DE3590074T1

DE3590074T1 - Großbereich-Flußüberwachungsanlage

Info

Publication number: DE3590074T1
Application number: DE19853590074
Authority: DE
Inventors: Frederick L. Shaker Heights Ohio Glesius; John C. Chagrin Falls Ohio Kroon; Arne L. Monticello Minn. Myrabo; Donald A. Lakewood Ohio Schneider
Original assignee: Reuter-Stokes, Inc., Cleveland, Ohio
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-14
Publication date: 1986-05-15
Also published as: WO1985003799A1; DE3590074C2; JPH0627859B2; SE8504783L; SE8504783D0; SE469861B; JPS61501590A; US4623508A

Description

Großbereich-Flußüberwachungsanlage

Technischer Hintergrund
^a

Die Erfindung betrifft Kernreaktor-Regeleinrichtungen, insbesondere Regelsysteme für Siedewasserreaktoren.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf eine Großbereich-Flußüberwachungsanlage, die zur Überwachung des Neutronenflusses iⁿ einem breiten Reaktorleistungsbereich, einen Anlaufmonitor mit erweitertem Bereich und einen

Leistungsbereich-Monitor aufweist. Der Fachmann versteht 20

jedoch, daß die Erfindung auch in einfacher Weise anwendbar ist in anderen Gebieten, so z.B. in Fällen, in denen ähnliche Überwachungsanlagen zur Strahlungsüberwachung verwendet werden. . .

Herkömmliche Neutronen-Überwachungsgeräte und -Erkennungssysteme besaßen eine Vielfalt unterschiedlicher Neutronendetektoren, um den gesamten Bereich von Neutronenfluß-Pegeln in leichtwasser-gekühlten Kernkraftanlagen abzudecken. Für hohe

Neutronenfluß-Pegel wurden Spaltkammern mit im Gleichstrombe-30

trieb arbeitenden Ionisationsdetektoren verwendet, während für niedrige Neutronenfluß-Pegel ein Proportional-Zähldetektor eingesetzt wurde, der im Impulsbetrieb arbeitete.

Als Reaktion auf den Unfall bei Three Mile Island wurden von der Nuclear Regulatory Commission neue Richtlinien für die

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Meßgeräteausrüstung für leichtwasser-gekühlte Kernkraftanlagen in der Richtlinie 1.97(Rev.2) verkündet. Hauptziel dieser Richtlinien ist es, die Qualität und die Zuverlässig-

c keit der für das Personal im Steuerraum verfügbaren Anlagenstatus-Information sowohl während als auch nach einem Unfall zu gewährleisten. Somit sind in den Richtlinien gewisse Anlagen-Variablen und -Systeme als wesentlich für die Durchführung einer Sofortabschaltung und die Verifizierung

»des wirksamen Betriebs der Anlagensicherheitsysteme gekennzeichnet. Es sind Vorschriften für die Meßgerätekanäle, welche diese Schlüsselparameter überwachen, gegeben, um der Bedeutung der Sicherheit der gemessen Parameter und dem Bedarf, der erhöhten Belastung im Umfeld eines Unfalls standzuhalten, Ausdruck zu verleihen. Es ist unerläßlich, daß die 15

Meßgeräteausrüstung unter den schwersten von einem Unfall erzeugten Bedingungen in einer angemessen langen Zeitspanne nach dem Unfall arbeitet. Außerdem muß der Meßbereich breit genug sein, damit die Meßgeräte selbst unter anormalen Bedingungen stets im Meßbereich liegen. Die Richtlinien stellen die Messung des Neutronenflußes als einen Schlüsselparameter bei der Überwachung des Zustands der Radioaktivitätsregelung heraus. Sie wurde als Typ B, Kategorie 1 mit einem Meßbereich von 10 % bis 100% Volleistung spezifiziert. In dem

Klassifizierungsschema der Richtlinie handelt es sich bei 25

der Variable Typ B um eine Variable, die Information liefert, welche anzeigt, ob die Anlagen-Sicherheitsfunktionen gewährleistet sind. Kategorie 1 bedeutet die strengsten Auslegungs- und Qualifikationskriterien nach Maßgabe der Richtlinienregel 1.89 "Qualification of Class 1E Equipment for 30

Nuclear Power Plants" und Richtlinienregel 1.100 "Seismic Qualification of Electrical Equipment for Nuclear Power Plants".

Da die herkömmlichen Leichtwasserreaktoren bereits mit hoch-35

entwickelten und ausgeklügelten Neutronenüberwachungssystemen

1
ausgestattet sind, ist es natürlich, die Möglichkeit zu überprüfen, ob die Systeme möglicherweise derzeit oder mit einigen begrenzten Modifizierungen die Richtlinien erfüllen. _c Tatsächlich überschreiten die herkömmlichen Neutronenüberwachungssysterne sowohl in Druckwasserreaktoren (PWR) und in Siedewasserreaktoren (BWR) den benötigten Leistungsbereich. Allerdings entspricht der Qualifikationswert für solche typischen Systeme nicht den Erfordernissen der Kategorie 1,

Im Fall der Druckwasserreaktoren geht der Trend dahin, neue, qualifizierte, außerhalb des Kerns liegende Kanäle auf der Grundlage von hochempfindlichen Spaltkamraem zu installieren. Bei Siedewasserreaktoren liegt der Leck-Neutronenfluß

ziemlich weit unterhalb des biologischen Schilds, wo außer-15.

halb des Kerns angeordnete Detektoren angeordnet werden könnten. Es ist fraglich, ob außerhalb des Kerns angeordnete Detektoren die notwendige Empfinglichkeit aufweisen könnten, um den geringeren Flußbereich abzudecken. Die bevorzugte

Stelle für Nachunfall-Neutronenfluß-überwachungsdetektoren 20

für Siedewasserreaktoren ist das Innere des Kerns, wo die Normalfluß-überwachungs-Meßeinrichtungen vorhanden sind.

Die Flußüberwachungs-Meßgeräte für einen typischen Siede-

3 14

wasserreaktor decken einen Bereich von 10 nv bis 2x10

nv ab, wobei drei Subsysteme verwendet werden:

1) einen einziehbaren Quellenbereich-Monitor (SRM),

2) einen einziehbaren Zwischenbereich-Monitor (IRM),

3) einen ortsfesten Leistungsbereich-Monitor (PRM).

Die Detektoren jedes dieser Subsysteme sind Miniatur-Spalt-

235 kammern, die als empfindliches Material U enthalten. Die SRM- und die IRM-Detektoren werden im Vollastbetrieb aus dem Kern herausgezogen, um das Aufbrennen des empfindlichen

Materials möglichst klein zu halten und die Lebensdauer zu 35

verlängern. Der Zahnstangen/Ritzel-Antrieb zum Bewegen der

Detektoren befindet sich unterhalb des Reaktorbehälters. Die Aufgabe, ein komplexes bewegliches Detektorsystem nach Kategorie 1 zu schaffen, wurde als extrem schwierig angesehen. Außerdem könnten jegliche Modifikationen aufgrund der 5

Beziehung dieser Meßgeräteanordnung zu dem Reaktorschutzsystem umfangreiche Rück-Analysen existierender Sicherheitssysteme mitsichbringen. Diese Erwägungen gaben Anlaß, eine andere Methode für die Großbereich-Flußmessung zu finden.

Herkömmliche PRM-Detektoren verwendeten eine regenerative U ,U -Beschichtung als empflindliches Material, um bei Volleistungs-Fluß die Lebensdauer des Detektors zu verlängern. Allerdings verbietet die Menge einer solchen Beschichtung bei einem PRM-Detektor mit zufriedenstellender Be-15

triebsweise die Verwendung eines herkömmlichen PRM-Detektors als zuverlässiger SRM- oder IRM-Detektor. Der PRM-Detektor ist einfach nicht empfindlich genug zur Quellen- und Zwischenbereichs-Überwachung.

Die vorliegende Erfindung zielt ab auf eine neue und verbesserte Großbereich-Flußüberwachungsanlage mit einem ortsfesten, kerninternen Anlaufmonitor mit erweitertem Bereich für die Quellen- und Zwischenbereichs-Überwachung, und einem ortsfesten, kerninternen Leistungsbereichs-Monitor für die

Überwachung des Leistungsbereichs. Die Erfindung überwindet sämtliche der oben angesprochenen Probleme wie weitere Probleme und schafft eine neue Neutronen-Überwachungseinrichtung, die in der Lage ist, Zwischen- und Leistungsbereich des Betriebs eines Kernreaktors zu überwachen, während sie im

Vollastbetrieb innerhalb des Kerns verbleibt, die einen einfachen Aufbau hat, wirtschaftlich hergestellt werden kann, eine zuverlässige Neutronenüberwachung in einem breiten Bereich von Neutronenstrahlung ermöglicht,ohne ein kompliziertes Einführ- und Zurückzieh-System zu benötigen, und die kompatibel ist mit bereits existierenden, herkömmlichen Neutronenüber-

systemen in Siedewasserreaktoranlagen. Kurze Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Großbereich-Flußüberwachungsanlage zur überwachung des Neutronenflußes in einem Kernreaktorbehälter geschaffen, enthaltend einen Leistungsbereich-Monitor und einen Anlaufmonitor mit erweitertem Bereich, die an eine Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung angeschlossen sind, um Signale zu erzeugen, die repräsentativ sind für den Neutronenfluß in dem Reaktorbehälter. Der Anlaufmonitor für den erweiterten Bereich enthält eine Spaltungskammer mit einer Anode, einer Katode, einem zwischen der Anode und der Katode befindlichen, neutronenempfindlichen Material und einer Kabelanordnung für die Übermittlung elektrischen Potentials zwischen der Anode und der Kathode zu der Signalverarbeitungs-Sohaltungsanordnung. Um den Anlauf-Monitor für den erweiterten Bereich ist eine isolierende Hülle angeordnet, um die Spaltungskammer von dem Reaktorbehälter-Potentials zu isolieren. Die Hülle enthält ein Gehäuse mit einer Innenwand und einer Außenwand, und sie enthält eine Isolierschicht zwischen der Spaltungskammer und der Innenwand. Die Isolierschicht besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid. Das neutronenempfindliche Material enthält vorzugsweise eine Mischung von U - und U -Isotopen, um eine regenerative Beschichtung zu bilden. Das Isoliermaterial ist eng in die Ionenkammeranordnung eingepaßt, so daß der Wärmewiderstand zwischen der Ionenkammeranordnung und der Hülse minimiert ist, um einen guten Wärmestrom aus der Kammeranordnung heraus zu ermöglichen. Die Hülse ist elektrisch mit dem Reaktorbehälter verbunden, während die Spaltungskammer von dem Reaktorbehälter elektrisch getrennt ist. Die Spaltungskammer steht in elektrischer Verbindung mit . Instrumenten-Massepotential der Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung.

- X-

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfaßt der Anlaufmonitor für erweiterten Bereich Neutronenfluß mindestens in dem Bereich von 10 nv bis 10 nv (10 % bis 10% Volleistung), und der Leistungsbereich-Monitor erfaßt tfeutronenfluß innerhalb de
(1% bis 100% Volleistung).

12 14 Neutronenfluß innerhalb des Bereichs 10 nv bis 10 nv

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Überwachungsanlage für eine unangemessene Kernkühlung für einen ein Kühlmittel enthaltenden Reaktorbehälter vorgesehen. Die Anordnung enthält mehrere Spaltungsdetektoren, die mit axialem Abstand in dem Reaktorbehälterkern in Nachbarschaft des Kühlmittels angeordnet sind. Jeder der Detektoren enthält eine Einrichtung zum Erzeugen von Signalen, die repräsentativ sind für einen Neutronenfluß. Die Signalverarbeitungseinrichtung dient zum Verarbeiten der von den Detektoren kommenden Signalen, um ein Fehlen von Kühlmittel in der Nachbarschaft irgendeinen der Detektoren zu erkennen.

Ein durch die Anwendung der Erfindung erzielter Vorteil ist eine Großbereich-Flußüberwachungsanlage zum Überwachen von Neutronenfluß in einem breiten Bereich von Reaktorleistungswerten in Übereinstimmung mit der Richtlinienregel 1.97 (Rev 2) der NRC.

Ein weiterer durch die vorliegende Erfindung erzielter Vorteil ist eine Großbereich-Flußüberwachungsanlage, die kompatibel ist mit existierenden,herkömmlichen Neutronenfluß-Überwachungsanlagen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine Großbereich-Flußüberwachungsanlage, die einen Zwischen- und einen Quellenbereich-Monitor enthält, die während des Leistungsbetriebs ortsfest im Inneren des Kerns verbleiben.

Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung ist eine überwachungs

- r-

anlage, die einen Reaktorbehälter-Kern bezüglich unangemessener Kühlung überwacht.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der hier in Rede stehenden 5 neuen Großbereich-Flußüberwachungsanlage ergeben sich für den Fachmann durch Lesen und Verstehen der vorliegenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann mit bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen ausgeführt werden, wobei die bevorzugte Ausführungsform in dieser Beschreibung im einzelnen erläutert und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Querschnittansicht eines erfind" ungsgemäßen Reaktorbehälters, wobei die im Kern angeordnete Neutronenfluß-Überwachungsanlage dargestellt ist; Figur 2 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Fluß-Überwachungsanordnung,

Figur 3 eine teilweise geschnittene Querschnittansicht eines Anlaufmonitors mit erweitertem Bereich zum überwachen des Quellenbereichs- und Zwischenbereichs-Neutronenflußes gemäß der Erfindung;

Figur 4 ein Blockdiagramm der Signalverarbeitungseinrichtung 25

zum Verarbeiten von der Fluß-Überwachungsanlage kommenden Signale, und Figur 5 eine durch Experimente ermittelte graphische Darstellung eines Großbereich-Kanalausgangsignals einer er-

findungsgemäßen Großbereich-Flußüberwachungsanlage. 30

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Zeichnung dient zum Zwecke der Veranschaulichung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, ohne daß dadurch irgendeine Beschränkung gegeben ist.

Die Figuren zeigen eine Großbereich-Flußüberwachungsanlage zur Überwachung des Neutronenflußes eines Kernreaktors, der einen Kernreaktorbehälter 12 enthält. Wie speziell in Figur c 1 gezeigt ist, enthält die Großbereich-Flußüberwachungsanlage 10 mehrere Detektoren oder Überwacher 14,16, die in einem Gesamt-Überwachergehäuse 18 aufgenommen sind, und eine zugehörige Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung 20.

Wie speziell aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, enthält das Überwachergehäuse 18 mehrere überwacher 14,16 zum Überwachen des Neutronenflußes während des Reaktorbetriebs. Das Gehäuse ist derart in den Reaktorbehälter eingesetzt, daß sich die Überwacher 14,16 in dem Reaktorkern angrenzend an

den radioaktiven Brennstoff befinden. Es ist ein besonderes 15

Merkmal der Erfindung, daß das Gehäuse 18 und die überwacher 14, 16 ortsfest innerhalb des Kerns bleiben können, während der Reaktor im Leistungsbetrieb arbeitet. Es besteht nicht das Erfordernis , irgendeinen der Überwacher 14,16 während des Leistungsbetriebs des Reaktors herauszuziehen, so wie es

bei den herkömmlichen Quellenbereich- und Zwischenbereich-Monitoren notwendig ist. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl 304. Die Überwacher 14,16 sind innerhalb des Gehäuses 18 in herkömmlicher Weise axial Beabstandet, wie es in der US-PS 3 043 954 (Boyd) dargestellt ist.

Jeder der Überwacher 14,16 ist für die einzelne Verarbeitung der von ihnen erzeugten Signale elektrisch getrennt. Coaxialkabel 26,28, die zu jedem der überwacher gehören, stehen mit den Überwachern 14 und 16 in Verbindung und sind aus dem

Gehäuse 18 herausgeführt,um die Verbindung mit der Signal-30

verarbeitungs-Anlage aufrechtzuerhalten.

Das gesamte Überwachergehäuse 18 enthält vorzugsweise 4 Neutronen-überwacher oder -Detektoren.Zwei der überwacher 14

enthalten Anlaufmonitoren mit erweitertem Bereich zur Über-35

wachung des Neutronenflußes während der Inbetriebnahme des

Reaktors und im Zwischen-Leistungsbereich während des Betriebs. Die verbleibenden zwei Uberwacher 16 sind Leistungsreich-überwacher, die den Neutronenfluß während des Leistungs- r- betriebs des Reaktors überwachen. Vorzugsweise befinden sich die Anlauf-Monitoren 14 mit erweitertem Bereich (RSM) oberhalb der Kern-Mittelebene, während die Leistungsbereich-Überwacher 16 (PRM) unterhalb der Kernmittelebene angeordnet sind. Speziell in Figur 3 ist eine ERSM Anordnung dargestellt. Der Überwacher 14 enthält grundsätzlich eine Ionenoder Spaltungskammer, deren Betriebsweise im Stand der Technik bekannt ist. Grundsätzlich besteht die Kammer im wesentlichen aus einem Fahrelektroden, umfassend eine Anode 30 und eine Kathode 32, die von einer Gaskammer, die vorzugweise Argon enthält, getrennt sind. Die Kathode enthält eine 15

Oberflächenbeschichtung aus einem neutronenempflindlichen Manterial, welches beim Fühlen eines Neutronenflußes einen Stromimpuls zwischen Anode und Kathode verursacht. Das

235 neutronenempfindliche Material enthält vorzugsweise U oder, wenn eine regenerative Beschichtung vorteilhaft ist, 234 235

eine Mischung der Isotopen U und U . Zwischen der Anode und der Kathode wird ein Potiential aufrechterhalten, so daß dann, wenn die auf treffenden Neutronen Spaltreaktionen in der Beschichtung hervorrufen, die sich ergebenden Spaltprodukte

das Gas zwischen den Elektroden ionisieren und die Elektronen 25

von dem elektrischen Feld aus dem Spalt gelenkt werden. Die Elektronenbewegung hat einen Stromimpuls in der Signalver-

arbeitungsschaltung zur Folge, der anschließend erfaßt und gezählt wird. Aufbauarten einer solchen neutronenempfindlichen Ionenkammer sowie die entsprechenden neutronenempfindlichen Materialüberzüge sind im Stand der Technik bekannt.

Der überwacher 14 mit einer ERSM und die überwacher 16 mit einem PRM besitzen vorzugsweise jeweils eine neutronenfempfindliche Materialbeschichtung der gleichen chemischen Zusammen-Setzung. Die Zusammensetzung ist eine regenerative Be-

235 234

Schichtung aus etwa 20% U und 80% U . Da jedoch der ERSM

viel empfindlicher zum Fühlen von Neutronenfluß-Pegeln beim Anlaufen und im Zwischenleistungsbereich sein muß, enthält c er etwa siebenmal soviel Beschichtungsmaterial wie der PRM.

Eine Keramik/Metall-Dichtung 38 dichtet die Ionenkammer hermetisch ab. Ein mineralisoliertes Coaxialkabel 26, welches typischerweise einen Außesmantel aus Siliziumdioxid (SiO₂) »besitzt, liefert das Signal von dem Ionenkammer-Anschluß an die Signalverarbeitungseinrichtung. Ein Kanal 42 dient zum Auffüllen der Ionenkammer mit Argon. An die Anode 30 wird über eine elektrische Verbindung und Lötstelle 44 eine Vorspannung angelegt.

Ein erstes Überwachergehäuse 50 enthält die Ionenkammer und steht elektrisch mit der Kathode 32 in Verbindung. Das erste Überwachergehäuse 50 besitzt einen allgemein zylindrischen Aufbau und ist umgeben von einer Isolierschicht 52 und einem ähnlichen zylindrischen Hülsengehäuse 54. Das Gehäuse 54 besitzt eine der Isolierschicht 52 benachbarten Innenwand und eine Außenwand 55, die elektrisch über das Gesamt-Überwachergehäuse 18 mit Reaktorbehälter-Masse verbunden (Figur 2). Die Isolierschicht 52 besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al₀O.,) und isoliert das erste überwacherge-λ 5

häuse elektrisch gegenüber dem Hülsengehäuse 54. Das Hülsengehäuse 54 steht elektrisch mit Reaktor-Masse und Umgebungserde in Verbindung. Eine Endkappe 56 ist zur Abdichtung der Anordnung an das Hülsengehäuse 54 angeschweißt. Die Isolierschicht 52 und die Hülse 54 gewährleisten eine verbesserte 30

Empfindlichkeit der Ionenkammer dadurch, daß die Kammer gegen die Reaktorbehälter-Masse isoliert ist und dadurch während der überwachung bei der Inbetriebnahme und im Zwischenleistungsbereich eine verbesserte Empfindlichkeit schaffen.

Die Isolierschicht 52 ist typischerweise auf das überwachter-

gehäuse 50 flammgespritzt. Anschließend wird sie geerdet und poliert, so daß sie eng an der Innenwand 53 der Hülse anliegt. Obsqhon es notwendig ist, die Hülse 54 von dem Gehäuse 50 elektrisch zu trennen, ist es aber auch vorteilhaft, den Wärmewiderstand zwischen der Ionenkammer und der Hülse zu minimieren, um einen guten Wärmestrom aus der Anordnung heraus und schließlich aus dem Reaktor-Kühlmittel heraus zu erreichen, Dementsprechend sind Gehäuse 50 und Isolierschicht 52 eng in der Hülse 54 aufgenommen.

Um weiterhin die Hülse 54 und den Reaktorbehälterboden von der Signalverarbeitungsschaltung elektrisch zu isolieren, ist die Hülse zum Kabelende 57 hin unterbrochen. Insbesondere endet die Hülse 54 an einem Endabschnitt 58, der(z.B. durch Schweißen) gegenüber einem ersten Ring 59 abgedichtet ist. Der erste Ring 59 ist somit dem Reaktorbehälter-Massepotential ausgesetzt. Ein aus Aluminiumoxid (ΑΙ,,Ο.,) bestehender Isolierring 6 0 trennt den ersten Ring 59 elektrisch von einem zweiten Ring 62. Der zweite Ring 6 2 und die restlichen Außenwandabschnitte des Überwachers 14, die elektrisch mit dem Ring 52 in Verbindung stehen, sind der Reaktorbehältermasse nicht ausgesetzt. Vielmehr steht der zweite Ring 6 2 in elektrischer Verbindung mit Instrumentenmasse der Signalverarbeitungsschaltung. Mithin ist die Hülse 54 beim Isolierring 60 unterbrochen, so daß die Reaktörbehälter-Masse von Instrumenten-Masse getrennt ist.

Unter spezieller Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 sollen die Arbeitsweise und die Signalausgabe der Verarbeitungsschaltung erläutert werden. Das Ausgangssignal des ERSM-Detektors 14 gelangt an einen Filter 64, welches mit einer Hochspannungsquelle 66 in Verbindung steht. Die Spannungsquelle 66 spannt den Detektor 14 vor. Das Filter 64 entfernt jegliche Arten von Signalrauschen die aus der Hochspannungsquelle 66 hereinkommen. Das Filter 64 besteht im wesentlichen

aus mindestens einem Lastwiderstand für den Detektor 14 und einem Kondensator zur Entkopplung von Signalen von der Quelle 66. Dem Filter 64 ist ein Vorverstärker 68 nachgeschaltet, dessen Eingangsimpedant das Signalkabel wirksam von dem Detektor 14 abschließt. Ein Verstärker 70 stellt allgemein mehrere Verstärkungsstufen und Bandpaßfilterkomponenten dar, die bewirken, daß das Detektorsignal zum Lesen des Signals in einen besseren Zustand gelangt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 70 gelangt parallel zu zwei Signalverarbeituns-Schaltungseinrichtungen. Die erste Einrichtung enthält einen Diskriminator 72 und eine Zählwertmesser 74. Die zweite Einrichtung enthält einen Effektivspannungs-Prozessor 76. Beide Einrichtungen speisen eine Signal-Summierschaltung, die das jeweils für die Anzeige geeignete Ausgangssignal auswählt.

Anhand der Figur 5, die ein durch Experimente bestimmtes Bereichskanal-Ausgangssignal, welches in erfindungsgemäßer Weise erhalten wird, darstellt, kann man ersehen, daß der

—8 ERSM eine lineare Anzeige des Neutronenflußes von 10 % bis zu 10% der Volleistung des Reaktors liefert. Dies

4 13 repräsentiert einen Neutronenfluß von 10 nv bis 10 nv.

4 Die niedrigsten Pegel des Neutronenflußes, d.h. 10 nv bis

10 nv können durch Impulszählung mit dem Diskriminator 72 und dem Zählwertmesser 74 erfaßt werden. Bei diesen niedrigen Pegeln von Neutronenfluß kann die Signalverarbeitung sschaltung die durch auftreffende Neutronen in der Überwacher-Ionenkammer erzeugten Impulse zählen. Wie in der Graphik in Figur 5 angedeutet ist, wird ein Zähl-Ausgangssignal von der Signal-Summierschaltung 78 bis zu einem

9 -3

Punkt 80 bei etwa 10 nv oder 10 % Volleistung angezeigt.

Nach diesem Punkt wird das Zählsignal nicht-linear, da der Diskriminator 72 schließlich gesättigt wird, wenn der Reaktor höhere Leistungswerte erreicht. Das Ausgangssignal des Effektivspannungs-Prozessors 76 unterhalb des Punkts

82 der Kurve nach Figur 5 liefert ein Ausgangssignal, welches nicht-linear ist, so daß die Signal-Summierschaltung 78 das Ausgangsignal von dem Effektivspannungs-Prozessor 76 ignoriert und das Zähl-Ausgangssingal anzeigt. Oberhalb des Punkts

8 -4

jedoch d.h. bei etwa 10 nv oder 10 % Volleistung, wird das Ausgangssignal des Effektivspannungs-Prozessors 76 von der Signal-Summierschaltung 78 dargestellt. Der Effektivspannungs-Prozessor liefert ein Gleichstrom-Ausgangssignal, welches zu dem Effektivspannungsanteil des von dem Detektor 14 kommenden Signals "-proportional ist. Das Ausgangssignal des Prozessors 76 ist bis zu 10% der Reaktorleistung linear, wie bei 84 angedeutet, und wird dann nicht-linear.

Das Ausgangssignal des Leistungsbereichs-Monitors 16 wird von einer Hochspannungsquelle 86 erzeugt, die den Detektor 16 vorspannt, und das Ausgangssignal wird von einem Verstärker 88 verstärkt, bevor es auf die Signal-Summierschaltung 78 gelangt. Der Leistungsbereichs-Monitor 16 überwacht einen Neutronenfluß im Leistungsbereich des Reaktors, der etwa 1 bis 100 % der Leistung ausmacht, wie in Figur 5 dargestellt, ist.

Die Signal-Summierschaltung 78 ist ein herkömmliches Steuersystem, welches zulässige Signale von den Detektoren identifiziert und das geeignete Ausgangssignal an eine Anzeige 90 für eine Bedienungsperson liefert. Zusätzlich ist die Summierschaltung 78 in der Lage, ein Alarmsignal auszulösen, wenn irgendeine Sicherheitsbarriere in dem Reaktorbehälter gefährdet ist. Wenn z.B. die Änderungsgeschwindigkeit der Neutronenstrahlung zu schnell oder der Pegel der Neutronenstrahlung zu groß ist, sollte das Reaktor-Schutzsystem ausgelöst werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das, daß die Anlage als Monitor für eine unangemessene Kernkühlung verwendet

werden kann, wobei die ERSM-Uberwacher 14, die in dem Gesamt-Uberwachergehäuse 18 axial beanstandet angeordnet sind, Änderungen der Flußwerte erfassen können, die kennzeichnend sind für eine unangemessene Kühlung im Reaktorbehälter-Kern. Eine Singalverarbeitungseinrichhung erkennt das Fehlen von Kühlmittel in der Nachbarschaft des überwachers. Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben worden. Es ist offensichtlich, daß Modifikationen und Änderungen ersichtlich werden, wenn die Beschreibung gelesen und verstanden wird. Es ist unsere Absicht, sämtliche solche Modifizierungen und ähnliche Änderungen einzuschließen, soweit sie im Rahmen der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.

Im Anschluß an die so beschriebene Erfindung beanspruchen wir:

Claims

Reuter-Stokes, Inc. K 22 915/3kö PATENTANSPRÜCHE

1. Großbereich-Neutronenfluß-Uberwachungseinrichtung für die ständige, kerninterne Neutronenüberwachung in einem Kernreaktorbehälter, gekennzeichnet durch einen ortsfesten Leistungsbereich-Überwacher, einen ortsfesten Anlauf-überwacher für einen erweiterten Bereich, mit einer Spaltungskammer und einer Isolierhülse zum Isolieren der Spaltungskammer gegenüber dem Reaktorbehälter-Potential, und

eine Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Signalen, die repräsentativ sind für den Neutronenfluß in dem Reaktorbehälter.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse ein Gehäuse mit einer Innenwand und einer Außenwand aufweist und eine Isolierschicht zwischen der Spaltungskammer und der Innenwand besitzt.

3. überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht Aluminiumoxid enthält.

4. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse elektrisch mit , dem Reaktorbehälter verbunden und die Spaltungskammer elek- j trisch von dem Reaktorbehälter getrennt ist, und daß die j Spaltungskammer elektrisch mit einem Meßgeräte-Massepoten- | tial der Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung verbunden ; ist.

234 tronenempfindliches Material aus einem Gemisch U - und

5. überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltungskammer neutronenempfindliches Ma

U -Isotopen enthält.

6. Großbereich-Flußüberwachungseinrichtung für Siede-

—8 wasserreaktoren mit einem Überwachungsbereich von 10 % bis 100 % der Volleistung, gekennzeichnet durch:

mindestens einen Quellenbereich- und einen Zwischenbereich-Spaltdetektor zum Erfassen des Neutronenflusses

—8 mindestens innerhalb des Bereichs von 10 % bis 10 % der Volleistung sowie zur Erzeugung eines Quellenbereichsund eines Zwischenbereichs-Ausgangssignals, wobei der Detektor eine Ionenkammer und eine isolierende Hülse zum Isolieren der Ionenkammer von dem Reaktorbehälter-Potential aufweist,

mindestens einen Leistungsbereichs-Spaltdetektor zum Erfassen eines Neutronenflusses zumindest in dem Bereich von 1 % bis 100 % der Volleistung sowie zur Erzeugung eines diesbezüglichen Leistungsbereichs-Ausgangssignals, und

eine Einrichtung zur Verarbeitung der Ausgangssignale, wodurch ein Neutronenfluß über einen großen Bereich der Reaktorleistung überwachbar ist.

7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Quellenbereich- und Zwischenbereich-Spaltdetektor, einen Neutronenfluß zumin-

-4 13 dest in dem Bereich von 10 nv bis 10 nv überwacht, und daß der Leistungsbereich-Spaltdetektor einen Neutronenfluß

12 14
in dem Bereich von 10 nv bis 10 nv überwacht.

8. überwachungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltdetektoren eine Ionenkammer mit einem neutronenempfindlichen Material enthalten und daß die Quellenbereichs- und Zwischenbereichs- -Spaltdetektoren mindestens siebenmal mehr neutronenempfindliches Material enthalten als der Leistungsbereich- -Spaltdetektor.

9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei Quellenbereichs- und Zwischenbereichs-Spaltdetektoren enthält, die axial getrennt und oberhalb der Reaktorkern-Mittelebene angeordnet sind.

10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennz e ichne t, daß die Anordnung zwei Leistungsbereichs-Spaltdetektoren enthält, die axial getrennt und unterhalb der Kern-Mittelebene angeordnet sind.

11. Anlauf-Monitor für erweiterten Bereich, welcher in einem Kernreaktorbehälter angeordnet werden kann und einen Spaltdetektor enthält, der neutronenfluß-empfindlich ist und eine Ionenkammeranordnung aufweist, die eine Anode, eine Katode und neutronenempfindliches Material zwischen Anode und Katode, sowie eine Kabelanordnung zur Übertragung elektrischen Potentials zwischen Anode und Katode zu einer Signalverarbeitungseinrichtung enthält, wobei der Spaltdetektor außerdem eine isolierende Hülse zum Isolieren der Ionenkammeranordnung vom Reaktorbehälter-Potential aufweist.

1 2. überwachungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine dem Reaktorbehälter-Potential ausgesetzte Außenwand und eine der Ionenkammeranordnung benachbarte Innenwand aufweist, wobei auf der Innenwand ein Isolierstoff angeordnet ist,

um die Hülse gegenüber der Ionenkammeranordnung elektrisch zu trennen.

13. überwachungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff eine Schicht aus flammgespritztem, elektrisch isolierendem Überzugsmaterial enthält, das eng an die Ionenkammeranordnung angepaßt ist, wodurch der Wärmewiderstand zwischen der Ionenkammeranordnung und der Hülse minimiert ist, um eine gute Wärmeströmung aus der Kammeranordnung heraus, zu erreichen.

14. überwachungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der flammgespritzte,
elektrisch isolierende Überzug poliertes Aluminiumoxid enthält.

15. Überwachungsanordnung zum Überwachen von unangemessener Kernkühlung für einen ein Kühlmittel enthaltenden Reaktorbehälter, gekennzeichnet durch: mehrere Spaltdetektoren, die axial in dem Reaktorbehälterkern in Nachbarschaft zu dem Kühlmittel beabstandet angeordnet sind, wobei jeder der Detektoren eine Einrichtung zum Erzeugen von Signalen, die für einen Neutronenfluß repräsentativ sind, enthält, und
eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Signale um das Fehlen von Kühlmittel in der Nachbarschaft eines der Detektoren zu erkennen.