DE3530090A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der eigenschaften von nassdampf - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der eigenschaften von nassdampf

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Peter S.L. Yuen
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Description

Die Erfindung betrifft das Messen von Eigenschaften von Dampf, und befaßt sich insbesondere mit Anwendung von thermischen/epithermischen Neutronenstrahlen zum Messen solcher Eigenschaften wie der Dichte und Qualität von Hochdruck-Naßdampf in kleinen Rohren.
Die Dichtemessung von Hochdruck-Naßdampf in kleinen Rohren wird bei vielen industriellen Vorgängen benötigt. Ein Beispiel ist die Rohölextraktion, wobei die Injizierung von Hochdruck-Naßdampf manchmal verwendet wird, um unterirdisch Formationen von schwerem Rohöl aufzubrechen. Bei diesem Anwendungsfall ist es erforderlich, die Dichte des Naßdampfes so zu überwachen, daß die entsprechende Dampfqualität innerhalb erforderlicher Grenzen gehalten wird. Diese Grenzen der Naßdampfdichte werden normalerweise so festgesetzt, daß die Qualität des Dampfes hoch genug ist, um die Rohölformation aufzubrechen und zu erweichen, und trotzdem der Dampf naß genug ist, um abgelagerte Partikel aus dem Boiler mitzureißen. Ein weiteres Beispiel ergibt sich bei der Erzeugung von elektrischem Strom, bei der durch einen Dampfgenerator erzeugter Dampf zum Antrieb einer Turbine benutzt wird, die einen elektrischen Generator antreibt. In diesem Fall ist es sehr wichtig, die Dichte zu messen, um sicherzustellen, daß die Dichte unter der zugelassenen Grenze liegt, damit die Turbine richtig funktioniert.
Es sind schon verschiedene Verfahren zum Messen der Dichte eines Dampf/Wasser-Gemisches vorgeschlagen worden, und es finden dabei (a) Schnellschlußventile, (b) Impedanzsonden,
(c) optische Sonden und (d) Ultraschallsonden Verwendung. Alle diese Verfahren besitzen jedoch einen oder mehrere der folgenden Nachteile:
(a) Das Verfahren beruht auf Eindringen in den Strömungsweg und stört damit die Dampfströmung,
(b) das Verfahren stört den Routineablauf der Vorgänge,
(c) das Verfahren ist bei dickwandigen Rohren nicht anwendbar ,
(d) das Verfahren ist zu unempfindlich und/oder
(e) das Meßgerät ist nicht tragbar.
Andere Meßverfahren für die Dichte von Hochdruck-Naßdampf benutzen die Schwächungs- oder Streuungs-Eigenschaften des Naßdampfes für Strahlung. Der Naßdampf ist als ein Dampf/Wasser-Gemisch mit hohem Leerraumanteil definiert, wobei der Leerraumanteil ein von der Dampfphase eingenommener Volumenanteil ist.
Diese Strahlungsmethoden arbeiten mit der Schwächung bzw. dem Durchlaß unterschiedlicher Strahlung, beispielsweise Röntgen-Strahlung, 0 -Teilchen-Strahlung und Y -Strahlung. Dabei können jedoch Röntgenstrahlen und β -Teilchen starke Wände von Metallrohren nicht durchdringen, γ -Strahlen können starke Rohrwände durchdringen, jedoch sind sie im Bereich hoher Leerraumanteile sehr unempfindlich. Das Streuen von epithermischen/Schnellen Neutronen hat sich als sehr empfindlich im Bereich geringer und mittlerer Leerraumanteile und bei Rohren mit größerem Durchmesser (D =~ 50 mm) erwiesen. Jedoch wird diese Messung ziemlich unempfindlich im Bereich hohen Leerraumanteiles, insbesondere bei kleinen Rohren, da die Wahrscheinlichkeit der Thermalisierung gering ist.
■Μ-
In der US-PS 4 243 886 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Wasserstoffanteiles von Materialien wie Holz oder Beton oder der Wassermenge in der menschlichen Lunge beschrieben. Das Verfahren benutzt eine Schnelle Neutronenquelle und einen Detektor für thermische Neutronen. Die Quelle und der Detektor sind an einer Seite eines Objektes angeordnet, dessen Moderations- oder Absorptions-Eigenschaften für Neutronen gemessen werden. Die Schnellen Neutronen von der Quelle werden beim Durchtritt durch das Objekt moderiert oder absorbiert, so daß thermische Neutronen entstehen, und der Detektor erfaßt aus dem Objekt austretende thermische Neutronen. Ein Neutronen-Absorptionsstandard wird benutzt, um die Differenz der durch den Detektor gezählten Neutronen zwischen Objekt und Standard abzuleiten. Diese Differenz ist bezeichnend für die Moderations- oder Absorptions-Eigenschaften des Objektes.
In der US-PS 3 350 564 wird ein Meßverfahren für den Leerraumanteil von siedendem Wasser unter Benutzung von Neutronenschwächung beschrieben. Dabei werden geringe Anteile von Bor benutzt, die in dem Wasser zur Neutronenabsorption aufgelöst werden, und ein Strahl von Neutronen mit geringer Energie wird durch das kochende Wasser geschickt. Der Schwächungsbetrag wird auf den Leerraumanteil des Wassers bezogen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Eigenschaften von Hochdruck-Naßdampf in einem kleinen Rohr durch den Einsatz von Durchleitung thermischer/epithermischer Neutronen zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Dichte von Hochdruck-Naßdampf in einem kleinen Rohr durch Verwendung von Durchleitung thermischer/epithermischer Neutronen zu schaffen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Dampfqualität von Hochdruck-Naßdampf in einem kleinen Rohr durch Verwendung von Durchleitung von thermischen/epithermischen Neutronen zu schaffen.
Es wird darauf hingewiesen, daß in der gesamten Beschreibung und in der Zeichnung der Ausdruck "thermisches/epithermisches Neutron" ein Neutron bedeutet, dessen Energie im thermischen oder epithermischen Bereich liegt. Es ist dabei zu verstehen, daß ein Detektor für thermische Neutronen sowohl für epithermische als auch für thermische Neutronen empfindlich ist.
Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß die vorliegende Erfindung einen teilweise kollimierten Strahl aus thermischen/ epithermischen Neutronen benutzt, der durch ein Metallrohr mit kleiner Bohrung gesendet wird, die Hochdruck-Naßdampf enthält. Ein Detektor für thermische Neutronen erfaßt die hindurchgesandten thermischen/epithermischen Neutronen und erzeugt ein der Zählrate für thermische/epithermische Neutronen proportionales Signal, das für Eigenschaften des Naßdampfes wie Dichte und Dampfqualität bezeichnend ist.
Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft von Hochdruck-Naßdampf in einem Metallrohr mit kleiner Querschnittsfläche bestimmt, wobei . die genannte Eigenschaft auf die Durchlaßcharakteristiken von thermischen/epithermischen Neutronen durch den Hochdruck-Naßdampf bezogen ist. Bei dem Verfahren sind
-Ak-
die Schritte der Erzeugung von Neutronen mit Energien über dem thermischen und epithermischen Bereich durch eine Neutronenquelle und des Moderierens der Neutronen von der Neutronenquelle zu thermischen/epithermischen Neutronen enthalten. Weiter enthält das Verfahren Schritte des teilweisen Kollimierens der thermischen/ epithermischen Neutronen zu einem Strahl, des Durchlassens des teilweise kollimierten Strahles von thermischen/epithermischen Neutronen durch ein Rohr und des Empfangens derselben durch einen Detektor für thermische Neutronen, wobei die durch das Rohr hindurchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen zur Erzeugung eines dazu proportionalen Ausgangssignales dienen, das sich auf die Eigenschaft des Hochdruck-Naßdampfes bezieht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Bestimmen einer Eigenschaft von Hochdrucknaßdampf in einem Metallrohr mit kleinem Querschnittsbereich, bei dem die Eigenschaft auf die Durchlaßcharakteristiken von thermischen/epithermischen Neutronen durch den Hochdruck-Naßdampf bezogen sind. Die Vorrichtung enthält einen Neutronenstrahl-Extraktor, der in der Nähe der Außenfläche eines Rohres angeordnet ist, um einen teilweise kollimierten Strahl aus thermischen/epithermischen Neutronen durch das Rohr hindurchzusenden, und einen Detektor für thermische Neutronen, der in der Nähe der zum Neutronenstrahl-Extraktor entgegengesetzt liegenden Außenfläche des Rohres angeordnet ist, um die durch das Rohr hindurchgegangenen thermischen/epithermischen Neutronen zu empfangen und ein zu diesen proportionales Ausgangssignal zu erzeugen. Die Vorrichtung enthält weiter ein elektronisches Zählmittel zum Erzeugen einer Anzeige der Zählrate der durchgelassenen thermischen/ epithermischen Neutronen aus dem Ausgangssignal des
Detektors für thermische Neutronen, und diese Anzeige ist wiederum gleichzeitig eine Anzeige der Eigenschaft des Hochdruck-Naßdampfes.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmte Eigenschaft kann die Dichte oder die Dampfqualität des Hochdruck-Naßdampfes sein.
Der erfindungsgemäße Neutronenstrahl-Extraktor erzeugt einen teilweise kollimierten Strahl aus thermischen/epithermischen Neutronen. Der Extraktor enthält eine radioaktive Neutronenquelle zur Aussendung von Neutronen mit Energien, die über dem thermischen und epithermischen Bereich liegen, und einen Quellenhalter aus einem Neutronen moderierenden Material mit einer darin ausgebildeten Kammer, in die die radioaktive Neutronenquelle eingesetzt ist. Der Quellenhalter ist weiter mit einer geraden und relativ langen Extrahier-Bohrung mit kleinem Querschnitt in dem Neutronen moderierenden Material versehen, welche die thermischen/epithermischen Neutronen kollimiert, und diese Bohrung erstreckt sich von der Außenfläche des Quellenhalters in die Nähe der Kammer. Die Kammer und die Extrahierbohrung haben einen vorbestimmten Abstand voneinander, so daß die durch die Quelle emittierten Neutronen so moderiert werden, daß sie zu thermischen/epithermischen Neutronen werden, wenn sie in die Extrahierbohrung austreten, welche wiederum die thermischen/epithermischen Neutronen zu einem teilweise kollimierten Strahl teilweise kollimiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen Anordnung der erfindungsgemäßen Art,
Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Neutronenstrahl-Extraktors,
Fig. 3 eine Schnittansicht des Neutronenstrahl-Extraktors im zusammengebauten Zustand,
Fig. 4 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Befestigung des Neutronendetektors,
Fig. 5 eine weitere Ausführung eines Neutronenstrahl-Extraktors , und
Fig. 6 eine tragbare Einheit aus Neutronenstrahlextraktor und Befestigung für einen Detektor für thermische Neutronen, die mechanisch miteinander verbunden sind.
Die Zählraten der durch das Rohr hindurchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen nimmt ziemlich linear mit der Dichte des Naßdampfes ab. Nach Eichung mit Naßdampf von bekannter Dampfdichte kann die Vorrichtung zum Messen der Naßdampfdichte benutzt werden.
Die Dichte ρ eines Dampf/Wasser-Gemisches steht mit dem Leerraumanteil α (dem durch die Dampfphase eingenommenen Volumenanteil) in folgender Beziehung:
ρ = ρ α + p-(l - α)
wobei p die Dichte des Dampf/Wasser-Gemisches, ρ die Dichte der Dampphase und pf die Dichte der Wasserphase ist.
Da ρ und pf Zustandsfunktionen des Druckes bei Sättigung sind, ist eine Messung von ρ äquivalent zu einer Messung des Leerraumanteils cc
Nun ist die Dampfqualität χ als das Verhältnis der Massenfrußrate der Dampfphase im Dampf/Wasser-Gemisch zur Gesamt-Massenflußrate der Dampf- und Wasserphase definiert und steht mit α in folgender Beziehung:
(2)
wobei U und Uf jeweils die durchschnittlichen Geschwindigkeiten der Dampf- bzw. der Wasserphase sind. Damit hängt die Zählrate der durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen gleichfalls von der Dampfqualität χ ab. Es ist deshalb möglich, die Dampfqualität χ zu berechnen, indem zuerst die Zählrate der durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen gemessen wird, die proportional zu p ist, und dann mit Benutzung der angegebenen Gleichungen die Dampfqualität χ unter Annahme eines entsprechenden Wertes von U /U^ berechnet wird.
Es kann jedoch auch das Instrument mit Naßdampf bekannter Qualität bei einem bestimmten Druck und bestimmter Fließrate geeicht werden in einem Rohr, das Teil einer Strömungsschleife ist, wobei die Geometrie dieses Rohres identisch zu der der beabsichtigten Anwendung gehalten wird. Nach der Eichung kann das Instrument zum Messen von Dampfqualitäten unter Benutzung der Eichkurven verwendet werden.
In Fig. 1 fließt Naßdampf unter relativ hohem Druck in einem Metallrohr 1. Das Rohr besteht allgemein aus Stahl und besitzt eine relativ enge Bohrung von z.B. etwa 75 mm Durchmesser oder weniger, falls es sich um ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt handelt. Ein Neutronenstrahlextraktor 2 ist an einer Seite des Rohres angeordnet und besitzt einen Kollimator (auch Extrahierbohrung genannt) und eine Neutronenquelle 3 eines radioaktiven Isotops. Ein Detektor 5 für thermische Neutronen ist an der zum Neutronenstrahlextraktor entgegengesetzt liegenden Seite des Rohres angeordnet. Der Detektor ist in erster Linie nur für thermische und epithermische Neutronen empfindlich und erfaßt die aus dem Rohr nach Abschwächung durch den Naßdampfstrom im Rohr austretenden thermischen/epithermischen Neutronen. Das Ausgangssignal des Detektors wird zu einem elektronischen Zählmittel 6 geführt und dort so bearbeitet, daß ein zur Zählrate der durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen proportionales Signal erzeugt wird, das für die Dichte oder Qualität des Hochdruck-Naßdampfes bezeichnend ist. Das elektronische Zählmittel ist beispielsweise mit einem ladungsempfindlichen Vorverstärker, einem spektroskopischen Verstärker und einem Einkanalanalysator ausgerüstet, um das Detektor-Ausgangssignal in Impulse zu verstärken und zu formen, die dann während einer festen Zeitdauer gezählt und angezeigt werden. Die Anzahl der während dieser festgelegten Zeitdauer gezählten durchgelassenen Neutronen hängt von der Dichte des Naßdampfes im Rohr ab. Das für die Dichte des Naßdampfes innerhalb des Rohres bezeichnende Signal kann durch entsprechende elektronische Hilfsmittel noch weiter so verarbeitet werden, daß unter Benutzung der genannten Gleichungen (1) und (2) eine Anzeige für die Dampfqualität erhalten wird. Jedoch kann auch das für die Dichte des Naßdampfes innerhalb des Rohres bezeichnende Signal mit Naßdampfströmungen in einem Rohr bekannter
Dampfqualität geeicht werden, wobei das verwendete Rohr ein Teil einer Strömungsschleife ist, deren Geometrie mit der der beabsichtigten Anwendung identisch ist.
Der Neutronenstrahlextraktor ist im einzelnen in Fig. 2 und 3 dargestellt. In den Figuren ist ein Quellenhalter dargestellt, der aus einem allgemein zylindrischen Körper mit etwa 30 cm Außendurchmesser aus beispielsweise Polyäthylen besteht, welches leichte Elemente wie Wasserstoff und Kohlenstoff enthält. Andere Formen, beispielsweise eine Kugelform, können gleichfalls eingesetzt werden. Dem Fachmann ist es ohne weiteres möglich, die jeweils richtige Form für die Anwendung auszusuchen. Der Quellenhalter 11 besitzt zwei zylindrische Sackbohrungen, wobei die erste Bohrung 12 einen Durchmesser von ca. 5 cm besitzt und sich geradlinig vom ersten Ende 13 des Quellenhalters koaxial zu diesem erstreckt, während die zweite Bohrung 14 sich von dem zweiten Ende 15 des Quellenhalters wegerstreckt. Eine Neutronenquelle 16, z.B. Cf-252 wird in die zweite Bohrung 14 in einer Lage eingesetzt, die sich etwa 13 mm von der Wand und etwa 13 mm von dem Boden der ersten Bohrung befindet. Die Neutronenquelle 16 ist an einem Ende eines Stabes angebracht und in die zweite Bohrung eingesetzt. Die Lage der Quelle ist in Längsrichtung der zweiten Bohrung einstellbar. Der Stab schließt dabei, wenn eingesetzt, die zweite Bohrung ab. Eine Aluminiumschicht 17 mit einer Stärke von ca. 2 mm bedeckt das zweite Ende und die zylindrische Oberfläche des Quellenhalters. Eine Aluminiumscheibe 18 bedeckt das erste Ende, und besitzt eine mit der Mündung der ersten Bohrung zusammenfallende öffnung. Eine weitere Scheibe 19 aus einem geeigneten thermischen Isolator mit einer öffnung ist über die Aluminiumscheibe 18 gesetzt.
Die von der Quelle 16 abgegebenen Neutronen, die Energien über dem thermischen und epithermischen Bereich besitzen, werden durch den Quellenhalter 11 moderiert, der aus Polyäthylen besteht, welches leichte Elemente enthält, und eine Vielzahl von thermischen/epithermischen Neutronen, die sich durch die Moderierung ergeben, treten aus der ersten Bohrung aus und sind teilweise kollimiert. Diese extrahierten thermischen/epithermischen Neutronen werden durch den in dem Rohr fließenden Naßdampf hindurchgeschickt.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Halters für den Detektor für thermische Neutronen. Der Halter besitzt ein Grundteil 21 aus Aluminium, an dem eine halbzylindrische Rohranlage vorgesehen ist. Die Rohranlage ist dadurch hergestellt, daß eine entsprechende thermische Isolierung 22 mit einer Aluminiumauskleidung 23 und einer äußeren Kadmiumdecke 24 versehen ist. Die Rohrhalterung besitzt eine Bohrung 25 etwa in der Mitte und ein He-Detektor 26 ist dort angesetzt, um die durch das Rohr und den darin enthaltenen Naßdampf hindurchgelassenen thermischen Neutronen aufzunehmen.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung eines Neutronenstrahlextraktors. Bei dieser Ausführung ist die Neutronenquelle 31 in der Nähe des Bodens der Extrahierbohrung in der Nähe ihrer Achse angeordnet. Diese Anordnung kann Detektorrauschen erhöhen, das durch y -Strahlen und Schnelle Neutronen verursacht wird, welche manche Quellen in unterschiedlicher Weise ebenfalls emittieren. Da die Extrahierbohrung 32 geradlinig in Fortpflanzungsrichtung der γ -Strahlen und Schnellen Neutronen liegt, zählt der Detektor mehr γ -Strahlen und Schnelle Neutronen, als es in der Ausführung nach Fig. 2 der Fall ist, bei der die
Quelle gegen die Extrahierbohrung versetzt liegt. Unterschiedliche Neutronenquellen können gewählt werden, um diesen Anstieg auszugleichen. Es kann hierbei wiederum dem Fachmann überlassen werden, die geeignete Neutronenquelle zu wählen. Der Quellenhalter 34 kann aus einem anderen Neutronen moderierenden Material als Polyäthylen bestehen, jedoch muß die Neutronenquelle 31 mit einem vorbestimmten Abstand vom Boden der Extrahierbohrung 32 so angebracht werden, daß von der Quelle emittierte Neutronen, wenn sie aus der Extrahierbohrung austreten, in richtiger Weise moderiert sind. Die Neutronenquelle 31 ist auch durch eine gekrümmte Bohrung 33 zugänglich, statt einer geradlinigen Bohrung, wie es in Fig. 2 der Fall ist, so daß die Bohrung 33 nicht verschlossen werden muß. Auch hier ist die Quelle längs der gekrümmten Bohrung durch einen flexiblen Draht in ihrer Lage einstellbar, an dessen einen Ende die Quelle angebracht ist.
Fig. 6 zeigt eine tragbare Einheit aus dem Neutronenstrahl-Extraktor 41 und dem Halter 42 für einen Detektor für thermische Neutronen, die durch mechanische Verbindungen aneinander befestigt sind. Die tragbare Einheit kann, wie in Fig. 6 gezeigt, aufgeklappt werden, um sie zur Verwendung an einem Rohr anzuklemmen.
Es hat sich als schwieriges Problem erwiesen, die Dampfqualität des Hochdruck-Naßdampfes dadurch zu bestimmen, daß die Dichte gemessen wird, da die Dichte-Änderung in einem großen Dampfqualitäts-Bereich sehr gering ist. Beispielsweise ändert sich die Dichte bei einem typischen Hochdruck von 10 MPa von 87,7 bis 55,5 kg/m , wenn sich die Qualität von 0,6 bis 1,0 ändert. Das stellt eine sehr geringe Dichteänderung von 0,8 kg/m bei einer Dampfqualitätsänderung von 0,01 dar.
Neutronen, und insbesondere thermische Neutronen, sind sehr empfindlich für die Anwesenheit von wasserstoffhaltigem Material. Das kann man aus der Tatsache ersehen, daß die mittlere freie Weglänge von thermischen Neutronen in Wasser (H2O) von 1 000 kg/m Dichte ungefähr 3 mm beträgt. So kann erwartet werden, daß das auf Durchlässigkeit von thermischen/epithermischen Neutronen beruhende Verfahren der vorliegenden Erfindung für kleine Dichteänderungen von Naßdampf bei hohem Druck in einem großen Dampfqualitätsbereich sehr empfindlich ist. Tatsächlich ergibt sich sowohl aus theoretischen Untersuchungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und aus den Ergebnissen der im Labor durchgeführten Untersuchungen mit der Vorrichtung, daß die Empfindlichkeit der gezeigten Vorrichtung hoch genug ist, um eine Dichteänderung von 2 kg/m, entsprechend einer Dampfqualitätsänderung von 0,025 für Naßdampf aufzulösen.
Die bei dem verwendeten Durchlässigkeitsverfahren erforderlichen thermischen und epithermischen Neutronen werden normalerweise durch einen Forschungs-Kernreaktor erzeugt. Dadurch wird das Verfahren unpraktisch. Jedoch können durch die vorliegende Erfindung thermische und epithermische Neutronen durch Moderierung von Neutronen erzeugt werden, welche aus einer tragbaren Neutronenquelle erzeugt werden (alle handelsüblichen Neutronenquellen emittieren Neutronen mit Energien, die über dem thermischen und epithermischen Bereich liegen). Der Moderator (Strahlextraktor) ist relativ leicht. Sein Gewicht beträgt nur etwa 30 kg. Die gesamte Einheit ist kompakt, robust und leicht tragbar. Sie kann einfach auf die Meßstelle aufgesetzt werden und stört den Routineablauf bei industriellen Vorgängen nicht.
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Claims (26)

  1. Patentansprüche
    Γ 1. Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft von Hochdruck-Naßdampf in einem Metallrohr mit kleiner Querschnittsfläche, wobei die Eigenschaft auf die Durchlaßcharakteristik von thermischen/epithermischen Neutronen durch den Hochdruck-Naßdampf bezogen ist, dadurch gekennzeichnet ,
    - daß Neutronen mit Energien über dem thermischen und epithermischen Bereich aus einer Neutronenquelle erzeugt werden,
    - daß die Neutronen von der Neutronenquelle zu thermischen/ epithermischen Neutronen moderiert werden,
    - daß die thermischen/epithermischen Neutronen teilweise kollimiert werden,
    MANlTZ · FINSTERWALD ■ HEYN · MORGAN · 8000 MÜNCHEN 22 · ROBERT-KOCH-STRASSE 1 ■ TEL. (089) 224211 · TELEX 5 29672 PATMF · FAX (0 89) 2975 75 HANNS^JORG ROTERMUND · 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) · SEELBERGSTR. 23/25 ■ TEL. (0711) 567261
    BAYER. VOLKSBANKEN AG · MÜNCHEN · BLZ 700 900 00 · KONTO 7270 · POSTSCHECK: MÜNCHEN 770 62-805 BAYER. VEREINSBANK · MÜNCHEN ■ BLZ 70020270 · KONTO 578351 ■ BAYER. HYPO- U. WECHSELBANK · MÜNCHEN · BLZ 700 20001 · KONTO 6880119980
    - daß der teilweise kollimierte Strahl aus thermischen/ epithermischen Neutronen durch das Rohr hindurch gesandt wird, und
    - daß die durch das Rohr hindurchgelassenen thermischen/ epithermischen Neutronen durch einen Detektor für thermische Neutronen aufgenommen werden und ein ihrer Anzahl proportionales Ausgangssignal erzeugt wird, das auf die Eigenschaft des Hochdruck-Naßdampfes bezogen ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Eigenschaft die Dichte des Hochdruck-Naßdampfes ist, dadurch gekennzeichnet , daß das den durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen proportionale Ausgangssignal zur Erzeugung einer Anzeige für die Dichte des Hochdruck-Naßdampfes bearbeitet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Eigenschaft die Dampfqualität χ des Hochdruck-Naßdampfes ist, dadurch gekennzeichnet, daß das den durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen proportionale Ausgangssignal zur Erzeugung einer Anzeige der Dampfqualität des Hochdruck-Naßdampfes bearbeitet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Bearbeitung des Ausgangssignales:
    - die Dichte ρ des Hochdruck-Naßdampfes aus dem den durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen proportionalen Ausgangssignal erhalten wird, und
    - aus der Dichte ρ die Dampfqualität χ des Hochdruck-Naßdampfes gemäß den folgenden Gleichungen berechnet wird:
    . 3. J
    + P£(3. - α)
    (2)
    wobei ρ und U die Dichte bzw. Durchschnittsgeschwindigkeit der Dampfphase des Dampf/Wasser-Gemisches,
    Pf und U^ die Dichte bzw. Durchschnittsgeschwindigkeit der Wasserphase des Dampf/Wasser-Gemisches und
    Ct der Leerraumanteil sind.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung:
    - das den durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen proportionale Ausgangssignal anhand bekannter Dampfqualitäten bei unterschiedlichen Brücken und Fließraten geeicht wird und
    - die Eichkurven zur Ermittlung der Dampfqualität benutzt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Kollimierung der thermischen Neutronen zu einem Strahl mittels einer zylindrischen Extrahierbohrung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Bestrahlung des Detektors für thermische Neutronen durch "γ -Strahlen und Schnelle Neutronen durch die Neutronenquelle gering gehalten wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Geringhalten der Bestrahlung die Neutronenquelle von der Seitenwand der Extrahierbohrung entfernt angeordnet wird, um Sichtlinienwege der Y-Strahlen und Schnellen Neutronen zu dem thermischen Detektor durch die Extrahierbohrung zu vermeiden.
    ■ ι
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kollimierung der thermischen Neutronen zu einem Strahl mittels einer zylindrischen Extrahierbohrung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung des Detektors für thermische Neutronen durch γ-Strahlen und Schnelle Neutronen durch die Neutronenquelle gering gehalten wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Geringhalten der Bestrahlung die Neutronenquelle von der Seitenwand der Extrahierbohrung entfernt angeordnet wird, um Sichtlinienwege der γ-Strahlen und Schnellen Neutronen zu dem thermischen Detektor durch die Extrahierbohrung zu vermeiden.
  10. 10. Vorrichtung zum Bestimmen einer Eigenschaft von Hochdruck-Naßdampf in einem Metallrohr mit kleiner Querschnittsfläche, wobei die Eigenschaft auf die Durchlaßcharakteristik für thermische/epithermische Neutronen durch den Hochdruck-Naßdampf bezogen ist, dadurch gekennzeichnet ,
    - daß ein Neutronenstrahlextraktor (2; 11 ... 19; 31 ... 34) in die Nähe der Außenfläche des Rohres (1) gesetzt ist, um einen kollimierten Strahl von thermischen/epithermischen Neutronen durch das Rohr (1) auszusenden,
    - daß ein Detektor (6; 26) für thermische Neutronen in der Nähe der zum Neutronenstrahlextraktor (2; 11 ... 19; 31 ... 34) gegenüberliegenden Außenfläche des Rohres (1) angeordnet ist, um die durch das Rohr durchgelassenen thermischen/epithermischen Neutronen aufzunehmen und ein dazu proportionales Ausgangssignal zu erzeugen, und
    - daß elektronische Zählmittel (6) vorgesehen sind, um aus dem Ausgangssignal des Detektors (5) für thermische Neutronen eine Anzeige für die Eigenschaft des Hochdruck-Naßdampfes zu erzeugen.
    _ ty -
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zu messende Eigenschaft die Dichte des Hochdruck-Naßdampfes ist, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronischen Zählmittel (6) Mittel zum Bearbeiten des Ausgangssignals des Detektors (5) für thermische Neutronen zur Erzeugung einer Anzeige der Dichte des Hochdruck-Naßdampfes enthalten.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zu messende Eigenschaft die Dampfqualität χ des Hochdruck-Naßdampfes ist, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronischen Zählmittel (6) Mittel zum Bearbeiten des Ausgangssignals des Detektors (5) für thermische Neutronen zur Erzeugung einer Anzeige der Dampfqualität des Hochdruck-Naßdampfes enthalten.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Zählmittel (6) Mittel zur Ausbildung eines die Dichte P des Hochdruck-Naßdampfes repräsentierenden Signales aus dem Ausgangssignal des Detektors (5) für thermische Neutronen enthalten und Mittel zur Berechnung einer Anzeige der Dampfqualität χ des Hochdruck-Naßdampfes aus dem Signal entsprechend den folgenden Gleichungen:
    P = pga + Pf (]. - α) (l)
    (2)
    wobei ρ und U die Dichte bzw. Durchschnittsgeschwindigkeit der Dampfphase des Dampf/Wasser-Gemisches,
    pf und Uf die Dichte bzw. Durchschnittsgeschwindigkeit der Wasserphase des Dampf/Wasser-Gemisches und
    α der Leerraumanteil sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Bearbeitungsmittel Mittel zum Eichen eines die Dichte ρ des Hochdruck-Naßdampfes repräsentierenden Signals anhand bekannter Dampfqualitäten bei verschiedenen Drücken und Fließraten und Mittel zum Ableiten der Dampfqualität aus den Eichkurven enthalten.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Neutronenstrahlextraktor eine radioaktive Neutronenquelle (16; 31) enthält, die Neutronen mit Energien über dem thermischen und epithermischen Bereich emittiert, und
    - daß Quellenhaltermittel (2; 11 ... 19; 31 ... 34) aus einem Neutronen moderierenden Material mit einer darin ausgebildeten Kammer (4; 14; 33) vorgesehen sind, in welche die radioaktive Neutronenquelle (16;31) eingesetzt ist, und einer geraden Kollimierungs-Extrahierungs-Bohrung (4; 12; 32) mit einem kleinen Querschnitt in dem Neutronen moderierenden Material, die sich von der Außenfläche (13) des Quellenhalters bis in die Nähe der Kammer (14; 33) erstreckt, wobei die Kammer und die Extrahierbohrung einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen, so daß die durch die Quelle emittierten schnellen Elektronen zur Bildung von thermischen/epithermischen Neutronen moderiert werden, wenn sie in die Extrahierbohrung austreten, welche dann die thermischen/epithermischen Neutronen zu einem Strahl kollimiert.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenstrahlextraktor (41) und ein Halter (42) für den Detektor zu thermischen Neutronen mechanisch zur Bildung einer tragbaren Einheit miteinander verbunden sind.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen ersten vorbestimmten Abstand von der Wand der Extrahierbohrung und einen zweiten vorbestimmten Abstand von dem Boden derselben besitzt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer in dem Quellenhalter durch eine Quellenbohrung zugänglich ist, durch welche die Quelle in die Kammer eingesetzt oder von dieser entfernt werden kann.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet ,daß die Quellenbohrung (14) geradlinig ist und ein Stopfen zum Verschließen derselben vorgesehen ist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Quellenbohrung (33) gekrümmt ist.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Neutronenstrahlextraktor enthält:
    - eine radioaktive Neutronenquelle (3; 16; 31) zum Emittieren von Neutronen mit Energien über dem thermischen und epithermischen Bereich,
    - einen Quellenhalter (2; 11 ... 19; 31 ... 34) aus einem Neutronen moderierenden Material mit einer darin ausgebildeten Kammer (14; 33), in der die
    • s·
    radioaktive Quelle für Schnelle Neutronen (16; 31) eingesetzt ist, und
    - eine gerade Kollimierungs-Extrahierungs-Bohrung mit kleinem Querschnitt in dem Neutronen moderierenden Material, die sich von der Außenfläche (13) des Quellenhalters bis in die Nähe der Kammer erstreckt, wobei die Kammer und die Extrahierbohrung einen vorbestimmten Abstand besitzen, so daß durch die Quelle emittierte Schnellen Neutronen zu thermischen/ epithermischen Neutronen moderiert werden, während sie in die Extrahierbohrung austreten, welche dann die thermischen/epithermischen Neutronen zu einem Strahl kollimiert.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Neutronenstrahlextraktor und der Detektor für thermische Neutronen zur Bildung einer tragbaren Einheit mechanisch aneinander befestigt sind.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen ersten vorbestimmten Abstand von der Wand der Extrahierbohrung und einen zweiten vorbestimmten Abstand von dem Boden derselben besitzt.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer in dem Quellenhalter durch eine Quellenbohrung zugänglich ist, durch welche die Quelle in die Kammer eingesetzt oder aus dieser entfernt werden kann.
  25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß die Quellenbohrung geradlinig ist und ein Stopfen zum Verschließen derselben vorgesehen ist.
  26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Quellenbohrung gekrümmt ist.
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