DE3230005C2

DE3230005C2 - Röntgenfluoreszenzanalytisches Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe

Info

Publication number: DE3230005C2
Application number: DE3230005A
Authority: DE
Inventors: Robert Owen Wilmington N.C. Canada; Alfred Julius Zeits
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1986-11-27
Also published as: JPS5866042A; IT8222690A1; JPH0313544B2; ES515129A0; DE3230005A1; US4459258A; SE8204751L; IT1153156B; SE8204751D0; IT8222690A0; ES8500499A1; SE460801B

Abstract

Beschrieben sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren von Proben, die Sekundär- und Primärmaterial gemeinsam enthalten, durch Richten von Primärstrahlung auf die Proben, wodurch Sekundärstrahlung erzeugt wird. Ein Detektor (23) fühlt die Sekundärstrahlung ab, wenn eine Transportvorrichtung (38) die Proben in die Nähe der Primärstrahlung transportiert, und erzeugt Signale, die in Sekundär- und Primärmaterialquellenkomponenten aufgelöst werden, aus denen ein Sekundärmaterial-zu-Primärmaterial-Verhältnis gebildet wird, das die Zusammensetzung des Materials angibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 1 angegebenen Art

Die Konzentration von abbrennbaren Neutronenabsorbiermaterialien, wie beispielsweise Gd2t'3, in Kernreaktorbrennstoffen ist ein Faktor beim Bestimmen der Kernreaktivität während des Reaktorbetriebes nach dem Einführen des Brennstoffes in den Kern. Die Vorhersage der Kernreaktivität ist ein Sicherheitsparameler und außerdem beim Optimieren der Reaktorleistung und beim Minimieren des Atommüllanfalls von Nutzen.

Ein zerstörendes Verfahren zum Bestimmen des Gadoliniumoxidgehalts wäre nachteilig, weil dabei ein Teil des untersuchten Brennstoffes verbraucht würde und die Untersuchung nicht an Ort und Stelle ausgeführt werden könnte, wo der Brennstoff tatsächlich hergestellt wird, sondern erfordern würde, daß die Brennstoffprobe ins Labor gebracht wird, was beträchtliche Zeitverzögerungen mit sich bringen würde.

Die Erfindung bezieht sich daher auf eine zerstörungsfreie Untersuchung durch Röntgenfluoreszenzanalyse zum Bestimmen der Konzentrationen eines Sekundärmaterials in einem Primärmaterial, wobei Methoden angewandt werden, wie sie in folgenden Standardveröffentlichungen beschrieben sind: X-Ray Absorption and Emission in Analytical Chemistry, H. A. Liebhafsky, H. G. Pfeiffer, E. H. Winslow and P. D. Zemany, John Wiley & Sons, New York, 1960; Practical X-Ray Spectrometry, R. Jenkins und J. L DeVries, Springer-Verlag, New York, 1967; X-Ray Spectrochemical Analysis, zweite Auflage, L S. Birks, Interscience, New York, 1969; und Principles and Practice of X-Ray Speclrometric Analysis, E. P. Bertin, Plenum Press, New York, 1970. Die Proben werden mit einer Strahlungsquelle bestrahlt, und die sich ergebende Fluoreszenzstrahlung vvird erfaßt und gemessen. Die Fluoreszenzstrahlung enthält beispielshalber in dem im folgenden betrachteten Fall mit Gadoliniumsesquioxid, Gd2,O3, als Sekundärmaterial und Urandioxid, UO2, als Primärmalerial Röntgenstrahlen aus K-Banden-Gadoliniumelektronen und L-Banden-Uranelektronen.

Viele Kernreaktorbrennstoff-Fertigungsstätten arbeiten rund um die Uhr. Es sollten daher ein röntgenfluoreszenzanalytisches Verfahren und eine röntgenfluoreszenzanalytische Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe ständig verfügbar, d.h. vierundzwanzig Stunden pro Tag in Bereitschaft sein. Aus Gründen der-Zeit- und Arbeitsersparnis sollte die Vorrichtung auch in der Lage sein, sich selbst zu überwachen und zu eichen, und es sollte die Möglichkeit bestehen, die zu untersuchenden Proben auf möglichst einfache und wiederholbare Weise in der Vorrichtung nahe der Strahlungsquelle für die Untersuchung zu positionieren, damit das Erstellen der Eichkurve, wofür mehrere Eichproben untersucht werden müssen, mit möglichst wenig Aufwand durchgeführt und die Gültigkeit der Eichprobe später überprüft und nötigenfalls die Eichkurve neu erstellt werden kann.

Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art (GB-PS 7 91 088) sind diese Forderungen nur teilweise erfüllt. Es ist nämlich vorgesehen, entweder eine Probe nach der anderen manuell gegenüber einem Proportionalzähler zu positionieren, wobei die genaue Position so gewählt wird, daß der Zähler möglichst viel Fluoreszenzstrahlung empfängt, oder in einer Anlage ein Produkt aus mehreren Elementen, die aus entsprechenden Quellen Beliefert werden, kontinuierlich herzustellen und das Produkt als Probe an einer Strahlungsquelle und einem Proportionalzähler vorbeizuleiten. In letzterem Fall erfolgt zwar das Positionieren nicht manuell es können jedoch keine einzelnen Proben (Eichproben oder zu untersuchende Proben) auf genaue und wiederholbare Weise positioniert werden. Außerdem ist eine Selbstüberwachung und -eichung nicht ohne weiteres möglich. Es sind weiter ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Gadoliniumkonzentratio.ien bekannt (Journal of Nuclear Materials 81 (1979) S. 203-214). bei diesen muß, weil die Strahlung aus der Strahlungsquelle und die dadurch induzierten Gadoliniumröntgenstrahlen in typischen Brennstoffumhüllungsmaterialien stark gedämpft werden, die Röntgenanalyse an nichtumhülltem Brennstoff ausgeführt werden, wofür ein Zircaloy-Rohr verwendet wird, in das ein Fenster eingeschnitten wird und das als Probenhalter benutzt wird. Es liegt auf der Hand, daß in diesem Fall immer nur eine besondere Probe untersucht werden kann. Es sind auch keine besonderen Vorkehrungen zur genauen Positionierung der Proben getroffen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß die Eichproben und die zu untersuchende Probe auf genaue und wiederholbare Weise positioniert werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 3 angegebenen Schritte bzw. Merkmale gelöst.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung werden die Eichproben und jede zu untersuchende Probe in der Nähe des Strahlungsdetektors auf selbsttätige Weise genau und wiederholbar positioniert, so daß sich mit geringem Zeit- und Arbeitsaufwand die Eichkurve ermitteln und die Untersuchung der Probe durchführen läßt. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann daher rund um die Uhr in Bereitschaft gehalten werden, um jederzeit Probenuntersuchungen durchführen oder sich selbst eichen zu können.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird eine neue Eichkurve erstellt, wenn eine erneute Untersuchung einer der Eichproben zeigt, daß der betreffende Verhältniswert von der bereits erstellten Eichkurve abweicht.

Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer röntgenfluoreszenzanalytischen Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe,

Fig.2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Vorrichtung nach Fig. 1 sowie deren Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor,

Fig.3 eine weggebrochene Darstellung eines Schalen- und Transportbehältergehäuses der Vorrichtung nach F i g. 1, die dessen Probentransportsystem zeigt,

Fig.4 ein Blockschaltbild des Strahlungsdetektors und der Prozeßsteuereinheit der Vorrichtung,

F i g. 5 ein Diagramm, das den Röntgenansprechwert in Abhängigkeit von dem Energieniveau der erfaßten Röntgenstrahlen zeigt, und

F i g. 6 eine typische Eichkurve.

Fig. 1 zeigt eine Dewar-Baugruppe 10, die eine Nachfülleinrichtung 11 für flüssigen Stickstoff aufweist und auf einem Tisch 12 befestigt ist, dessen Beine 12' sich auf einem Schrank 13 abstützen, der Türen 14 hat, die an ihm mittels Scharnieren befestigt sind.

Auf dem Schrank 13 befinden sich ein Schalen- und

Transportbehältergehäuse 15; eine Steuerkonsole 16 mit Schaltern 16'; ein Statusmodul 17 mit einem Drukker 17(1), einer Statusanzeigeeinrichtung 17(2), einer Anzeigeeinrichtung 17(3) und einer akustischen Alarmeinrichtung 17(4); und eine Tastatur 18. Zwischen der Dewar-Baugruppe 10 und dem Schalen- und Transportbehältergehäuse 15 befinden sich eine Detektorbaugruppe 19 und eine Quellenhalte- und -abschirmeinrichtung 20.

Gemäß den F i g. 2 und 3 enthält die Dewar-Baugruppe 10 ein Dewar-Gefäß 21, das flüssigen Stickstoff 22 enthält. Die Detektorbaugruppe 19 enthält einen Strahlungsdetektor 23, der seinerseits einen Detektorkristall 23' enthält, bei welchem es sich hier um eine eigenleitende Germaniumdiode handelt. Der flüssige Stickstoff 22 kühlt den Strahlungsdetektor 23 durch Absorbieren von Wärmeenergie, die während des Hochspannungsbetriebes erzeugt wird.

Die in F i g. 1 gezeigte Nachfülleinrichtung 11 füllt automatisch den Vorrat an flüssigem Stickstoff 22 aus einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) wieder auf, wenn sie ein entsprechendes Signal aus einem Niedrigstfüllstanddetektor 27' empfängt. Das Nachfüllen setzt sich solange fort, bis es durch ein Signal aus einem Höchstfüllstanddetektor 28 gestoppt wird.

Innerhalb der Detektorbaugruppe 19 wird ein Vakuum aufrechterhalten, um den Detektorkristall 23' zu schützen. Der Strahlungsdetektor 23 überwacht die Erzeugung von Fluoreszenzstrahlung, die in einer Probe 57 erzeugt wird, und erzeugt Signale, die die Quelle der Fluoreszenzstrahlung anzeigen, d. h„ ob die Fluoreszenzstrahlung von dem Primärmaterial (Uran) oder von dem Sekundärmaterial (Gadolinium) stammt. Bei dieser Fluoreszenzstrahlung handelt es sich typisch um Röntgenstrahlung.

Der Detektorkristall 23' ist auf einem elektrischen Isolator 29 befestigt, der seinerseits am Ende eines Wärmeableitfingers 30 befestigt ist, welcher im Betrieb erzeugte Wärmeenergie abführt.

Hochspannung wird an den Detektorkristall 23' von einer Quelle (nicht dargestellt) über eine Zuleitung 31 in der Dewar-Baugruppe 10 angelegt. Eine weitere Leitung 32 leitet Ausgangssignale D₅ von dem Strahlungsdetektor 23 zu einer in F i g. 4 gezeigten Prozeßsteuereinheit 67.

Eine Strahlungsquelle 34 ist in der Quellenhalte- und -abschirmvorrichtung 20 befestigt, die die Bedienungsperson vor unzulässiger Bestrahlung schützt Die Strahlungsquelle 34 ist nominell eine 1-Curie-Quelle und besteht hier aus konzentrischen Ringen aus Americium 241. es können aber auch andere Quellen und Konfigurationen geeignet sein. Ein Kollimator 35 bildet eine Blende (mit Abmessungen von beispielsweise 10 χ 3.5 mm Durchmesser) zum Zuführen von Fluoreszenzstrahlung zu dem Detektorkristall 23'. Der Kollimator 35 besteht hier aus Wolframmaterial und eliminiert eine unerwünschte Streustrahlung, was die Detektorauflösung und -genauigkeit durch Ausbilden eines geeigneten Sichtfeldes für die erfaßte Fluoreszenzstrahlung verbessert.

Das Schalen- und Transportbehältergehäuse 15 (vgl. F i g. 2 und 3) weist einen Proben- und einen Sicherheitsdeckel 36 bzw. 37 auf. Das Gehäuse 15 enthält eine Transporteinrichtung 38 zum Positionieren der Proben 57 sowie von Eichproben bekannter Zusammensetzung am Ort der Strahlungsquelle 34 und des Strahlungsdetektors 23.

Die Transporteinrichtung 38 weist eine Schale 40, einen Transportbehälter 41 und einen Schlitten 42 auf, welcher mit einem glatten Längsloch 44 und einem Gewindelängsloch 45 versehen ist, die eine Führungsschiene 46 bzw. eine Antriebsspindel 47 aufnehmen, welche jeweils zwischen den Enden des Schalen- und Transportbehältergehäuses 15 befestigt sind. Bälge 50 bedekken die Führungsschiene 46 und die Antriebsspindcl 47 auf beiden Seiten des Schlittens 42 und verhindern, daß sich auf diesen Brennstoff- oder Absorbiermaterialien ansammeln, zu denen beispielsweise unzulässige Uranabriebteilchen und Staub gehören.

Der Transportbehälter 41 hat eingebaute Eichproben 52, die in ihm dauerhaft befestigt sind, und eine Aussparung zum Einsetzen der Schale 40 mit der in ihr enthaltenen Probe, wozu bekannte oder unbekannte Proben zählen, die untersucht werden sollen.

Eine Riemenscheibe 55 ist auf dem Ende der Antriebsspindel 47 befestigt, die durch einen Schrittmotor 56 in Drehung versetzt wird.

Die Schale 40 trägt die Proben 57, bei denen es sich um bekannte Normale (Eichproben) oder um unbekannte Proben handelt, in Vertiefungen 58, die in die Schale eingearbeitet sind. In Anbetracht der Möglichkeit des automatischen Positionierens der Proben am Detektorort können die Vertiefungen 58 in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen über die Oberfläche der Schale 40 verteilt sein.

Die maximale Anzahl der Proben 57, die durch eine einzelne Schale 40 aufgenommen werden kann, ist variabel und wird nur durch die Größe der Proben 57 begrenzt. Die zu untersuchende Probe 57 kann in Tabletten- oder Pulverform vorliegen. Verpacktes Pulver, das bis zu einer angemessen gleichmäßigen Dichte gepreßt worden ist, wird losem Pulver vorgezogen, weil loses Pulver Unregelmäßigkeiten in der erzeugten Fluoreszenzstrahlung verursacht

Die einzelnen Teile der Transporteinrichtung 38 bestehen aus rostfreiem Stahl eines Typs, der selbst keine unerwünschte Fluoreszenzstrahlung erzeugt, die die Fluoreszenzstrahlung des Kernbrennstoffes UO2 und des Neutronenabsorbiermaterials Gd₂Oj, die bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzt werden, stören würde. Andere Werkstoffe für die Transporteinrichtung können erforderlich sein, wenn andere Primär- und Sekundärmaterialien untersucht werden sollen.

Annäherungsschalter 60 und 61 melden, ob der Probendeckel 36 und der Sicherheitsdeckel 37 offen oder geschlossen sind. Weitere Annäherungsschalter 62 und 63 zeigen die Position der Schale 40 am Beginn bzw. am Ende ihres Weges in dem Schalen- und Transportbchältergehäuse 15 an. Information über den Zustand dieser Annäherungsschalter wird über Bitleitungen oder Busse 65 der Prozeßsteuereinheit 67 zugeführt, die in Fig.4 dargestellt ist

Die Prozeßsteuereinheit 67 in Fig.4 enthält einen Intel 8080 oder einen gleichwertigen Mikroprozessor 70, eine mathematische Platte 71 zum schnellen Verarbeiten von Information gemäß spezialisierten Operationen und zugeordnete Speichervorrichtungen 72 in Form von RAMs (Schreib-/Lesespeicher) und ROMs (Festwertspeicher). Ein Intel-Mehrfachbus 73 überwacht die Datenübertragung über einen Datenbus 74 und steuert den Betrieb von verschiedenen Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 75, wobei es sich bei wenigstens einigen der letztgenannten Einrichtungen beispielsweise um Intcl-8255-Chips handein kann.

Mehrere Bitleitungen oder Busse 76 steuern den Be-

trieb der Vorrichtung einschließlich des Schrittmotors 56, des Druckers 17(1), der Statusanzeigeeinrichtung 17(2), der Anzeigeeinrichtung 17(3), der akustischen Alarmeinrichtung 17(4) und der Hochspannungsversorgung des Detektorkristalls 23'. Bitleitungen oder Busse 77 transportieren Information von einem Flüssigstickstoffühler 27' in dem Dewar-Gefäß 21 und von der Tastatur 18 zu der Prozeßsteuereinheit 67.

Gemäß Fig.4 zeigt ein Detektorsignal D_s auf der Leitung 32 aus dem Strahlungsdetektor 23 die Fluoreszenzstrahlung aus dem der Strahlung aus der Strahlungsquelle 34 ausgesetzten Gebiet an. Dieses Signal wird an einen Vorverstärker 81 angelegt, geformt und dann an einen Verstärker 82 angelegt, der die Amplitude des geformten Signals vergrößert. Diskriminatoren 83 und 84 empfangen jeweils das geformte und verstärkte Signal, das dann gefiltert wird, um zwei Komponcntensignale 87 und 88 zu erzeugen, welche den Fluorcs/.enzstrahlungsanteilen entsprechen, die durch das Primär- bzw. Sekundärmaterial erzeugt werden. Die Diskriminatoren 83 und 84 sind mit Zählern 89' bzw. 89" verbunden. Jeder Zähler ist mit einem zugeordneten Taktgeber 92 verbunden, der die Zählperiode einstellt, den Zähler löscht oder initialisiert und den Zähler freigibt, damit dieser mit dem Zählen beginnen kann. Die Zähler 89' und 89" haben hier jeweils eine Kapazität von 24 Bit. Gemäß F i g. 5 sprechen die Diskriminatoren 83 und 84 beispielsweise auf Röntgensignale zwischen definierten Energiebanden an, die die Uran- bzw. Gadoliniumquelle der Röntgenstrahlen widerspielen.

Im folgenden wird nun beschrieben, wie mittels der Vorrichtung eine Eichkurve ermittelt, die Eichung geprüft und eine Untersuchung von Proben durchgeführt wird.

Dem Dewar-Gefäß 21 wird flüssiger Stickstoff bis zu einer ausreichenden Füllstandhöhe zum Kühlen des Delektorkristalls 23' zugeführt Wenn der Detektorkristall 23',ausreichend gekühlt worden ist, kann eine Hochspannung für den Betrieb des Detektors angelegt werden. Die gesamte Anlaufprozedur dauert etwa vier Stunden, einschließlich der Zeit, die erforderlich ist, um den Detektorkristall zu kühlen und um das System sich stabilisieren zu lassen.

Die Vorrichtung muß vor dem Betrieb initialisiert werden. Das beinhaltet das Einstellen beider Zähler 89' und 89" auf null, wodurch die Gesamtzahl am Ende einer Zählperiode genau das zugeführte Signal wiedergibt

Das Erstellen einer Eichkurve, die das Verhältnis des Sckundärmaterials (in diesem Fall Gadolinium)-Zählwertes zu dem Primärmaterial (in diesem Fall Uran)-Zählwert zu der Sekundärmaterialkonzentration in Beziehung setzt, folgt anschließend. Da das Sekundärmaterial in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sich von Gadolinium ableitet (d. h. Gd2Ü3) und da das PrimärmateriaUich von Uran ableitet (UO₂), folgt daraus, daß die Eichkurve die Beziehung zwischen dem Gadolinium- zu Uranzählwerteverhältnis und der Gadoliniumkonzentration angibt Fig.6 zeigt, daß die Eichkurve linear ist; die Kurve kann deshalb in dem Computerspeicher 72 als eine Steigung und ein Abschnitt dargestellt werden.

Anschließend an das Eichen wird die Gültigkeit der Eichkurve wiederholt geprüft Momentane Temperalurbedingungen oder andere Umgebungsfaktoren können die Strahlungsdetektorleistungsfähigkeit beträchtlieh verändern. Demgemäß kann es sein, daß die vorher erstellte Eichkurve unter gegenwärtigen Bedingungen nicht mehr gültig ist

Die Probenuntersuchung ist der Endzweck der Vorrichtung, die die tatsächlichen Sekundärmaterialkonzentrationswerte von unbekannten Proben ermittelt.

Das Eichen, die Überprüfung der Eichkurve und die Untersuchung erfordern jeweils das richtige Positionieren der bewußten Probe oder von Vergleichsproben am Detektorort. Zum Erstellen einer geeigneten Eichkurve können die eingebauten Eichproben 52 benutzt werden oder es kann eine Eichprobenschale in den Transportbehälter 41 eingesetzt werden. Bevorzugt werden zehn Eichproben zur Eichung benutzt, die den Bereich von Sekundärmaterialkonzentrationen zwischen 1 und 10 Gew.-% abdecken.

Zum Starten des Betriebes ist die Schale 40 am Beginn ihres Weges, was durch den Annäherungsschalter 62 angezeigt wird. Dann wird jede Eichprobe einzeln am Detektorort positioniert und untersucht. Diese Untersuchung ergibt ein Sekundär- zu Primärmaterialzählwertverhältnis für jede Eichprobe.

Nachdem sämtliche Eichproben untersucht worden sind und ein Sekundär- zu Primärmaterialzählwertverhältnis für jede von ihnen ermittelt worden ist, wird ein analytischer (vorzugsweise linearer) Ausdruck gebildet, der die Beziehung zwischen den Verhältnissen und den bekannten Sekundärmaterialkonzentrationswerten der Eichproben angibt.

Der Strahlungsdetektor 23 überwacht die Fluoreszenzstrahlung, wenn der Schrittmotor 56 die Schale 40 vorwärtsbewegt. Die Fluoreszenzstrahlung aufgrund des Primär- und des Sekundärmaterials wird zunehmen und abnehmen, wenn sich jede Eichprobe dem Detektorort nähert und von diesem wieder entfernt. In dieser Ausführungsform überwacht die Prozeßsteuereinheit 67 den Primärmaterialansprechwert, wenn jede Probe den Detektorort passiert. Die Prozeßsteuereinheit 67 stellt fest, wann der Ansprechwert über einen vorgewählten Schwellwert steigt und wann er wieder unter diesen Schwellwert zurückgeht. Die Zeitspanne zwischen dem Ansteigen über den Schwellwert und dem Zurückgehen unter den Schwellwert gibt eine Strecke wieder, die die Schale 40 zwischen den Schwellwertpunkten zurückgelegt hat. Der Einfachheit halber erfolgt hier das Positionieren durch Umkehren der Bewegungsrichtung der Schale 40, wenn der zweite Schwellwert erreicht ist, und durch Weiterbewegen in der umgekehrten Richtung mit etwa derselben Geschwindigkeit wie während der Vorwärtsbewegung für die Hälfte der Zeit zwischen den Schwellwerten. Dadurch wird effektiv gewährleistet, daß eine angemessene Positionierung vorgenommen wird. Nachdem das Positionieren erfolgt ist wird ein Sekundär- zu Primärmaterialverhältniswert für jede Eichprobe bestimmt.

Die umfassende Überprüfung der Eichkurve beinhaltet mehr als eine einzige eingebaute Eichprobe und umfaßt vorzugsweise sämtliche eingebauten Eichproben 52. Jede dieser Eichproben 52 wird zuerst geeignet positioniert und dann untersucht, um einen Sekundär- zu Primärmaterialverhältniswert zu bilden.

Die dadurch ermittelten Verhältniswerte können benutzt werden, um eine analytische (vorzugsweise lineare) Beziehung zwischen den Verhältniswerten und der Sekundärmaterialkonzentration zu ermitteln, und zwar weitgehend auf dieselbe Weise wie beim Erstellen einer Eichkurve. Die Steigung der ermittelten Beziehung wird mit der Steigung der Eichkurve verglichen. Wenn die Abweichung unzulässig ist, hat das zur Folge, daß die Prozeßsteuereinheit 67 die Eichkurve ab dem Beginn neu erstellt

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Untersuchung durch Einbringen von Proben in die Schale 40, die in eine Vertiefung in dem Transportbehälter 41 eingesetzt wird. Im Betrieb bewegt sich die Schale 40 unter dem Strahlungsdetektor 23 vorbei, wobei eine Probe nach der anderen der Strahlung aus der Strahlungsquelle 34 ausgesetzt wird. Wenn jede Probe den Strahlungsdetektor 23 passiert, wird die abgefühlte Fluoreszenzstrahlung über einen Schwellwert ansteigen, verflachen und dann wieder unter den Schwellwert absinken. Das legt die Breite der Probe fest, die untersucht wird, und gestattet dem Schrittmotor 56, die Schale 40 so zu verstellen, daß die Eichprobe unter dem Strahlungsdetektor 23 positioniert wird.

Nachdem die Positionierung ausgeführt worden ist, erfolgt eine Messung der Fluoreszenzstrahlung, die in der Probe erzeugt wird, welche untersucht wird. Der Strahlungsdetektor 23 erzeugt ein Ausgangssignal, das die abgefühlte Fluoreszenzstrahlung anzeigt; die Diskriminatoren 83,84 lösen das Signal in die Komponentensignale 87,88 auf (nachdem die Signalformung und -verstärkung erfolgt sind): und die Zähler 89', 89" summieren die Komponentensignale 87,88 über einer bestimmten Zählperiode. Ein Verhältnis des Sekundärmaterialzählwertes und des Primärmaterialzählwertes wird gebildet und dann benutzt, um einen zugeordneten Sekundärmaterialkonzentrationswert durch Vergleich mit der Eichkurve zu erzeugen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

30 35 40

50

55 60

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenfluoreszenzanalytisches Verfahren zum Untersuchen einer Probe, die unbekannte Konzentrationen eines Primärmaterials, insbesondere eines Kernbrennstoffes, und eines Sekundärmaterials, insbesondere eines Neutronenabsorbiermaterials, aufweist, mit Hilfe einer Strahlungsquelle, eines Strahlungsdetektors und mehrerer Eichproben, die bekannte Konzentrationen des Primärmaterials und des Sekundärmaterials aufweisen, in folgenden Schritten:

a) Vorwärtsbewegen jeder Eichprobe entlang eines bestimmten Weges nahe der Strahlungsquelle;

b) Bestrahlen jeder Eichprobe mit Hilfe der Strahlungsquelle und Erzeugen von Fluoreszenzstrahlung;

c) Erfassen der Fluoreszenzstrahlung in dem Strahlungsdetektor und Erzeugen entsprechender elektrischer Signale;

d) Auflösen der Signale durch Energiediskriminierung in Komponentensignale, welche den Fluoreszenzstrahlungsanteilen entsprechen, die durch das Primär- bzw. Sekundärmaterial erzeugt werden;

e) Bestimmungen einer Konzentration durch

el) Gewinnen eines Verhältniswertes der Komponentensignale für jede Eichprobe;

e2) Erstellen einer Eichkurve für die Eichproben durch Auftragen des Verhältniswertes jeder Eichprobe über ihrem Sekundärmatenalkonzentrationswert;

e3) Untersuchen der Probe auf analoge Weise wie die Eichproben und Gewinnen eines Verhältniswertes der Komponentensignale dieser Probe; und

e4) Vergleichen des Verhältniswertes der Probe mit der Eichkurve, um den Sekundärmaterialkonzentrationswert der Probe zu bestimmen,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) für jede Eichprobe und die zu untersuchende Probe während deren Vorwärtsbewegung entlang des bestimmten Weges eine Zeitspanne ermittelt wird, die ab Erreichen und anschließendem Übei .schreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch die Fluoreszenzstrahlung beginnt und während der weiteren Vorwärtsbewegung bei erneutem Erreichen und anschließendem Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwerts endet,

g) bei dem erneuten Erreichen des vorgegebenen Schwellwertes die Vorwärtsbewegung beendet wird, und

h) anschließend während der Hälfte der Zeitspanne eine Rückwärtsbewegung entlang des bestimmten Weges mit derselben Geschwindigkeit wie bei der Vorwärtsbewegung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

erneutes Untersuchen wenigstens einer der Eichproben durch Wiederholen der Schritte a)— el) und f)—h) und Vergleichen des daraus gewonnenen Verhältniswertes mit der Eichkurve, um die anhaltende Genauigkeit der Eichkurve zu prüfen;
erneutes Untersuchen der Eichproben durch Wiederholen der Schritte a)—el) und f)— h) immer dann, wenn der gewonnene Sekundärmaterialkonzentrationswert für die wiederuntersuchte Eichprobe vonder erstellten Eichkurve um einen gewählten Grenzwert abweicht; und

Erstellen wenigstens einer neuen Eichkurve für die Eichproben durch Auftragen des Verhältniswertes jeder Eichprobe über ihrem Sekundärmaterialkonzentrationsweit

3. Röntgenfluoreszenzanalytische Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe, die unbekannte Konzentrationen eines Primärmaterials, insbesondere eines Kernbrennstoffes, und eines Sekundärmaterials, insbesondere eines Neutronenabsorbiermaterials, aufweist;

mit einer Strahlungsquelle zum Bestrahlen jeder Probe und Erzeugen von Fluoreszenzstrahlung;
mit einem Strahlungsdetektor zum Erfassen der Fluoreszenzstrahlung und Erzeugen entsprechender elektrischer Signale;

mit einer Signaldiskriminiereinrichtung zum Auflösen der Signale durch Energiediskriminierung in Komponentensignale, welche den Fluoreszenzstrahlungsanteilen entsprechen, die durch das Primärbzw. Sekundärmaterial erzeugt werden;
mit mehreren Eichproben, die bekannte Konzentrationen des Primärmaterials und des Sekundärma tcrials aufweisen;

mit einer Transporteinrichtung zum Vorwärtsbewegen jeder Eichprobe und der zu untersuchenden Probe entlang eines bestimmten Weges nahe der Strahlungsquelle;

mit einer Einrichtung zum Gewinnen eines Verhältniswertes der Komponentensignale für jede Eichprobe und die zu untersuchende Probe;
mit einer Einrichtung zum Speichern einer durch Auftragen des Verhältniswertes jeder Eichprobe über ihrem Sekundärmaterialkonzentrationswert erstellten Eichkurve für die Eichproben;
und mit einer Einrichtung zum Vergleichen des Verhältniswertes der Probe mit der Eichkurve zum Bestimmen des Sekundärmaterialkonzentrationswcrtes der Probe;

dadurch gekennzeichnet, daß die Traniiporteinrichtung (38) einen Transportbehälter (41) für jede Eichprobe (52) und die zu untersuchende Probe (57) aufweist, der durch eine Antriebseinrichtung (47,56) mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang des bestimmten Weges vor- und zurückbewegbar ist, und daß eine Prozeßsteuereinheit (67) vorgesehen ist zum Ermitteln einer Zeitspanne für jede Eichprobe (52) und die zu untersuchende Probe (57) während deren Vorwärtsbewegung, wobei diese Zeitspanne ab Erreichen und anschließendem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts durch die Fluorcszenzstrahlung beginnt und während der weiteren Vorwärtsbewegung bei erneutem Erreichen und anschließendem Unterschreiten des vorgegebenen Schweüwerts endet, sowie zum Stoppen der Antriebseinrichtung (47, 56) bei dem erneuten Erreichen des vorgegebenen Schwellwertes und zum Umsteuern der Antriebseinrichtung (47,56) und Zurückbewegen des Transportbehälters (41) während der Hälfte der Zeitspanne.