wärmeleitenden Körpers vorgeeicht wurde, kann sie leicht nächgeeicht werden durch das Eindringen des von einer äusseren Quelle stammenden Stroms in das Heizkabel. Hierdurch wird eine zusätzliche Erhitzung des die Gamma-Strahlung absorbierenden Körpers ermöglicht, die am Ausgang der Thermoelemente ein Ansprechsignal erzeugt. Eine Messung und Analyse des stationären Zustands eines derartigen Ansprechsignals während einer Eichperiode gestatten eine Bestimmung der Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber dem Strom.

Das Heizkabel hat eine äussere Hülle aus nichtrostendem Stahl, die ein Heizelement aus Nichrom umgibt, das in eine Isoliersubstanz eingebettet ist. Hierdurch durchquert der von der äusseren Quelle stammende Strom das Heizelement während der Eichperiode. Ein Rücklaufweg für den Strom erfolgt entweder durch einen individuellen das Kabel durchlaufenden Leiter aus Kupfer oder durch die Hülle selbst.

Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung erhöht der ausgeübte Heizstrom die Wärmebelastung, damit diese einen neuen Gleichgewichtswert erreicht, der gleich der Summe der Erhitzung ist, die von der Absorption der Gamma-Strahlung und der zusätzlichen Erhitzung elektrischen Ursprungs ist. Das Signals für das Ansprechen auf die Veränderung der Wärmebelastung ist linear, so dass die elektrisch hinzugefügte Gegenwärme ausreicht zur Charakterisierung des Ansprechend an der Heizzone durch die alleinige Gamma-Strahlung. Wenn die zusätzliche Erhitzung plötzlich unterbrochen wird zur Erzeugung eines vom Thermoelement stammenden Signalabfalls gestattet ebenfalls eine derartige Veränderung des Signals eine genaue Bestimmung der Empfindlichkeit durch eine Analyse der Ansprechzeit, bei der die Empfindlichkeit verglichen wird. Als Variante kann der ausgeübte Heizstrom sich sinusförmig mit einer Veränderungsfrequenz verändern, wobei aus einem entsprechenden Ansprechsignai eine übertragungsfunktion abgeleitet werden kann. Eine Analyse dieser übertragungsfunktion gewährleistet ebenfalls eine genaue Bestimmung der Empfindlichkeit an Ort und Stelle oder in situ.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt einer Vorrichtung zur sung des lokalen Leistungsdurchsatzes, bei der die Erfindung angewendet werden kann;

F^g. 2 einen toilwoisen Querschnitt 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrösserten Querschnitt des Heizkabels von Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt einer Ausführungsvariante des Heizkabels ;

Fig. 5 ο in vereinfachtes elektrisches Schema eines in situ erfolgenden Eichverfahrens nach der Erfindung;

Fig. 6 und 7 graphische Darstellungen der Ansprechsignale, die während der Eichvorgänge auf Grund des Verfahrens von Fig. 5 erhalten werden;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Eichkurve auf Grund der in Fig. 6 und 7 graphisch dargestellten Grossen;

Fig. 9 ein vereinfachtes elektrisches Schema eines weiteren Eichverfahrens;

Fig.10 eine graphische Darstellung der Ansprechsignale beim Verfahren von Fig. 9;

Fig.11 eine graphische Darstellung der Eichkurve auf Grund der in Fig. 10 graphisch dargestellten Grossen.

Fig. 1 zeigt eine typische Vorrichtung, bei der die Erfindung Anwendung findet und die in der angegebenen Pöitentanmeldung genauer beschrieben ist. Diese Vorrichtung ist im wesentlichen ein Gerät 10 zur Kontrolle der lokalen Leistung, das im Brennelementbündel eines Druckwasserreaktors untergebracht ist. Dieses Gerät hat eine Masse oder einen wärmeleitenden und langgestreckten Körper 12, der von einer rohrförmigen Hülle 14 umgeben ist. Wärmewiderstandszonen 16 sind im Körper 12 an axial beabstandoten Messtellen ausgebildet, an denen Temperaturdiffe-

renzsignale durch ein Thermoelement 18 mit Mehrfachere ro indungsstellen erhalten werden, das sich in einer zentralen Bohrung 20 erstreckt. Das Gerät 20 kann vor seiner Inbetriebsetzung in seiner radioaktiven Umgebung geeicht werden entweder durch unmittelbare elektrische Widerstandserhitzung des Körpers 10 (wie in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben) oder durch eine Messung des Veränderungsgrads des Signals am Ausgang des Differentialthermoelements 18 als Reaktion auf eine plötzliche Abkühlung einer gleichmässig erhitzten Anordnung. Eine Nacheichung, die die konstante Empfindlichkeit des Körpers 12 gegenüber Erhitzung gewährleistet, erfolgt an Ort und Stelle oder in situ gemäss der Erfindung, um eine Entnahme des Geräts aus dem Reaktor und eine Handhabung dieses Geräts in seinem hoch radioaktiven Zustand nach dem Betrieb innerhalb des Reaktors zu vermeiden.

Gemäss Fig. 2 besteht das Thermoelement 18 aus einer Reihe von thermoelektrischen Kabeln mit doppeltem Anschluss, die sich zu den Messzonen verlängern und die zentrale Bohrung 2 durchlaufen. Diese thermoelektrischen Kabel sind um ein der Eichung dienendes Heizkabel 24 gruppiert, das innerhalb der Bohrung 20 eine zentrale Lage einnimmt. Das Heizkabel erzeugt eine zusätzliche Erhitzung des Körpers 12 in jeder der Messzonen während einer Eichperiode und wird ausgehend von einer äusseren elektrischen Stromquelle gespeist. Das Heizkabel 24 gewährleistet eine gleichmässige Erhitzung der Kabel 22.

Bei einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung hat das Heizkabel eine äussere Hülle 26 aus nichtrostendem Stahl und ein inneres Element 28 zur Erhitzung durch elektrischen Widerstand in Form eines Draht aus Nichrom. tin Rückweg für den Strom erfolgt über einen Leiter 30 aus Kupfer. Der Draht aus Nichrom und der Leiter aus Kupfer sind in einte Isoliersubstanz 32 eingebettet, die in Form von Aluminiumoxid vorliegt. Der Aussendurchmesser des Heizelements (Draht auS

- ίο -

Nichrom) beträgt 0,15 mm. Der Kupferdraht hat einen Durchmesser von 0,1 mm, während der Durchmesser der Hülle aus nichtrostendem Stahl beispielsweise 1 mm beträgt. Auf diese Weise können 'Wärmebelastungen bis zu 5 Watt je cm Länge des Kabels erzielt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Heizkabel 24' verwendet wird, das lediglich ein einziges Heizelement 28' aus Nichrom enthält, das in eine Isoliersubstanz 32' eingebettet ist. Der Rückweg des Stroms erfolgt über die äussere Hüllse 26' aus nichtrostendem Stahl. Bei dieser Ausführungsform können die Wärmebelastungen bis zu 10 Watt je; cm erreichen.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des der Eichung dienenden Heizkabels 24 inNähe des Thermoelements 18 zur Erzeugung einer zusätzlichen Erhitzung ausgehend von einer äusseren Stromquelle 34, die von einem Schalter 36 gesteuert wird. Wie oben erwähnt, wird für gewöhnlich auf Grund der Gamma-Erhitzung vom Thermoelement 18 ein Ausgangssignal ΔΤ ausgesandt. Die zusätzliche Erhitzung während der in situ erfolgenden Eichperiode erfolgt durch Schliessen des Schalters 36, was eine Kurve 38 in Fig. 6 graphisch darstellt. Man erhält eine entsprechende Erhöhung des Differentialausgangssignals AT, z. B. von 40° C auf 66° C, was eine Kurve 40 in Fig. 6 zeigt. Die durch die Kurve 40 dargestellte Signalveränderung gestattet eine Messung der Empfindlichkeit, z. B. von 22° C je Watt/g, die ausgehend von der auf das Signal reagierenden Amplitude des Bereichs der Kurve 40 bestimmt werden kann. Dagegen kann eine Messung der Empfindlichkeit durch Nacheichung auf eine andere Weise während der Eichperiode erfolgen durch plötzliches Unterbrechen der Zusatzerhitzung, nachdem die erhöhte Gleichgewichtswärmebelastung erreicht wurde. Eine derartige plötzliche Unterbrechung der Zusatzerhitzung auf Grund beispielsweise eines öffnens des Schalters ist in Fig. 7 durch eine Kurve 42 graphisch dargestellt. Fig. 7 zeigt auch eine Kurve 44 für ein entsprechendes Ansprechen im Ausgangssignal &.T des Thermoelements. Die Neigung des Bereichs der dem Ansprechsignal ent-

sprechenden Kurve 44 kann zur Bestimmung der Empfindlichkeit durch 1 Voltmeter gemessen werden, was schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Der Empfindlichkeitsanalysator kann ein beliebiger geeigneter Rechner sein, der einen die Ansprechzeit und die Empfindlichkeit vergleichenden Rechnercode verwendet.

Ausgehend von den während der elektrischen Zusatzerhitzung erhaltenen Grossen ist das Signal Λ T in Kurvenform über der Wärmebelastung aufgetragen zur Erzielung einer Empfindlichkeit sfunktion des Detektors, was eine' Kurve 48 in Fig. 8 zeigt. Weil diese Kurve 48 ein lineares Verhalten zeigt, ist sie auf einem Teil 50 gepunktet extrapoliert, um die ermittelte Empfindlichkeit des Detektors während der Erhitzung des Reaktors darzustellen. Die Eichung kann während der Null-Leistungsbedingungen des Reaktors erfolgen, in welchem Fall ein Extrapolieren der Kurve 48 nicht erforderlich ist.

Fig. 9 zeigt eine Variante des Nacheichverfahrens, bei dem die äussere Stromquelle für das Heizkabel 24 zu einem Oszillator 52 abgezweigt ist, der einen sinusförmigen Strom mit veränderlicher Frecjuenz liefert, wie es eine Kurve 54 in Fig. 10 zeigt. Eine von einer Kurve 56 in Fig. 10 abgeleitete übertragungsfunktion 'C wird dem Signal für das Ansprechen auf den sinusförmigen Heizstrom entnommen, der während der Eichperiode auf das Heizkabel 24 ausgeübt wird. Eine von einem Analysator 46' ausgeführte Analyse dieser übertragungsfunktion ermöglicht eine genaue Bestimmung der Empfindlichkeit des in den Reaktor eingebauten Geräts 10 durch Zeichnen einer Kurve, die die übertragungsfunktion f gegenüber dem Signal (Fig. 11) darstellt, zum Erzielen einer durch eine Kurve 58 dargestellten lichkeitsfunktion, die aus dem Verhältnis zwischen der gungsfunktion und dem Signal des Detektors resultiert.

Leerseite

Claims

BEETZ & PARTNER 41o-33.273P 27. Jan. 19».

StelnsdorfslC. 10, BODO München 22

ELECTRICITE DE FRANCE
(Service National)

75oo8 Paris - Frankreich

Vorrichtung zur in situ erfolgenden Eichung eines Gamma-Thermometers

Ansprüche

\j. Vorrichtung zur in situ erfolgenden Eichung eines Gamma-Thermometers ,

- das in Verbindung mit einer in einem Kernreaktor eingebauten Vorrichtung zur Kontrolle der lokalen Leistung verwendet wird und einen durch Gamma-Strahlung erhitzten langgestreckten Körper sowie eine Reihe von thermoelektrisehen Elementen aufweist, zum Messen der Temperaturdifferenzen' an mehreren beabstandeten Messzonen,

gekennzeichnet

- durch ein langgestrecktes elektrisches Heizelement (24) , das zusammen mit den thermoelektrischen Elementen (22) innerhalb des Körpers(12) angeordnet ist, und

- durch eine Stromversorgungseinrichtung, die ausserhalb des Kernreaktors mit dem Heizelement (24) verbunden is I und während einer Eichperiode den Körper (12) an den i\e§£ zonen (16) erhitzt zur Erzielung einer Eichungsänderung des von den Thermoelementen (22) stammenden Ausgangssignal

410-137421 .4

Vors. ichl uηcj nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

-- dass der Körper (12) ausser seiner Erhitzung durch die Gamma-Strahlung dux'ch das Heizelement (24) bis zu einem Gleichgewicntsniveau der Wärmebelastung erhitzt wird, und

- dass eine Einrichtung (36) ein plötzliches Unterbrechen der zusätzlichen Erhitzung durch das Heizelement (24) ermöglicht, wenn das Gleichgewichtsniveau der Wärmebe-.!astunt; erreicht ist zur Erzielung einer entsprechenden änderung des vom Ausgang der thermoelck.trisch.en .Elemente (22) stammenden Signals { ΔΤ).

Vorrichtung nach Anspruch i,
gekennzeichnet

- durch einen Oszillator (52) zur mit veränderlicher Frequenz erfolgenden sinusförmigen Veränderung des durch die Stromversorgungseinrichtung zum Heizelement (24) gelieferten Stroms zur Erzielung eines entsprechenden Anssprechens des Ausgangssignals der thermoelektrische]! Elemente (22) aus dem eine Übertragungsfunktion (V) gewonnen werden kann.

Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,

- Juris das Hc Lzclcnient aus einem langgestreckten Heizkabel (2 4) besteht, das zwischen den thermoelektrischen Elementen (22) eine zentrale Lage einnimmt und deren gleichmassige Erhitzung gewährleistet.

Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Heizkabel (24; 24') enthält: eine äussere Hülle (26; 26')/ ein inneres Widerstandsheizelement, das an die üussere Stromspaiseoinrichtung angeschlossen ist, und <ii.no laolioiraubslaiv/ (32; 32') die von der äusseren

Hülle (26; 26") umgeben ist und in der das Widerstandsheizelement (28; 28») eingebettet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5.
dadurch gekennzeichnet,

- dass die äussere Hüllse (26) aus nichtrostendem Stahl besteht,

- dass das Widerstandsheizelement (28) aus einem Draht aus Nichrorti besteht und

- dass die Isoliersubstanz (32) aus Aluminiumoxid besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
gekennzeichnet

- durch einen Leiter (30) für die Stromrückleitung, der in die Isoliersubstanz (32) eingebettet und an die Stromversorgungseinrichtung angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Stromversorgungseinrichtung elektrisch an die äussere Hülle (26¹) angeschlossen ist, um durch diese einen Stromrückführungsweg herzustellen.

9. Verfahren zur in situ erfolgenden Eichung eines Geräts zuiörtlichen Leistungskontrolle,

- das sich in einer radioaktiven Umgebung befindet und einen durch Gamma-Strahlung erhitzbaren langgestreckten Körper sowie ein thermoelektrisches Element aufweist, das im Körper untergebracht ist und durch das ein Ausgaiw differentialsignal für die Temperatur erhalten werden kann,

gekennzeichnet

- durch elektrisches Erhitzen des Innenraums des Körper? durch eine ausserhalb der radioaktiven Umgebung gelegen Stromquelle während einer Eichperiode,

- durch Kontrollieren der Veränderungen des Ausgangssicjr»öI

— Λ —

de:i thermoelekLrischon Elements während der Eichperiode und

- durch Analysieren der Veränderungen des Ausgangssignals zum Bestimmen einer Empfindlichkeitsfunktion des Geräts für die Leistungskontrolle während der elektrischen Erhitzung des Körpers.

10. .Verfahren nach Anspruch 9,

gekennzeichnet

- durch plötzliches Unterbrechen der elektrischen Erhitzung nach Erreichen eines Gleichgewichts bei erhöhter Wärmebelastung , wobei die Analyse der Veränderungen des Ausgangssignals auf eine Analyse des Ansprechsignals bei
dieser Unterbrechung der elektrischen Erhitzung beschränkt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9,

(jckünrr/.c i chnol

- durch sinusförmiges Verändern der elektrischen Erhitzung bei einer veränderlichen Frequenz während einer Eichperiode zur Erzielung eines entsprechenden Ansprechsignais.. das zur Ableitung einer Übertragungsfunktion kontrolliert und analysiert wird, aus der eine Empfindlichkeitsfunktion ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 9,
yokcnuv/oichnot

- durch elektrisches Erhitzen des Körpers während seiner
Erhitzung durch die Gamma-Strahlung und

- durch Extrapolieren der ermittelten Empfindlichkeitsfunktion zur ausschliesslichen Erfassung der Erhitzung durch Gamma-Strahlung.

13. Verfahren nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet,

- dass die elektrische Erhitzung stattfindet, während der Körper durch die Gamma-Strahlung nicht erhitzt wird.