DE3430859C2

DE3430859C2 -

Info

Publication number: DE3430859C2
Application number: DE3430859A
Authority: DE
Inventors: Frederick Carl Wilmington N.C. Us Schoenig Jun.; Sharon Gail Palo Alto Calif. Us Glendinning; George William Foster City Calif. Us Tunnell; Martin Samuel Long Island N.Y. Us Zucker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-08-26
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1990-01-04
Also published as: JPH0367239B2; US4620099A; DE3430859A1; ES8707795A1; ES535385A0; JPS6085395A; IT1196230B; IT8422366A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des Spalt- und Brutstoffgehaltes des Veraschungsrückstan des in einem manipulierbaren Behälter. Vorrichtung und Verfahren dienen zum Messen des Spalt- und Brutstoffgehalts von Asche aus ei ner Veraschungsanlage, die nach dem Verlassen der Veraschungsanlage in einen Behälter eingebracht wird.

Das ständige Aufzeichnen der Menge an Spalt-/Brutstoff ist für das Überwachen solcher Stoffe als eine Vorsichtsmaßnahme nötig, da mit solches Material nicht zu unbefugtem Gebrauch umgeleitet wird. Die hier beschriebene Erfindung befaßt sich mit dem Überwachen der Mengen an Spalt-/Brutstoffen, die aus der Veraschung von kontami niertem Material rückgewonnen werden.

Es ist außerdem wichtig, den Strom von eingebrachtem und aus gebrachtem Spaltstoff in dem Veraschungsprozeß zu überwachen, um sich gegen zufällige nukleare Kritikalität zu schützen.

In dem Artikel von H. A. Cole "An Automatic Drum Scanning System for the Measurement of Plutonium in Waste", veröffentlicht in "Nu clear Instruments and Methods", 65, 45-57 (1968) sind eine Vor richtung und ein Verfahren zum Bestimmen von ²³⁹Pu durch Messung der 384 KeV-Gammastrahlung, die von diesem Plutoniumisotop ausge sandt wird, beschrieben.

Die Bestimmung erfolgt derart, daß man eine mit Abfall gefüll te Trommel durch Trägerwalzen um ihre Achse rotieren läßt, und man während der Rotation einen Detektor so bewegt, daß er die Länge der Trommel abtastet. Die Impulse des Detektors gelangen zu einem Einka nal-Analysator, der die Impulse auswählt, deren Energien innerhalb eines 50 keV-Kanals liegen, dessen Zentrum die genannten 384 keV sind.

In der US-PS 37 86 256 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Be stimmen des Spaltstoffgehaltes einer Kernbrennstoffprobe beschrie ben. Verfahren und Vorrichtung nach der genannten US-PS werden auf der Grundlage des Prinzips betrieben, daß jeweils ein Quellenneutron zu einer Zeit erzeugt wird, um die Probe abzufragen, daß die Probe mit Quellenneutronen bestrahlt wird, um die spaltbaren Elemente in der Probe zu spalten zur Emission von Spaltneutronen oder spaltungs induzierten Gammastrahlen in Gruppen von mehr als zwei Neutronen oder Gammastrahlen und gleichzeitiges Zählen der emittierten Gruppen von mehr als zwei Neutronen oder Gammastrahlen, um eine Zählungsge schwindigkeit des gleichzeitigen Ereignisses als eine Anzeige für den Spaltstoffgehalt der Probe zu schaffen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des Spalt-/Brutstoffes zu schaffen, der in Asche enthalten ist, welche aus der Veraschung von kontaminierten Materialien stammt, wobei diese Asche an einem Ausgang der Veraschungsanlage er halten und in einen zylindrischen Behälter eingebracht wird, der an die Verwendung bei der hier be schriebenen besonderen Ausführungsform angepaßt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach Anspruch 1, bzw. das Verfahren nach Anspruch 2 gelöst.

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

Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung in isometrischer Ansicht,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 in einer Seitenansicht im einzelnen die Lage von Meßfüh lern, welche in einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung benutzt werden,

Fig. 4 einen Blick in den Schacht der Detektorbaugruppe der Vor richtung nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 5 eine Längsschnittansicht des Schachtes nach Fig. 4.

Zur Erleichterung der Beschreibung und des Verständnisses der Erfindung wird zuerst die mechanische Handhabungsvorrichtung be schrieben, woran sich eine Beschreibung des Signalverarbeitungsteils der Erfindung anschließt.

Mechanische Handhabungsvorrichtung

Fig. 1 zeigt einen Rahmen 110, auf welchem ein beweglicher Träger 112 für ein Robotergreifwerkzeug 114 (Fig. 2) befestigt ist, das horizontal und vertikal einstellbar ist. Der bewegliche Träger 112 und daher das Robotergreifwerkzeug 114 ist durch Betätigung ei nes Getriebemotores 116 längsbewegbar, der an dem Rahmen 110 befe stigt ist und eine lange Schraubenspindel 116 a antreibt. Die Verti kalbewegung erfolgt durch einen weiteren Motor 115, der benutzt wird, um das Greifwerkzeug 114 auf gleiche Weise zu senken und zu heben. Der Rahmen 110 enthält einen Hauptkörper 401, in dem ein Zählschacht 124 so angeordnet ist, daß das Greifwerkzeug 114, computergesteuert durch einen Computer, in der Lage ist, wahlweise einen Behälter 120 von einer Waage 122 zu nehmen und in den Schacht 124 einzubringen und nach der Ausführung von vorbestimmten Messungen den Behälter 120 wieder aufzunehmen und auf ein Ausgangsförderband 126 zu befördern.

Das Robotergreifwerkzeug ist so programmiert, daß es zu einer Zeit einen neutronenreflektierenden Stopfen 128 über dem Schacht 124 an ordnet, so daß ein darin angeordneter Behälter in dem Schacht einge schlossen wird, oder daß es zu einer anderen Zeit einen aktiven (das heißt eine Neutronenquelle enthaltenden) Stopfen 130 in die gleiche Position bringt, aber für einen im folgenden näher erläuterten Zweck.

Für das richtige Anordnen und Funktionieren des Robotergreif werkzeuges werden mehrere Meßfühler benutzt, um Daten zu dem Compu ter zu senden, der für die Steuerung und den Betrieb des Greifwerk zeuges 114 benutzt wird, sowie zum Ermitteln der Position des Behäl ters 120 während des Überwachungsbetriebes.

Gemäß Fig. 3 sind die Meßfühler 341, 342 und 343 entsprechend angeordnet und werden benutzt, um den Zustand des Greifwerkzeuges entweder als offen oder als geschlossen oder als besetzt oder unbe setzt zu bestimmen. Der Meßfühler 344 wird benutzt, um festzustel len, ob der Stopfen 128 oder 130 in dem Schacht 124 richtig positio niert ist. Der Meßfühler 345 stellt fest, ob das Greifwerkzeug 114 in bezug auf den Stopfen 128 richtig angeordnet ist. Der Meßfühler 346 wird benutzt, um die richtige Position für das Greifwerkzeug zu bestimmen, in der dieses sich nach unten bewegen und einen Behälter ergreifen kann, von welchem durch einen Meßfühler 359 festgestellt worden ist, daß es sich auf der Waage 122 befindet. Der Meßfühler 347 ist so angeordnet, daß er die richtige Position des Greifwerk zeuges 114 zum Einbringen eines Behälters in den Schacht 124 fest stellt. Der Meßfühler 348 ist so positioniert, daß er die richtige Position des Greifwerkzeuges 114 zum Einbringen eines Behälters in das Förderband 126 ermittelt, wobei in dieser Position der Behälter durch einen Meßfühler 362 festgestellt wird. Ein Meßfühler 349 er mittelt die richtige Position des Greifwerkzeuges 114 bezüglich des Quellenstopfens 130. Der Meßfühler 350 wird zum Feststellen der obe ren Position des Greiwerkzeuges 114 benutzt. Ein Meßfühler 351 wird zum Bestimmen der vertikalen Position des Greifwerkzeuges 114 be nutzt, wenn dieses den Stopfen 130 absetzt, und ein Meßfühler 352 wird benutzt, um die Position des Greifwerkzeuges 114 bezüglich ei nes auf der Waage 122 ruhenden Behälters zu bestimmen. Der Meßfühler 353 wird zum Bestimmen der Position eines Behälters im Schacht 124 benutzt. Die Meßfühler 354, 355, 356 und 357 werden benutzt, um die Positionen von zwei Neutronenquellen 509 und 511 zu ermitteln, die in Behältern 132 enthalten sind, die durch Teleflex- oder Zugseile in eine Position unter dem Zählschacht 124 bewegt werden; eine Quel le, die benutzt wird, um die Eichung der dem Schacht zugeordneten Detektoren zu gestatten, ist Californium-252. Die andere ist eine Americium-241-Lithium-Quelle, die in der aktiven Betriebsart benutzt wird. Der Meßfühler 358 wird benutzt, um festzustellen, daß sich der Stopfen 128 in seiner Ausgangsposition befindet. Ein Meßfühler 362 wird benutzt, um das Vorhandensein eines Behälters in einer ersten Position auf dem Ausgabeförderer 126 festzustellen, und ein Meß fühler 363 wird benutzt, um einen Behälter an dem Ende des Ausgabe förderers 126 zu erkennen. Die oben erwähnten Meßfühler sind bekann te Meßfühler und können in geeigneten Positionen bezüglich der zu überwachenden Gegenstände angebracht werden, damit die gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Weiter werden die Ausgangssignale, die durch die Meßfühler erhalten oder beobachtet werden, dem zentralen Steuercomputer zugeführt, der so programmiert ist, daß er die mechannische Handhabung der bei Er findung benutzten Behälter auf im folgenden beschriebene Weise steu ert.

Im mechanischen Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird ein Behälter, der radioaktive Aschen enthält, die vorbereitet worden sind, indem man die radioaktiven Aschen erst nach dem Sieben in den Behälter eingebracht hat, um die Teilchen auf eine vorbe stimmte Größe zu begrenzen, auf einem Eingabeförderer (nicht darge stellt) zu der Waage 122 gefördert, die Teil des Förderers ist und mit der der Behälter und sein Inhalt elektronisch gewogen werden und festgestellt wird, daß ein Aschengehalt unter einer vorbestimmten Menge vorhanden ist, z. B. 35 kg für die Asche und den Behälter. Wenn das vorbestimmte Maximalgewicht überschritten wird, wird der Behäl ter zur späteren Bearbeitung, bei der das überschüssige Gewicht ver ringert wird, beiseite getan. Zur Zeit des Wiegens ist die bestimmte Identifizierungsnummer des Behälters auf bekannte Weise in den Com puter eingegeben worden, und, wenn das Gewicht stimmt und die Iden tifizierungsnummer in den Computer eingelesen worden ist, veranlaßt der Computer die Greifkopfbaugruppe 12, sich in die Posi tion oberhalb des Behälters auf der Waage zu bewegen, den Greifer teil abzusenken, den Behälter zu ergreifen und den Behälter zu einer Position zu tragen, wo der Behälter in den Schacht 124 eingebracht wird. Der Greiferteil wird dann durch den erwähnten Computer veran laßt, sich weiter zu bewegen und den Stopfen 128 aufzunehmen und diesen im Schacht 124 abzusetzen.

Der Schacht 124 ist in Fig. 4 in Draufsicht gezeigt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 liegt der Schacht in einem Hauptkörper 401, der aus Polyäthylen gebildet ist und in welchem der Schacht 124 ge bildet ist. Mehrere Neutronendetektoren 403 sind in das Polyäthylen in zwei konzentrischen kreisförmigen Kränzen um den Schacht 124 her um eingebettet und bestehen für die Zwecke der hier beschriebenen Ausführungsform aus 42 BF₃-Detektoren. Für Betriebszwecke werden die 42 BF₃-Proportionalzähl-Neutronendetektoren in Sätze von drei aufgeteilt, wobei eine erste Gruppe aus sieben Sätzen von drei und eine zweite Gruppe aus sieben Sätzen von drei gebildet wird, um re dundante Detektorsysteme zu bilden. Fig. 5 zeigt eine Schnittan sicht der Fig. 4 sowie die Detektoren 403 und Neutronenquellen 511 und 509.

Die von einer Auswerteeinrichtung gelieferten Ergebnisse sind: 1) Spalt- und Brutstoffgehalt (aus der redundanten Neutronenerfassung) und 2) Spalt- und Brut stoffgehalt aus der redundanten Erfassung der Gammastrahlung. Diese Ergebnisse werden durch Vergleichen der ermittelten Zählraten mit Eichkurven, die von Normalen mit bekannten Zusammensetzungen stam men, erzielt.

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Spalt- und Brutstoffgehalts des Veraschungsrückstandes in einem manipulierbaren Behälter (120), mit
einem Hauptkörper (401) aus neutronenmoderierendem Material, der mit einem Schacht (124) zur Aufnahme des Behälters versehen ist,
einem ersten Stopfen (128) aus einem neutronenreflektierenden Mate rial zum Verschließen des Schachtes,
einem zweiten Stopfen (130), der eine erste Neutronenquelle (509) enthält, um das Oberteil des Schachtes alternativ damit zu ver schließen und Neutronen in den Schacht zu richten,
einer zweiten Neuttonenquelle (511), die wahlweise im Boden des Schachtes angeordnet werden kann, um Neutronen in den Schacht zu richten,
einer Manipuliereinrichtung (114) zum Anordnen des Behälters in dem Schacht und zu seiner Entfernung daraus sowie zum wahlweisen An ordnen eines der beiden Stopfen im Oberteil des Schachtes,
mehreren Neutronensensoren (403), die innerhalb des neutronenmoderier renden Materials des Hauptkörpers in zwei konzentrischen kreisförmigen Kränzen um den Schacht (124) herum angeordnet sind,
mindestens einem γ-Strahlendetektor (501, 503) benachbart dem Boden des Schach tes,
einer Einrichtung zum Gewinnen und Verarbeiten von Signalen von den Neutronen- und γ-Strahlen-Detektoren, wenn sich der Behälter in dem Schacht befindet, um den Spalt- und Brutstoffgehalt des Veraschungs rückstandes in dem Behälter zu bestimmen, und
einer Wiegeeinrichtung zum Bestimmen des Gewichtes des Ver aschungsrückstandes in dem Behälter.

2. Verfahren zum Bestimmen des Spalt- und Brutstoffgehaltes des Veraschungsrückstandes unter Aufwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

1. Ausführen einer Bestätigungsabtastung, die das Anordnen eines neutronenreflektierenden Stopfens im Oberteil des Schach tes, das Anordnen einer Neutronenquelle benachbart dem Boden des Schachtes, um Neutronen in den Schacht zu richten, und das Analysieren der erhaltenen Signale der Neutronen-Detektoren einschließt, um deren Funktion zu verifizieren,
2. Entfernen der Neutronenquelle vom Boden des Schachtes,
3. Anordnen des den gesiebten Veraschungsrückstand enthaltenden Behälters in dem Schacht, was das erneute An ordnen des neutronenreflektierenden Stopfens im Oberteil des Schachtes einschließt,
4. Ausführen einer passiven Abtastung der spontanen Neutro nen- und γ-Strahlenemissionen von dem Material in dem Behäl ter, was das Aufzeichnen der Signale der Neutronen- und γ- Strahlen-Detektoren für eine vorbestimmte Zeitdauer ein schließt,
5. Anordnen einer Neutronenquelle benachbart zumindest einem Ende des Schachtes, um Neutronen in den Schacht und in das Ma terial in dem Behälter zu richten, um das Material zu aktivie ren,
6. Ausführen einer aktiven Abtastung der aktivierten Emissio nen aus dem Material in dem Behälter, die das Aufzeichnen der Signale der Neutronen- und γ-Strahlen-Detektoren für eine vorbestimmte Zeitdauer einschließt und
7. Vergleichen der durch das passive und aktive Abtasten der Stufen 4. und 6. erhaltenen Signale mit Signalen, die erhal ten sind von einer Standardprobe bekannter Zusammensetzung, wodurch der Spalt- und Brutstoffgehalt des Materials in dem Behälter bestimmt ist.