EP0211160B1 - Verfahren und Einrichtung zur nachprüfbaren Freisetzung von Gasen - Google Patents
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- EP0211160B1 EP0211160B1 EP86106621A EP86106621A EP0211160B1 EP 0211160 B1 EP0211160 B1 EP 0211160B1 EP 86106621 A EP86106621 A EP 86106621A EP 86106621 A EP86106621 A EP 86106621A EP 0211160 B1 EP0211160 B1 EP 0211160B1
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
- G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
- G21F5/12—Closures for containers; Sealing arrangements
Definitions
- the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
- Any actuation mechanism e.g. Valves must then work through a completely sealed wall, i.e. it must be thermal or electromagnetic actuation signals.
- this type does not allow any conclusions to be drawn as to whether the desired effect has occurred within the non-visible container or not.
- the container to be tested is placed in a pressure chamber filled with helium, the amount of helium infiltrated into the container itself is measured, or the inside of the container is charged with helium, placed in a vacuum chamber, and the amount of helium emerging from the container is measured.
- Another method is the so-called "bombing” method, i.e. the closed container is placed in a pressure chamber and kept under positive pressure in the helium atmosphere for a long time. The pressure chamber is then evacuated. The helium flowing out of the container is then measured. The leakage of the container can then be concluded from the measured values.
- Another method is the use of a cartridge which has a defined helium leakage via a defined capillary. This cartridge is inserted into the container before it is closed and then slowly loses its helium content. The container is then placed in a vacuum chamber and the amount of helium emerging from the container is measured. Arranged in a cavity, a valve can also be connected to the container, through which the container is filled with helium. The above The cavity is closed to the outside with a stopper or a screw plug and additionally sealed with a sealing seam.
- the "bombing" method has the disadvantage of low accuracy (up to 10 ⁇ 4 mbar 1 / s).
- the release of the helium from a defined capillary has the disadvantage that, taking into account the possible leakage of the container and its detectability, a large amount of helium must be used in the container, which then leads to a relatively high pressure increase in the container if the container is completely sealed leads.
- a tightly closed device which consists of two containers which are connected by a channel closed with a meltable material.
- One container contains a gas with overpressure compared to the second container. When the temperature is high enough, the meltable material melts and releases the closed channel. The gas flows into the second container and operates a whistle.
- this device is not suitable for releasing the gas to the outside.
- the invention has for its object to provide a device with which a closed container, which is arranged in an inaccessible and invisible further container, can be demonstrably opened.
- the helium is first located in a cartridge that can be screwed into the container or even inserted before the container is closed.
- the helium can be briefly released into the container from the cartridge at a defined point in time, which can be freely selected.
- the release of the helium can also be heard acoustically outside the container, since the gas is released via a pipe.
- the closure member of the cartridge is opened by increasing the temperature.
- the invention can be used in particular in containers with radioactive inventory which can only be handled, welded and checked for leaks only in hot cells.
- the method for checking the tightness of fuel element containers or molds with highly radioactive, glazed waste is particularly suitable, since the closure element of the cartridge consists of a soft solder plug and this plug can be melted out by local heating.
- the device can therefore be used without large technical installations in hot cells, large pressure increases in the container being avoided, the introduction method also being able to be used at high temperatures, the period of time required for the sealing (for welding) of the container without affecting the Accuracy of the measurement is and a precisely defined amount of helium is released at a certain point in time. There is no weakening of the container construction when using the invention, or weakening can be avoided.
- FIG. 1 shows in section such a mold 1 in which glass 2 is to be accommodated, a cavity 4 remaining between the glass surface and the tightly welded-on cover 3.
- a first extension or mushroom head 5 for manipulating the mold 1 is fixedly arranged on the lid 3.
- the cartridge 6 with valve 7 and pipe 8 is fastened in the cavity 4, in which helium is accommodated, which is to be released after the cover 3 is welded on.
- the gas is released acoustically via the whistle 8.
- the valve 7 is provided for introducing the gas into the cartridge 6, but is and remains tightly sealed when it is installed in the mold 1.
- the cartridge 6 is to be screwed into the mushroom head 5 of the mold cover 3.
- the cartridge 6 is previously filled with a predetermined amount of helium via the valve 7.
- a heating device 9 surrounding the mushroom head 5 is provided, the function of which is described with reference to FIG. 2.
- the cartridge 6 also shows in section the closer area of the cartridge 6 to the mushroom head 5.
- the cartridge 6 has a cylindrical extension 10 which is screwed into a recess 11 of the mushroom head 5 from below.
- a sealing ring 12 seals off the recess 11.
- This bore 14 is closed with a soft solder plug 15 in the area of the mushroom head 5 until it is transferred by means of the heating device 9 by heat transfer the mushroom head 5 on the extension 10 a temperature is reached which allows it to melt.
- the gas (He) located in the interior 13 pushes the molten material out of the bore 14 into the recess 11.
- the outflowing gas is then passed through a capillary 16 (which can run completely in the wall material if the wall of the cartridge 6 is of sufficient thickness) through the extension 10 and the interior 13 to the opening 17 of the pipe 8, which then emits the acoustic signal (in the case of several Cartridges, the pitch of the pipes or the melting temperature of the soft solder plugs can be varied).
- the access 18 to the capillary 16 is located in the recess 11, so that the gas is forced to flow out via the pipe 8.
- the access 18 is bent so that it cannot be blocked by soft solder.
- the pipe 8 could also be placed directly on the bore 14 if the melted material of the sealing plug 15 does not block the pipe 8, i.e. can render ineffective. Bore 14 and capillary 16 together form a connecting path between gas space 13 and pipe 8.
- the helium is released from the cartridge 6, this takes place, as shown, via a continuous bore 14, which is sealed with soft solder 15 before the release.
- the melting point of this soft solder determines the temperature at which the release takes place. This sudden release or the melting of the stopper 15 is initiated by the heating device 9 to be placed over the mushroom head 5.
- the melting point can be set with a wide variety of soft solders from 30 to a few 100 ° C.
- the released gas then flows (for a short time, in a relatively large amount) through the soldered capillary tube 16 through the pipe 8 into the space 4 to be checked.
- the acoustic signal that arises indicates that the gas is flowing out.
- the capillary tube 16 and the pipe 8 are in the cartridge 6 installed gas-gas, for example soldered, as well as the valve 7, which is only shown schematically
- the dimensions of the cartridge 6 depend on the required measuring accuracy of the system, on the sensitivity of the mass spectrometer used in the measurement and the temperature prevailing during the measurement, as well as on the free volume that has to be filled with helium.
- the advantage of the overall system can be seen in the fact that the gas can be released in a targeted manner.
- closures of the bore with bimetal elements, decomposing chemical compounds, etc. applicable.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Eine besondere Problematik besteht bei der Dichtigkeitsüberprüfung von Behältern mittels Heliumlecktest oder bei der Ingangsetzung von chemischen Reaktionen unter definierter Freisetzung eines oder mehrerer Reaktionspartner in einem von außen abgeschlossenen Behälter, wenn in dessen Innenraum keine Durchführung bzw. Öffnung, z.B. zum Zwecke einer Manipulation von in abgeschlossenen Behältern angeordneten Gerätschaften, hineinführen. Jeder Betätigungsmechanismus von z.B. Ventilen muß dann durch eine völlig abgedichtete Wandung wirken, d.h. es muß sich um thermisch oder elektromagnetische Betätigungssignale handeln. Diese Art erlaubt jedoch keine Rückschlüsse darauf, ob nun die erwünschte Wirkung innerhalb des nicht einsehbaren Behälters eingetreten ist oder nicht.
- Dichtigkeitsüberprüfungen von Behältern unter Zuhilfenahme eines Heliumlecktests werden in diversen Lehrbüchern ausführlich dargestellt (z.B. Wutz, Adam, Walcher: Theorie und Praxis der Vakuumtechnik (1982) oder Leybold Katalog).
- Bei diesem Verfahren wird der zu prüfende Behälter in eine mit Helium gefüllte Druckkammer gelegt, die in den Behälter selbst eingesickerte Heliummenge gemessen oder der Behälter wird innen mit Helium beschickt, in eine Vakuumkammer gelegt und die dann aus dem Behälter austretende Heliunenge gemessen.
- Ein anderes Verfahren ist das sogenannte "bombing"-Verfahren, d.h. der geschlossene Behälter wird in eine Druckkammer gesetzt und eine längere Zeit unter Überdruck in der Heliumatmosphäre gehalten. Anschließend wird die Druckkammer evakuiert. Man mißt das dann aus dem Behälter ausströmende Helium. Aus den Meßwerten kann dann auf die Leckage des Behälters geschlossen werden.
- Ein weiteres Verfahren ist der Einsatz einer Kartusche, die über eine definierte Kapillare eine definierte Heliumleckage besitzt. Diese Kartusche wird vor dem Verschließen des Behälters in diesen eingesetzt und verliert dann sehr langsam ihren Heliuminhalt. Der Behälter wird anschließend in eine Vakuumkammer gestellt und die aus dem Behälter austretende Heliummenge gemessen. An den Behälter kann, in einem Hohlraum angeordnet, auch ein Ventil angeschlossen werden, durch das der Behälter mit Helium gefüllt wird. Der o.g. Hohlraum wird nach außen hin mit einem Stopfen oder einer Verschlußschraube verschlossen und zusätzlich durch eine Dichtnaht abgedichtet.
- Diese Überdruck- und Vakuumverfahren erfordern einen Anschluß an den Behälter, der dann, nach vorgenommener Dichtigkeitsüberprüfung, erneut verschlossen und noch einmal gesondert überprüft werden muß. Dies ist insbesondere bei der Überprüfung von Behältern mit radioaktivem Inhalt sehr aufwendig, da hier alle Handhabungen (Verschweißen oder Abschrauben von Einfüllstutzen oder Entnahmestutzen) fernbedient vorgenommen werden müssen.
- Das "bombing"-Verfahren hat den Nachteil der geringen Genauigkeit (bis 10⁻⁴ mbar 1/s).
- Das Freisetzen des Heliums aus einer definierten Kapillare hat den Nachteil, daß, unter Einbeziehung der möglichen Leckage des Behälters und seiner Detektierbarkeit, eine große Heliummenge in den Behälter eingesetzt werden muß, die dann bei einer vollkommenen Dichtigkeit des Behälters zu einer relativ hohen Druckerhöhung im Behälter führt.
- Des weiteren ist aus der FR-A-1455955 eine dicht geschlossene Vorrichtung bekannt, welche aus zwei Behältern besteht welche durch einen mit einem schmelzbaren Material verschlossenen Kanal verbunden sind. Der eine Behälter enthält ein Gas mit Überdruck gegenüber dem zweiten Behälter. Bei genügend hoher Temperatur schmilzt das schmelzbare Material und gibt den verschlossenen Kanal frei. Das Gas strömt in den zweiten Behälter und betätigt dabei eine Pfeife. Zur Abgabe des Gases nach außen ist diese Vorrichtung jedoch nicht geeignet.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu bieten, mit der ein verschlossener Behälter, der in einem unzugänglich und uneinsehbaren weiteren Behälter angeordnet ist, nachweisbar geöffnet werden kann.
- Die Lösung ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben.
- Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung wieder.
- Besondere Vorteile ergeben sich mit der Erfindung bei der Dichtigkeitsüberprüfung von Behältern mittels Heliumtest. Das Helium befindet sich dabei zuerst in einer Kartusche, die vor dem Verschließen des Behälters in dem Behälter angeschraubt oder auch nur eingelegt werden kann. Aus der Kartusche kann zu einem definierten Zeitpunkt, der frei wählbar ist, das Helium kurzzeitig in den Behälter abgelassen werden. Das Freisetzen des Heliums kann auch außerhalb des Behälters akustisch wahrgenommen werden, da das Ablassen des Gases über eine Pfeife erfolgt. Das Verschlußorgan der Kartusche wird durch Temperaturerhöhung geöffnet.
- Die Erfindung kann insbesondere bei Behältern mit radioaktivem Inventar eingesetzt werden, die nur in Heißen Zellen zu handhaben, zu verschweißen und auf Dichtigkeit zu prüfen sind. Besonders geeignet ist die Methode zur Dichtigkeitsüberprüfung von Brennelementbehältern oder Kokillen mit hochradioaktivem, verglastem Waste, da das Verschlußorgan der Kartusche aus einem Weichlot-Pfropfen besteht und dieser Pfropfen durch örtl. Erwärmung ausgeschmolzen werden kann.
- Das Vorrichtung ist demnach ohne große technische Installationen in Heißen Zellen anwendbar, wobei große Druckerhöhungen im Behälter vermieden werden, das Einbringungsverfahren auch bei hohen Temperaturen angewendet werden kann, der Zeitraum, der zum Verschließen (zum Verschweißen) des Behälters benötigt wird, ohne Einfluß auf die Genauigkeit der Messung ist und eine genau definierte Heliummenge zu einem bestimmten Zeitpunkt freigesetzt wird. Es entsteht bei der Anwendung der Erfindung keine Schwächung der Behälterkonstruktion bzw. eine Schwächung kann umgangen werden.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand eine Ausführungsbeispiels mittels der Fig. 1 und 2 näher beschrieben.
- Hierbei handelt es sich um den speziellen Fall einer Kartusche, wie sie im Prinzip in Kokillen für verglasten, hochradioaktiven Abfall zum Einsatz kommen kann. Die Dimensionierung wurde dabei so vorgenommen, daß nach dem Freisetzen des Heliumgases ein Partialdruck von ca. 0,2 bar He in dem freien Volumen der Kokille entsteht. Die Erklärung anhand des speziellen Beispiels schränkt dabei die Anwendung der Kartusche in anderer Form und anderer Dimensionierung nicht ein.
- Die Fig. 1 zeigt im Schnitt eine solche Kokille 1, in der Glas 2 unterzubringen ist, wobei zwischen der Glasoberfläche und dem dicht aufgeschweißten Deckel 3 ein Hohlraum 4 verbleibt. Am Deckel 3 ist ein erster Fortsatz bzw. ein Pilzkopf 5 zur Manipulation der Kokille 1 fest angeordnet. Unterhalb des Pilzkopfes 5 ist im Hohlraum 4 die Kartusche 6 mit Ventil 7 und Pfeife 8 befestigt, in der Helium untergebracht ist, welches nach dem Anschweißen des Deckels 3 freigesetzt werden soll. Die Freisetzung des Gases erfolgt akustisch vernehmlich über die Pfeife 8. Für das Einbringen des Gases in die Kartusche 6 ist das Ventil 7 vorgesehen, das aber im in der Kokille 1 eingebauten Zustand dicht verschlossen ist und bleibt. Die Kartusche 6 soll in diesem speziellen Fall in den Pilzkopf 5 des Kokillendeckels 3 eingeschraubt werden. Die Kartusche 6 wird vorher über das Ventil 7 mit einer vorgegebenen Heliummenge gefüllt. Über den Pilzkopf 5 ist eine diesen umgebende Heizvorrichtung 9 vorgesehen, deren Funktion anhand der Fig. 2 beschrieben wird.
- Die Fig. 2 zeigt ebenfalls im Schnitt den näheren Bereich Kartusche 6 zu Pilzkopf 5. Die Kartusche 6 besitzt einen zylindrischen Fortsatz 10, der in eine Ausnehmung 11 des Pilzkopfes 5 von unten eingeschraubt ist. Ein Dichtring 12 sperrt die Ausnehmung 11 ab. Vom gasgefüllten Innenraum 13 der Kartusche 6 reicht eine Bohrung 14 als Verbindungsstrecke vom Innenraum 13 zu der als Gas- und Schmelzsubstanzauffangraum dienenden Ausnehmung 11. Diese Bohrung 14 ist mit einem Weichlotstopfen 15 im Bereich des Pilzkopfes 5 verschlossen, bis mittels der Heizvorrichtung 9 durch Wärmeübertragung über den Pilzkopf 5 auf den Fortsatz 10 eine Temperatur erreicht wird, die ihn schmelzen läßt. Das im Innenraum 13 befindliche Gas (He) stößt das geschmolzene Material aus der Bohrung 14 in die Ausnehmung 11 hinein.
- Das abströmende Gas wird anschließend über eine Kapillare 16 (die bei ausreichender Dicke der Wandung der Kartusche 6 vollständig im Wandmaterial verlaufen kann) durch den Fortsatz 10 und den Innenraum 13 zur Öffnung 17 der Pfeife 8 geführt, die dann das akustische Signal abgibt (bei mehreren Kartuschen kann die Tonlage der Pfeifen bzw. die Schmelztemperatur der Weichlotstopfen variiert werden). Der Zugang 18 zur Kapillare 16 befindet sich in der Ausnehmung 11, so daß das Gas gezwungen ist, über die Pfeife 8 abzuströmen. Der Zugang 18 ist abgebogen, damit er nicht von Weichlot verstopft werden kann. Die Pfeife 8 könnte bei entsprechendem Anwendungsfall auch direkt auf die Bohrung 14 aufgesetzt werden, wenn das Schmelzmaterial des Verschlußstopfens 15 die Pfeife 8 nicht verstopfen, d.h. unwirksam machen kann. Bohrung 14 und Kapillare 16 bilden gemeinsam eine Verbindungsstrecke zwischen dem Gasraum 13 zur Pfeife 8.
- Wird das Helium aus der Kartusche 6 freigesetzt, so erfolgt dies, wie dargestellt, über eine durchgehende Bohrung 14, die vor der Freisetzung mit Weichlot 15 abgeschlossen ist. Der Schmelzpunkt dieses Weichlotes bestimmt die Temperatur, bei der die Freisetzung erfolgt. Initiiert wird diese plötzliche Freisetzung, bzw. das Schmelzen des Stopfens 15, durch die über den Pilzkopf 5 zu stülpende Aufheizvorrichtung 9. Der Schmelzpunkt ist mit den verschiedensten Weichloten einstellbar von 30 bis zu einigen 100°C. Das freigesetzte Gas strömt (kurzzeitig, in relativ großer Menge) dann durch das eingelötete Kapillarrohr 16 durch die Pfeife 8 in den zu überprüfenden Raum 4. Das hierbei entstehende akustische Signal zeigt an, das das Ausströmen des Gases erfolgt. Das Kapillarrohr 16 und die Pfeife 8 sind in die Kartusche 6 gasdischt eingebaut, z.B. eingelötet, ebenso wie das nur schematisch dargestellte Ventil 7.
- Die Dimensionierung der Kartusche 6 (Volumen und Druck) ist abhängig von der geforderten Meßgenauigkeit des Systems, von der Empfindlichkeit des bei der Messung benutzten Massenspektrometers und der bei der Messung herrschenden Temperatur sowie von dem freien Volumen, das mit Helium gefüllt werden muß. Der Vorteil des Gesamtsystems ist darin zu sehen, daß eine gezielte Freisetzung des Gases erfolgen kann.
- Alternativ zum Pfropfen 15 aus Weichlot sind auch Verschlüsse der Bohrung mit Bi-Metall-Elementen, sich zersetzenden chemischen Verbindungen u.ä. einsetzbar.
Claims (7)
- Einrichtung zur mit Hilfe eines akkustischen Geräts nachprüfbaren Freisetzung von Gas, das im Innenraum (13) eines ersten Behälters (6) aufbewahrt ist, in den Innenraum (4) eines nach außen hin abgeschlossenen weiteren Behälters (1), wobei eine Verbindungsstrecke zwischen beiden Behältern (6,1) mittels einer schmelzbaren Substanz (15) verschließbar ist und wobei Verbindungsstrecke derart ausgebildet ist, daß nach Schmelzen der Substanz eine zwangsweise Führung des aus dem ersten Behälter abströmenden Gases über das akustische Gerät erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daßa) der erste Behälter eine Kartusche (6) ist, die im weiteren Behälter (1) so definiert befestigbar ist, daß die schmelzbare Substanz durch eine Aufheizvorrichtung (9) von außen zum Schmelzen gebracht werden kann,b) die Verbindungsstrecke (14, 16) aus zwei Teilen besteht, deren einer Teil (14) mit der schmelzbaren Substanz (15) verschlossen ist und deren zweiter Teil (16) als Kapillare ausgebildet ist undc) die beiden Teile (14, 16) der Verbindungsstrecke in eine Ausnehmung (11) zur Aufnahme der geschmolzenen Substanz münden.
- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartusche (6) einen zylindrischen Fortsatz (10) aufweist, durch den die Bohrung (14) und die Kapillare (16) hindurchführen.
- Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (10) im Innern (11) eines ebenfalls zylindrisch ausbildbaren, weiteren Fortsatzes (5) des weiteren Behälters (1) angeordnet ist.
- Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (16) und der Eingang (17) zur Pfeife (8) direkt miteinander verbunden sind.
- Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fortsätze (5, 10) gemeinsam mittels einer Heizvorrichtung (9) aufheizbar sind.
- Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Dichtigkeitsüberprüfung des weiteren Behälters (1).
- Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2-5 zur Ingangsetzung chemischer Reaktionsabläufe in dem weiteren Behälter (1).
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