KR830002017B1 - 레벨 측정 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

레벨 측정 장치

제1도는 방사선원과 방사선 검출기의 설치를 도시하는 가압기의 수직 단면도.

제2도는 방사선이 γ방사선인 실시예를 좀더 상세히 도시한 횡단면도.

제3도는 검출기와 관련된 집속기의 1실시예의 단면도.

제4도 및 제5도는 감마 방사선원과 검출기를 사용하는 레벨 측정방법을 설명하는 다이아그램.

제6도는 본 발명에 따른 장치의 이점을 설명하는 가압기 내의 2상 형상의 예를 나타내는 도면.

본 발명은 방사성 밀봉체 내에 있는 액체의 레벨을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

상이한 레벨로 밀봉체 외부에 수직으로 배치된 1개 이상의 방사선원과 상기 선원으로부터 방출되는 방사선을 받는 밀봉체의 반대벽에 배치된 검출기에 의해 밀봉체 내의 고체 또는 액체의 레벨을 측정하는 것은 공지되어 있다.

이들 선원에 의해 방출된 방사선의 흡수레벨은 횡단물질에 따라 변하는 감쇠레벨(attenuation level)을 갖는다. 밀봉체 내에 있는 물질의 레벨은 밀봉체의 벽을 따라 배치된 검출기에 의해 측정된 방사선 강도로 부터 추론된다.

미합중국 특허 제3,100,841호는 이 원리에 따라 작동하고 용광로 내의 장입량의 레벨을 측정하는 장치를 설명하고 있다. 그것은 각각이 방사선원, 검출기 및 표시등으로 구성된 일련의 레벨 지시기를 갖는다. 방사선원은 용광로상에 수직선을 따라 배치된다. 검출기는 제1선과 정반대의 수직선을 따라 배치된다. 각 방사선원은 원통형 집속웰(well)의 저부에 위치한다.

계수기에 의해 구성된 검출기도 계수기 또는 관의 감지부가 정반대선원의 방사선에 대해 피폭되게 원통형웰의 저부상에 배치된다. 각 검출기는 집속 장치로 인해 연관된 선원으로부터 방출되는 방사선만을 감지한다. 검출된 방사선 레벨이 소정 레벨을 초과할때 판독을 기록하기 위한 수단이 제공된다. 기록치에 따라 용광로 내의 장입 레벨이 계산된다.

그러나, 전술한 측정장치는 방사성 밀봉체내에 포함된 액체의 레벨을 측정하기에 적당하지 않다. 그래서 이 액체의 방사능이 방사선원으로부터 나오는 방사능을 압도하여 상기 액체의 레벨을 측정할 수 없게한다.

본 발명은 방사성 밀봉체 내에 포함되어 있는 액체의 레벨을 측정하기 위한 장치에 관한 것이며, 이런 측정을 가능하게 한다. 이것은 특히 한정되는 것은 아니지만 가압수형원자로(PWR)의 가압기내 물 레벨의 측정에 적용된다.

PWR에서 1차회로 (또한 원자로 용기)내의 압력은 가압기에 의해 약 155바아로 유지되며, 그 가압기는 그속에 1차 회로압력이 물의 액상과 기상 사이의 평형에 의해 유지되는 밀봉체에 의해 구성된다. 감압사고는 특히 심각하므로 이 가압기의 작동과 그 내부에 액상의 레벨을 제어하는 것은 특히 중요하다.

전술한 장치에 의한 가압기내 액체 레벨의 측정은 어떤 원자로의 작동조건(대표모 과도현상, 사고 등)에 특히 유용한 보조, 여유정보를 제공할 수 있게 한다. 이 장치는 가끔 대표적인 문제(드리프트, 이력, 재조정, 2상 상태의 검출불능)를 유발하는 압력차이에 의해 현재의 측정을 보정 및 완성할 수 있게 한다.

밀봉체의 직경에 따라 그 비임이 실질적으로 유도되는 N 집속 방사선 방출기가 밀봉체의 제1발생선을 따라 배치되는 반면, 액체-기체혼합물을 보유하는 용기를 횡단하는 방사선을 수집하기 위한 검출기가 제1선과정반대인 발생선을 따라 배치된다.

이런식으로, 방사선의 감쇠가 측정되며, 검출기의 계수율의 축방형 "차아트"를 식별함으로써 액체 레벨의 위치를 측정할 수 있다. 그리고, 장치가 그 설치중 보정되므로 (초기측정치 : 빈 밀봉체일때와 물의 레벨이 다를때) 다수의 수직 판독치에 의해 방사선 경로애 따른 평균 물 밀도를 계산할 수 있다.

방사선원으로부터 방출된 방사선을 측정하기 위해, 본 발명에 의한 장치는 선원으로부터 방출된 방사선에 결코 피폭되지 않도록 배치된 1개 이상의 검출기를 갖는다. 그래서, 총 계수율 내에서 물의 방사능에 기인한 부분을 보정할 수 있다.

특히, 본 발명은 방사성 부식 생성물의 침전물을 수용할 수 있으며, 방사성 유체를 보유한 수직축을 갖는 밀봉체의 액체표면 레벨을 측정하기 위한장치에 관한 것이며, 밀봉체벽 근처의 동일한 수직선상에 위치하며, 밀봉체를 횡단하는 방사선을 방출할 수 있는 N 방사선원과, 각기 수용된 방사선의 강도를 측정하며, 밀봉체를 횡단하는 방사선을 검출할 수 있으며, 제1수직선 및 상기축에 의해 규정된 평면내에 포함된 제2수직선상의 레벨에 연속적으로 배치된 N' 방사선 검출기 Di(N'>N)와, 상기 측정치를 처리하며, 그로부터 액체표면 레벨 및/또는 2상 혼합물의 국부밀도를 추론하기 위한 수단으로 구성되고, 여기서 또한 상기침전물 및 유체의 방사능에 기인한 방사선을 측정할 수 있으며, 선원에 의해 방출된 방사선이 도달하지 못하는 위치에 배치된 1개 이상의 보조 검출기를 갖는 것을 특징으로 한다.

이 측정은 증기와 액체 즉, 물 사이의 평형 레벨을 결정할 수 있게 해줄뿐만 아니라, 증기와 액체 사이의 2상평형구역의 모형과 상응하는 밀도의 계산을 가능하게 해준다. 그들은 증기 기포가 있는 액체구역과 물방울이 있는 증기구역으로 구성된다.

본 발명에 따른 검출기는 밀봉체벽과 각 검출기 사이에 밀봉체를 횡단한 방사선용 집속장치를 가지고 있으며, 상기 집속장치는 평행 금속판의 시스템에 의해 구성되며, 그 기능은 검출기 주위의 산란 방사선이 방출기의 계수율에 미치는 영향을 줄이기 위한 것이다.

방사선원의 수 N는 방사선 검출기의 수 N' 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 첨부 도면을 참고로 비 제한적인 실시예에 관주 이하 상세히 설명된다.

제1도는 본 발명에 따른 장치를 도시한다.

제1도는 상부 베이스(2b)에 의해 밀폐된 원통형 측벽(2a)에 의해 구성된 가압기(2)의 수직축 방향 단면도이다. 이 밀봉체는 증기상(8)과 평행인 액상(6)을 보유한다. 수평선(10)은 이 2개 매체 사이의 경계를 표시한다. 그들 사이의 분리는 정확하게 할 수가 없다.

레벨을 검출하기 위해서, 방사선원 S₁, S₂및 S₃가 측벽(2a)의 발생선에 평행한 직선에 배치된다. 다수의 방사선 검출기 Di는 가압기의 측벽(2a)의 발생선에 평행한 직선을 따라서 배치되며, 제1발생선과 동일한 축평면내에 보유된다.이 검출기는 부분적 또는 적체적으로 가압기의 축방향 높이에 미친다.

제2도는 방사선원이 γ선원인 경우의 이 장치의 일부를 상세히 도시한다. 여기도 역시 가압기(2)의 측벽 또는 외피(2a)가 있다. 예를들어, 가압기의 내경은 213.4cm이며, 벽두께는 10.8cm이다. 예를들어 1000Ci 코발트 60인 선원 S₁이 차폐체(20)내에 위치하며, 그것은 벽(2a)을 향해 차폐체(22)에 의해 신장된다. 이것은 검출기가 정렬되는 발생선과 선원을 보유하는 수직면 주위의 공간부로 선원 S중 1중개의 방사선을 제한하도록 설계된다. 예를들어, 선원과 벽(2a)사이의 접촉하는 거리는 100cm다.

검출기 D₁이 가압기의 동일 직경상에 배치된다.

이 검출기는 NaI 형광검출기일 수 있으며, 역시 차폐체(22)내에 배치된다. 검출기 D₁과 벽(2a)사이 그리고 차폐체(22)내에는 입사 방사선에 평행한 금속판으로 제조되며, 그 단면에 예를들어 격자형태일 수 있는 접속기(24)가 있다. 이 격자는 금속 시이트의 시스템으로 구성된다. 제3도는 예를들어 1cm 간격을 갖는 집속기를 좀더 명확히 도시한다. 예를들어, 방사선 경로를 따른 집속기 길이는 120cm다.

소정의 물질을 횡단하는 γ방사선은 직선내 임의의 감쇠 벨레(τ)을 갖는다는 것은 잘 알려져 있다. 그래서 선원의 정면에 검출기를 배치함으로써 액체 또는 기체를 횡단한 방사선을 측정하고 그로부터 상기 액체 또는 기체 또는 액체-기체 혼합물까지도 그 밀도를 유도할 수 있다.

선원과 검출기를 상이한 벨레로 가압기의 축방향에 배치함으로써 가압기를 채운 액체의 밀도에 대한 축방향 차아트를 만들 수 있다. 그러나, 방사선도 가압기의 금속벽을 횡단하여야 한다는 것을 알고 있어야 한다.

하기 표는 그 에너지의 함수로서 γ방사선에 대한 평균 자유행정을 표시한다.

[ 표 ]

1MeV 감마에 대한 무충돌 플럭스 계산용 평균 자유행정.

제2도에 설명된 특별한 예와 적술한 데이터를 고려하여 하기 계수 비율이 얻어진다.

155바아의 압력과 345℃의 온도에 대해서

증기상에서τ_v

6×10⁴S^-1

액체상에서 τ_L

90 S^-1

이 계산에서, 검출기 D₁은 선원 S₁을 향하며, 동일 높이다.

적술한 바와같이, 가압기의 벽상의 부식 생성물의 침적에 상응하는 침적물의 방사능을 고려할 필요가 있다.

그러나, 제2도에 도시한 격자상의 접속 시스템은 부식생성 침적물의 영향을 최소화할 수 있다. 그래서, 벽의 각 기본 방출면만이 선원 S₁으로 부터의 방사선을 본질적으로 제한하지 않고 검출기의 대향면을 비추며, 그것은 검출기 레벨에 거의 평행한 비임의 형태다.

이 조건하에서, 침적물에 상응하는 계수율은 선원에 기인한 것과 비교하여 낮다.

1차수의 방사능이 검출기의 영향을 주는 것도 고려되어야 한다. 원자로의 정상 운적에 상응하는 1차수의 방사능에 대해 상응하는 계수율은 대단히 낮다.

검출기 계수율은 방사선이 직선상에서 만나는 물분자의 수에 대한 함수이므로, 이 측정된 율은 검출기로 측정된 물밀도 레벨의 모형을 제공해준다. 특히, 이 방법은 제6도와 같은 아주 특별한 2상형상을 검출할 수 있게 해준다. 그 중앙부에는 증기기포 B가 있으며, 주변구역 P는 완전히 물로써 구성된다.

제4도 및 제5도는 감마선원 S₁및 S₂에 대해 물레벨 N₁,N₂...N₈을 표시하는기준을 제공해주며 (제4도) 1, 2...8로 표시된 사이한 레벨에 대한 판독치 Z(S^-1)의 함수로서 계수율τ(S^-1)을 나타낸다.

실제로, 1000Ci의 60Co 원천을 설치하는데 필요한 방사선 차폐체의 크기에 기인하여 문제가 생기게 된다. 따라서 약 1톤 무게의 21cm 납 콘테이너를 사용하는 것이 필요하며, 그때 접촉선량(contact dose)은 200mrem/h이하다.

따라서, 감마 방사선을 중성자 비임으로 대체하는 것이 중요하다. 특히, 4π의 입체각에서 대략 5.10¹⁰S-¹의 방출로 14MeV의 중성자를 주는 중수소-삼중수소 선원을 사용할 수 있다.

160㎠의 검출 표면적과 0.01의 효율을 갖는 검출기에 대해 하기의 대략 계수율이 벽으로부터 30cm 떨어져 위치하는 동일 직경상의 검출기와 선원으로부터 얻어진다.

증기상에서 τ

100 S^-1

액상에서 τ

1.4×10^-3S^-1

통과의 3/4이 액상에 있는 2상 혼합물에 대해

τ

3.6×10^-1S^-1

이 경우, 중성자 검출에 적당한 검출기가 사용된다.

계수는 감마 방사선에 대해 행하여 진 것과 동일하게 사용되며, 밀도 및 액체 물-물증기 분포의 축방향 "차아트"를 만들 수 있다.

그러나, 중성자원이 사용될때 적술한 계수율은 액체내에 증기의 소량이 존재하는 것을 검출할 수 없다는 것을 나타낸다.

그래서, 본 발명에 따른 장치는 밀봉체 내의 정지유체에 대한 밀도의 축방향 "상태"를 얻을 수 있으므로 밀봉체내액체 레벨은 사용된 검출기의수에 의존하는 정확도로 계산될 수 있다. 또한 밀봉체 내부 벽상에 있는 부식 생성물의 침적물과 밀봉체내에 보유된 물의 방사능에 기인하는 어려움을 극복할 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (1)

1. 밀봉체벽 근처의 동일한 수직선상에 위치하며 밀봉체를 횡단하는 방사선을 방출할 수 있는 N 방사선원과, 각기 수용된 방사선의 강도를 측정하며 밀봉체를 횡단하는 방사선을 검출할 수 있으며 제1수직선 및 축에 의해 규정된 평면내에 포함된 제2수직선상의 레벨에 연속적으로 배치된 N' 방사선 검출기 Di(N'>N)와, 상기 측정치를 처리하며 그로부터 액체표면 레벨 및/또는 2상혼합물의 국부 밀도를 추론하기 위한 수단으로 구성되고, 방사성 부식생성물의 침적물을 수용할 수 있으며 방사성 유체를 보유한 수직축을 갖는 밀봉체의 액체표면 레벨을 측정하기 위한 장치에 있어서, 침적물 및 유체의 방사능에 기인한 방사선을 측정할 수 있으며 선원에 의해 방출된 방사선이 도달하지 못하는 위치에 배치된 1개 이상의 보조 검출기를 갖는것을 특징으로 하는 레벨 측정장치.

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