NL8303640A - Werkwijze voor het bepalen van het waterstofgehalte van een stof en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze. - Google Patents

Description

* f ,ί ï

IrO 5159

Betr.: Werkwijze voor het bepalen van bet waterstofgehalte van een stof en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een werkwijze voor het controleren van de concentratie van een waterstofhoudende stof in een omsloten gebied. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een inrichting en werkwijze, waarbij gebruik wordt genaakt van 5 verstrooide-neutronencontrolemethoden voor het bepalen van de relatieve volumefracties van stoom en water, die zich door een leiding bewegen.

Er zijn talrijke situaties, waarin het gewenst is een stof te kenmerken door de concentratie van water of een ander wat er stofhoudend materiaal, dat daarin aanwezig is. In één klasse van deze ...situaties is de 10 dichtheid van het waterstofhoudende materiaal macroscopisch constant over de stof en kan een monster van de stof op een eenvoudige wijze voor analyse worden geïsoleerd. Stoffen, die in het algemeen in deze klasse vallen, omvatten graan, hout, aardsoorten, suspensies, enz. Wanneer de tijd voor de analyse niet beperkt is, kan een voldoend nauwkeurige maat van de 15 concentratie van waterstofhoudend materiaal in dergelijke stoffen ia het algemeen worden verkregen onder gebruik van methoden, die de vakman wel • i bekend zijn.

Wanneer de' betreffende stof zich evenwel op een bijzonder hoge temperatuur bevindt, sterk corrosief is, slechts gedurende een korte tijd 20 bestaat of niet gemakkelijk toegankelijk is, kan het verkrijgen van een nauwkeurige meting van de concentratie van het waterstofhoudende materiaal daarin lastig of onmogelijk zijn onder gebruik van de traditionele methoden van chemische of fysische analyse. Een klasse stoffen, waarin in bepaalde situaties is gebleken, dat deze bijzonder resistent zijn voor de gebruike-25 lijke analysemethoden, omvatten damp-vloeistofmengsels, zoals natte stoom.

Het is dikwijls van belang, dat de stoomkwaliteit in een punt van een proces of inrichting, waarbij stoom wordt gebruikt, bekend is. De stoomkwaliteit wordt gedefinieerd als de massaverhouding van de zuivere stoom tot het totale fluidum in een stoommonster en wordt gewoonlijk als 30 een percentage uitgedrukt. De gewoonlijk toegepaste methoden voor het meten van de stoomkwaliteit omvatten een natriumtitreeranalyse, een calori-metrische analyse en een relatieve volume-analyse door fazescheiding. Deze methoden vereisten een fluidumtoegang tot de stoma en zijn tijdrovend en arbeidsintensief. Derhalve is het gebleken, dat het onpraktisch is te 0303840 - 2 - voorzien in een continue, snelle stoomkwaliteitscontrole in een punt van een stoomstelsel waarbij toegang tot de stoom zelf niet kan worden verkregen. Zonder een dergelijke continue snelle analyse, kan een nauwkeurige regeling van de stoomkwaliteit dikwijls niet worden verkregen. Voorts 5 zijn de bestaande methoden van chemische of fysische stoomkwaliteitana-lyse bijzonder inadekwaat in bepaalde toepassingen tengevolge van de grotere onnauwkeurigheid van dergelijke methoden bij toenemende stoomdruk en temperatuur.

Men heeft het gebruik van subatomaire deeltjes met grote energie 10 of elektromagnetische straling als basis voor een niet-invasieve methode voor het controleren van verschillende parameters van een gas-vloeistof-monster, waaruit het wat er stof gehalte daarvan kan worden bepaald, voorge-steld. Zo is bijvoorbeeld in het Amerikaanse octrooischrift 2.732.592 een inrichting beschreven, waarin de demping van een bundel van gamma-15 straling met een bekende intensiteit wordt gebruikt als een maat voor de dichtheid van het materiaal, dat door de bundel wordt doorlopen. Voor metingen van een gas<*dampstroam in een leiding evenwel vertoont deze methode een geringere nauwkeurigheid bij af nemende gas-dampmas sadichtheid. Deze beperking is een gevolg van de samenwerking van de gammastraling met 20 de leiding zelf. Wanneer de dichtheid van de inhoud van de leiding afneemt, overheersen onderlinge samenwerkingen tussen de gammabundel en de leiding zelf in een steeds sterkere mate ten opzichte van onderlinge samenwerkingen met de inhoud van de leiding. Hieruit volgt, dat een dichtheids-controlestelsel, waarbij gebruik wordt gemaakt van elektromagnetische 25 straling of geladen deeltjes, een beperkte gevoeligheid zal hebben, waarbij de leiding zelf een bundelonderscheppingsvermogen heeft, dat aanmerkelijk groter is dan dat van de inhoud van de leiding. Derhalve zijn dergelijke stelsels het meest onnauwkeurig wanneer de volumefractie van het gas in de leiding een waarde 1 nadert, zoals het geval is bij stoom met 30 hoge kwaliteit.

Reeentelijk zijn stelsels, gebaseerd op neutronenthermalisatie. voorgesteld om te worden gebruikt bij het bepalen van de concentratie van een waterstofhoudend materiaal in een bepaald mengsel van materialen. Zo is bijvoorbeeld in het Amerikaanse octrooischrift ^-.957-729 een stelsel 35 voorgesteld .voor het controleren van de hoeveelheid water in een suspensie. Dit stelsel omvat een bron van snelle neutronen, opgehangen in de suspensie, en een thermisch neutronendetectiestelsel, dat in de suspensie 8 3 0 3 3 4 0 - 3 - w * op een afstand van de bron is opgesteld. Uit de detectiesnelheid van de neutronen, kan de concentratie van het water in de suspensie worden bepaald. Bezwaren van een dergelijk stelsel zijn, dat geen maatregelen worden getroffen voor het controleren van monsters met geringe waterstof-5 dichtheid en dat het in vele gevallen onpraktisch is of een bron of een detector in het monster op te stellen.

Een toepassing, waarbij het bijzonder gewenst is een eenvoudig, nauwkeurig en niet-intrusief stelsel voor het controleren van waterstof-houdende bestanddelen te ontwikkelen, heeft betrekking op stoomkwali-10 teitscontrole ten gebruike bij stoominjectiestelsels voor olievelden.

Het wordt steeds gebruikelijker stoom bij hoge druk en grote kwaliteit in een olie-bevattende formatie te injecteren om de productie van olie daaruit te stimuleren. De geïnjecteerde stoom dient voor het verhitten van de koolwaterstoffen in de formatie, waardoor de viscositeit daarvan 15 afneemt en derhalve de stroomsnelheid door de formatie daarvan toeneemt.

De stoom voorziet ook in een spoelwerking. Om het renderaend van deze terugwinmethode optimaal te maken, is het van belang, dat de stoomkwali-teit van het geïnjecteerde fluidum bekend is.

Bij het gebruik van deze terugwinmethode verdient het in het al-20 gemeen de voorkeur stoom met een kwaliteit, groter dan 7056 en bij een druk van tenminste 11,7 MPa (1700 psi) te gebruiken. De stoomkwaliteit wordt bij voorkeur, afhankelijk van de specifieke aard van de werking op een optimale waarde gehouden. Het is gewenst, dat een inrichting en methode wordt verschaft voor het constant controleren van de stoomkwaliteit 25 en het in responsie op deviaties tussen de gewenste en de werkelijke stoomkwaliteit automatisch instellen van de werking van de stoomgenerator om de stoomkwaliteit op de gewenste waarde te houden. Het is verder gewenst, dat een dergelijke stoomkwaliteitscontrole-inrichting niet-intrusief is en zodanig is opgebouwd, dat deze met een minimale instelling geschikt 30 is om te worden toegepast bij een stoomleiding binnen een uitgestrekt gebied van configuraties. Het is ook gewenst, dat de inrichting en werkwijze resultaten verschaft, welke nauwkeurig zijn bij stoomdrukken boven 11,7 MPa (1700 psi), een punt voorbij hetwelk de meeste traditionele methoden van stoomkwaliteitscontrole of onpraktisch, of onnauwkeurig worden.

35 Het is verder gewenst, dat de inrichting en werkwijze nauwkeurig zijn onder omstandigheden van een stoomkwaliteit boven 70%, waarbij de totale hoeveelheid van waterstofhoudend materiaal in de leiding betrekkelijk gering is.

8 3 ü 3 6 a <) - * * - k -

Het ontwikkelen van een praktisch stoomkwaliteitscontrolestelsel en een inrichting, welke aan deze oogmerken voldoet, maakt een meer doeltreffend gebruik van met stoominjectie werkende olieterugwinmethoden mogelijk.

5 De inrichting volgens de uitvinding is van nut voor het bepalen van .

de hoeveelheid van een waterstofhoudende stof in een bepaald volume. De bepaling kan onafhankelijk van de faze of het mengsel van fazen van de waterstofhoudende stof plaats vinden. Uit het bepalen van. de hoeveelheid van de waterstofhoudende stof in het bepaalde volume, kunnen nevenme-10 tingen (bijvoorbeeld gasfractie, stoomkwaliteit, vloeistoffractie) worden afgeleid.

De inrichting omvat een bron van snelle neutronen. Het is van belang, dat deze bron geen kritische massa van splijtbaar materiaal bevat. Tussen de neutronenbron en het fluidummengsel bevindt zich een moderatie-15 materiaal. Dit moderatiemateriaal veroorzaakt, dat de neutronen uit de bron in een richting naar het fluidummengsel wat energie betreft, worden gereduceerd,, tenminste een belangrijk gedeelte daarvan tot binnen het epi-thermale gebied. Een neutronendetectiestelsel is bij het fluidummengsel opgesteld en levert een uitgangssignaal, dat representatief is voor de 20 tijdsnelheid van optreden van neutronendetectie.

Voorts voorziet de uitvinding in een werkwijze, welke van nut is voor het bepalen van de volumefractie van een gas in een gas-vloeistof-mengsel, waarin tenminste een van de fazen waterstofhoudend is. Een flux van snelle neutronen wordt opgewekt door een neutronenbron, welke geen 25 kritische massa van slijtbaar materiaal bevat. Een gedeelte van deze neutronen wordt gemodereerd voor het verkrijgen van een neutronenpopulatie, die een significante fractie van epithermale neutronen omvat. Het gas-vloeistofmengsel wordt aan deze neutronenpopulatie blootgesteld. Een gedeelte van de neutronen, welke worden vertrooid door het waterstofhoudende ma-20 teriaal in het gas-vloeistofmengsel, wordt gedetecteerd. De fractie van het fluidummengsel, welke door het gas wordt ingenomen, wordt dan uit de neutronendetectiesnelheid en de monsterdruk bepaald.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont : 35 fig. J een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij in deze figuur een schematische dwarsdoorsnede over een vlak dwars op de lengte-as van een leiding is beschouwd, door welke leiding het te contro- 8 3 0 31« *" - 5 - leren fluidummengsel wordt gevoerd; fig. 2 een schematische afbeelding van een detectoruitgangsdis-criminator , teller- en analysestelsel voor het omzetten van de uitgang van de detectoren in een signaal, dat verband houdt met è£ de stoomkwali-5 teit, het waterstofgehalte of de gasvolumefractie van het fluidum in de leiding; fig. 3 een afbeelding, beschouwd in longitudinale dwarsdoorsnede van een bron- en moderatorstelsel, dat bestemd is om bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding te worden toegepast; 10 fig. k een grafische voorstelling, welke de relatie aangeeft tus sen de neutronentelsnelheid en de volumefractie van een gas in een watervoerende leiding bij twee proeven met identieke bron-, leiding- en detector-configuraties, doch bij een waarvan het neutronenspectrum wordt verzacht door het gebruik van moderatiemateriaal voordat de neutronen aan de lei-15 ding worden toegevoerd; fig. 5 - T de invloed van het gebruik van variërende hoeveelheden van moderatiemateriaal en leidingen met verschillende afmetingen op de relatie tussen de neutronentelsnelheid en de volumefractie van het gas in een watervoerende leiding; en 1 20 fig. 8 de invloed op de relatie tussen de neutronentelsnelheid en de lei-dingseaviteitfractie door het gebruik van een neutronenreflector, die de bron, de leiding en de detectoren omgeeft.

Bestaande methoden en inrichtingen voor het bepalen van de volumefractie van de bepaalde faze van een waterstofhoudend materiaal in een 25 fluidummonster, zijn in vele omstandigheden onpraktisch en onnauwkeurig.

Dit probleem is bijzonder ersntig wanneer het fluidum stoom met hoge kwaliteit bij hoge druk omvat, welke in een afgedichte leiding als een turbu-’ lente stroom aanwezig is. Volgens een aspect van de uitvinding wordt het van belang zijnde monster blootgesteld aan een neutronenflux en wordt een 30 maat van de hoeveelheid waterstofhoudend materiaal in het monster verkregen door de mate waarin deze neutronen met het fluidummonster samenwerken, te controleren. De gebruike neutronen zijn afkomstig uit een snelle-neu-tronenbron en worden voordat het van belang zijnde monster daaraan wordt blootgesteld, gemodereerd om de gemiddelde energie van de neutronen te 35 verlagen. Hierdoor hebben neutronen, welke door het betreffende monster worden verstrooid, een gemiddelde invalsenergie, welke lager is dan anders het geval zou zijn. Diententevolge varieert bij lage vaterstofconcentra- 8303640 ♦ i - β - ties de gedetecteerde neutronentelsnelheid sterker met de variaties in de verschillende volumefracties dan het geval is bij andere stelsels, welke bestemd zijn om in extreme toestanden te worden gebruikt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van deze inrichting voor het bepalen 5 van de hoeveelheid van een waterstofhoudend materiaal in een monster is weergegeven in figuur 1 en is daarin in het algemeen aangeduid met 10. Zoals later zal worden beschreven, is de voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting meer in het bijzonder bestemd voor het controleren van de stoomkwaliteit. Er wordt evenwel met nadruk op gewezen, dat de uitvinding 10 in een groot aantal verschillende toepassingen van nut is voor het bepalen van de hoeveelheid waterstof of een waterstofhoudende component in een bepaald volume of een bepaalde stof. Zo kan bijvoorbeeld bij een andere uitvoeringsvorm de inrichting volgens de uitvinding worden gebruikt voor het controleren van de gasfractie van een stroom, bestaande uit een 15 gas en een waterstofhoudende vloeistof. Ter toelichting zal met ''water" worden bedoeld vloeibare ÏÏ^O met "stoom" de dampfaze van H^O, en "Η^Ο" een van de drie fazen - damp, water en ijs.

De inrichting 10 bij de voorkeursuitvoeringsvorm is meer in het e e i bijzonder bestemd voor het controleren van de kwaliteit van de stoom, 20 welke-een leiding 12 doorloopt. De grondcomponenten van deze stoamkwali-teitcontrole-inrichting 10 omvatten " een gemodereerd sneller-neutronen-emitterend element iH; een verstrooid-neutronendetectiestelsel 16; een ondersteuningsstelsel 18 voor het positioneren van het neutronen-emitterende element 1U en het neutronendetectiestelsel 1ó op een vaste afstand van 25 de leiding 12; een neutronenreflector 20, die de leiding 12 en het neutronen-emitterende element 1U omgeeft; en organen 38 om het uitgangssignaal van het neutronendetectiestelsel l6 in een maat van stoomkwaliteit om te zetten.

Het neutronen-emitterende element.

30 Een voorkeursuitvoeringsvorm van het gemodereerde, snelle neutro- nen-emitterend element 1U is het best weergegeven in figuur 3, waarin men een dwarsdoorsnede over de lengte-as van het in het algemeen cilindrische neutronen-emitterende element 1¾ vindt. Een snelle neutronenbron 22 is binnen een beschermend, omgevend neutronenbronhuis 2k opgesteld. De snelle 35 neutronenbron 22 omvat bij voorkeur 2 millicurie van Californium-252. De bron kan ook een Americiumr-Berylliumbron van 1 curie, een Polonium-Berylliumbron of een andere geschikt bron van snelle neutronen zijn. Het 8303640 w * - 7 - verdient de voorkeur, dat als snelle neutronenbron Californium-252 wordt gebruikt, omdat bet neutronenspectrum daarvan zachter is (d.w.z. een in het algemeen lagere gemiddelde kinetische energie heeft) dan dat van de meeste andere in de praktijk toe te passen neutronenbronnen. Bovendien is 5 het volume van Californiumr-252, dat nodig is voor het verkrijgen van een bepaalde neutronenflux, kleiner dan dat van de meeste andere neutronenbronnen. Dit levert tot voordelen bij het inkapselen en monteren van de bron 22.

Het verdient de voorkeur, dat de bron 22 geen splijtbaar materiaal 10 bevat 3f, indien toch splijtbaar materiaal aanwezig is, dit materiaal aanwezig is in een hoeveelheid, welke kleiner is dan de minimaal vereiste massa voor kritiekheid. Derhalve dient de neutronenbron 22 geen kritische massa van splijtbaar materiaal te omvatten. Het is duidelijk, dat hierdoor voordelen ten aanzien van de radiologische veiligheid worden verkre-15 Sea*

Het neutronenbronhuis 2k omvat een centraal ondersteuningsgedeelte 26, dat de snelle neutronenbron. 22 omgeeft en ondersteunt. Aan tegenover elkaar gelegen einden van het centrale ondersteuningsgedeelte 26 bevinden zich flenzen 28, 30. Tenminste êên van deze flenzen 30 is ten opzichte van 20 het centrale ondersteuningsgedeelte 26 verwijderbaar. De flenzen 28, 30 zijn bestemd voor het opnemen van een in het algemeen cilindrisch modera-tier-element 32. Bevestigingsorganen 3^, die zich tussen de flenzen 28, 30 uitstrekken, worden gebruikt om de integriteit van het snelle neutronen-emitterende element lU na het inbrengen van het moderatie-element 32 te 25 behouden.

Bij de voorkeursuitvoeringsvorm is het snelle neutronen-emitteren-de element ik bestemd om moderatie-element en 32 met verschillende wanddikten op een selectieve wijze tussen de flenzen 28, 30 en de snelle neutronenbron 22 omgevend, te kunnen opstellen. Hierdoor kan de mate van mo-30 deratie van de neutronen uit de snelle neutronenbron 22 op een selectieve wijze worden gevarieerd. Dit is gewenst wanneer men de inrichting 10 gemakkelijk aanpasbaar aan een groot aantal Verschillende situaties wil maken. Het is gebleken, dat voor de meeste toepassingen de dikte van een waterstofhoudend-moderatie-element 32 tenminste gelijk is aan de gemiddel-35 de vrije weglengte voor waterstofverstrooiing van neutronen van 0,1 MeV.

Dit komt bij benadering overeen met een waterdikte van 1 cm.

De voorkeurssamenstelling van het moderatie-element 32 is gepoly- 83 0 3 6 4 0 * » - 8 - meriseerd methyl methacrylaat, dat verkrijgbaar is onder de naam "Lucite". Andere materialen met grote waterstofdichtheden en betrekkelijk geringe .macroscopische neutroneninvangdoorsneden zijn ook acceptabel. Zo kan het moderatie-element 32 bijvoorbeeld bestaan uit paraffinewas of een polymeer-5 materiaal, zoals polyacrylaat of polyolefine. Het is gewenst, dat de flenzen 28, 30 en het centrale ondersteuningsgedeelte 26 van het snelle neutro-nenbronhuis 2k ook bestaan uit een materiaal met een significant neutro-nenmoderatievermogen. Het is verder gewenst, dat het materiaal, waaruit de rest van het snelle-neutronenbronhuis 2k bestaat, in hoofdzaak voor-10 ziet in een significante constructieve integriteit. Een geschikt materiaal daartoe is een kunststof met bijzonder grote moleculaire dichtheid. Een thermisch neutronen-absorberend materiaal 35 omsluit het snelle-neutronenbronhuis 2b en het moderatie-element 32. Dit thermische neutronen-absor-berende materiaal 35 bestaat bij voorkeur uit een mantel van cadmium met 15 een dikte van 3-6 mm.

Neutronecmoderatie

De moderatie van de neutronen, die uit de snelle neutronenbron 22 worden geëmitteerd, voordat de stoomleiding 12 aan de resulterende neutronenflux wordt blootgesteld, vormt een belangrijk aspect van de in-20 richting volgens de uitvinding. Het doel van deze neutronenmoderatie is niet het vergroten van de neutronenflux bij de leiding 12. Neutronen zullen de stoomleiding 12 vanuit de snelle neutronenbron 22 binnentreden onafhankelijk van het feit of zij al dan niet in enige mate zijn gemodereerd voordat zij de stoomleiding 12 bereiken. In wezen zal vanuit een 25 neutronenbron met een bepaalde intensiteit een grotere fractie van de neutronen de stoom in de leiding 12 bereiken, indien zij niet worden gemodereerd, dan in het geval, dat zij wel worden gemodereerd. Het is evenwel gebleken, dat, indien de neutronen, waaraan de leiding 12 wordt blootgesteld, op een juiste wijze worden gemodereerd, niet slechts de neutronen-30 invaldetectie wordt vergroot, doch ook de fractionele gevoeligheid van de telsnelheid ten aanzien van de hoeveelheid waterstof in de leiding op een significante wijze wordt verbeterd voor betrekkelijke lage concentraties waterstof. Dit geldt zelfs ofschoon de waarde van de neutronenstroom, welke de leiding 12 binnentreedt, lager is bij het geval van de gemode-35 reerde bron. Deze toename van de gevoeligheid en van de detectiesnelheid verschaft belangrijke verbeteringen in de nauwkeurigheid bij het controleren van betrekkelijk kleine hoeveelheden van een waterstof-houdende B 3 C 3 6 4 0 - 9 - stof in een leiding, zoals het geval van stoom met grote kwaliteit.

Wanneer een populatie van neutronen met een moderat iemateriaal, zoals waterstof, samenwerkt, neemt de gemiddelde energie daarvan af. Volgens de uitvinding is, zoals later zal worden uiteengezet, de mate van 5 onderlinge samenwerking van de neutronen met het water en de stoom in de leiding 12 een direkte functie van de massa van het water en de stoom in de leiding 12. Het is van "belang, dat voor het type neutronendetectoren, dat het meest wordt gebruikt in toepassingen, waarbij neutronenverstrooiing uit een waterstofhoudend materiaal optreedt, het detectorrendement omge-10 keerd is gerelateerd aan de energie van de neutronen. Hieruit volgt dan, dat de neutronendeteetiesnelheid zal toenemen naarmate de hoeveelheid H^O in de leiding 12 toeneemt. D.w.z., dat voor een neutronenbron met een bepaalde intensiteit een direkte relatie tussen de neutronendeteetiesnelheid en de concentratie aan waterstof in het beschouwde monster aanwezig is.

15 Dit is een van de principes, waarop metingen van water stof dichtheid door de verstrooide-neutronencontrolemethode zijn gebaseerd.

Neutronen worden uit de snelle neutronenbron 22 geëmitteerd tengevolge van de spntane splijting van de Califomium-252 kernen. Hierbij komt ook een grote hoeveelheid energie vrij. Een groot gedeelte van deze vrij-20 gekomen energie heeft de vorm van kinetische energie van de elektronen.

De juiste waarde van de energie, welke als snelheid van het neutron wordt afgevoerd, varieert van splijtingsgeval tot splijtingsgeval. Het gebied van deze energieën voor het splijten van Califormium-252 varieert tussen ongeveer 0,1 en 8 MeV met een gemiddelde neutronenenergie, gelijk aan 25 2,3 MeV. 1 MeV - 1 x 10 eV, waarbij 1 eV, de afkorting voor elektronen- volt, wordt gedefinieerd als de energie, welke een elektron verkrijgt, wanneer dit over een elektrische potentiaal van één volt wordt versneld. Neutronen met kinetische energieën, groter dan 1 keV worden meer in het bijzonder betiteld als "snelle neutronen". Derhalve vormt Californium-30 252 een snelle neutronenbron. De meeste andere praktische neutronenbron nen hebben een iets hogere gemiddelde neutronenemissie-energie dan Cali-f omium-252.

Wanneer neutronen zich vanuit hun punt van oorsprong bewegen, botsen zij op hun baan met de keranen. Elke botsing leidt tot een van drie 35 gebeurtenissen: het invangen van het neutron door de doelwitkera, welk optreden absorptie wordt genoemd; het tijdelijk invangen en daarna uitwerpen van het neutron door de kern, hetgeen een inelastische verstrooiing 3303640 - 10 - wordt genoemd; en een elastische verstrooiing van het neutron vanuit de kern. De neutronen, die door een neutronenbron worden geëmitteerd, hebben initieel energieën, welke veel groter zijn dan die van de kernen van de stof, door welke zij passeren. Derhalve geven, wanneer deze snelle neutro-5 nen met de doelwitkernen in een verstrooilngsgeval, collideren, zij een gedeelte van hun kinetische energie aan de kernen af. Na een voldoend groot aantal verstrooilngsgebeurtenissen zullen de neutronen hun overschot aan energie hebben verloren en zich voortbewegen met een gemiddelde snelheid, welke wordt bepaald door de temperatuur van het medium, dat zij 10 passeren. Dergelijke neutronen zijn dan in thermisch evenwicht met hun omgeving en staan derhalve bekend als thermische neutronen. Neutronen in thermisch evenwicht met een stof bij 20° Chebben een gemiddelde energie van ongeveer 0,025 eV. Thermische neutronen worden hier gedefinieerd als neutronen met energieën onder ongeveer 0,3 eV. Neutronen met energieën 15 tussen de thermische en snelle gebieden worden betiteld als epithermale _ .

neutronen.

Na hun emissie uit de neutronenbron 22, zullen snelle neutronen energie verliezen door verstrooiing, zoals boven is besproken, en ten- • i slotte door een kern worden geabsorbeerd. Dit proces van energieverlies 20 door verstrooiing wordt moderatie genoemd. Wanneer een ogenblik de onelastische verstrooiing wordt verwaarloosd, welke in elk geval slechts een kleine invloed op neutronenenergieën van minder dan 2 MeV heeft, kan het neutronenmoderatieproces met een zeer goede benadering door fysica van Newton worden omschreven. D.w.z., dat bij elke verstrooiingsgebeurte-25 nis tussen een neutron en een doelwitkern zowel moment als energie behouden blijft. Derhalve worden neutronen in de sterkste mate per samenwerking door waterstofkernen gemodereerd. Dit omdat waterstofkernen een massa hebben, welke bijna gelijk is aan die van een neutron. Hoe groter het atoomnummer van een kern is, des te slechter is de moderator in dat geval.

30 Een neutron van 2 MeV vereist slechts ongeveer 18 onderlinge samenwerkingen met waterstofkernen om een thermisch evenwicht met zijn omgeving te bereiken. Teneinde evenwel een equivalente mate van moderatie in een monster van ijzer te bereiken, zijn meer dan 500 onderlinge samenwerkingen nodig. Wanneer de invloed van absorptie wordt verwaarloosd, is in, in wezen 35 alle waterstofhoudende stoffen, inclusief water, de invloed op neutronen-moderatie van alle kernen, die van waterstof verschillen, klein. Dit betekent niet, dat neutronen een grotere kans van onderlinge samenwerking 3 3 Ö 3 6 4 Ö - 11 - met een waterstofkern hebben dan met andere kernen aangezien dit dikwijls niet het geval is, doch dat neutronen met grote energie meer in het bijzonder een veel grotere fractie van energie bij verstrooiing bij waterstof dan bij andere kernen verliezen.

5 De waarschijnlijkheid van onderlinge samenwerking van een neutron bij het doorlopen van een bepaalde dikte van een materiaal is een functie van zowel de dichtheid als de samenstelling van het materiaal en van de energie van het neutron. Deze waarschijnlijkheid van onderlinge samenwerking is gerelateerd aan de macroscopische dwarsdoorsnede van het doel-10 witmateriaal. De macroscopische dwarsdoorsnede van een stof is het inverse van de gemiddelde vrije weglengte van neutronen met een bepaalde energie in die stof. Voor een bepaalde stof en bij een bepaalde neutronenenergie is de macroscopische dwarsdoorsnede van die stof recht evenredig met de dichtheid van die stof. De macroscopische verstrooiïngsdwarsdoor-15 snede van de meeste materialen, waaronder waterstof, neemt geleidelijk toe bij afnemende neutronenenergie. De macroscopische absorptiedwarsdoorsnede van de meeste materialen neemt sterk toe met afnemende neutronenenergie.

Zo neemt bijvoorbeeld de macroscopische neutronenabsorptiedwarsdoorsnede van cadmium met een factor 3000 toe wanneer het neutron van 2 eV tot 20 0,2 eV wordt gemodereerd.

Het neutronendetectiestelsel.

Het neutronendetectiestelsel 16 omvat een paar neutronendetectoren _ 36. Deze neutronendetectoren 36 zijn bij voorkeur zodanig opgesteld, dat een lijn, die het midden van elk van de detectoren 36 met elkaar verbindt, 25 zich door het midden van de leiding 12 uitstrekt en loodrecht in twee gelijke delen wordt verdeeld door het vlak, bepaald door het midden van de snelle neutronenbron 22 en de langsas van de leiding 12. Een dergelijke constructie is weergegeven in figuur 1. Ofschoon het niet essentieel is, dat de detectoren 36 elk nauwkeurig onder 90° ten opzichte van de snelle 30 neutronenbron 22 zijn gepositioneerd, is het van belang, dat de radiale afstand, relatief ten opzichte van de langsas van de leiding 12, vanuit de snelle neutronenbron 22 tot elk van-de detectoren 36, dezelfde is.

Het gebruik van een paar detectoren 36, welke symmetrisch ten opzichte van de combinatie van de snelle neutronenbron 22 en de leiding 12 35 zijn opgesteld, dient voor het tot een minimum terugbrengen van fouten, welke een gevolg zijn van onjuiste detectorplaatsing en stroomregimes, welke asymmetrisch zijn ten opzichte van de bron-leidingscombinatie. Zoals 8303340

·» I

- 12 - later zal worden toegelicht, wordt een invariabele detector-detectorafstand op een nauwkeurige wijze onderhouden door het ondersteuningsstelsel 18. Indien derhalve een van de detectoren 36 een kunstmatig grote snelheid van neutronendetectie registreert, doordat de detector te dicht hij de lei-5 ding 12 is opgesteld, zal de andere detector 36 op een overeenkomstige afstand verder van de leiding 12 zijn. opgesteld dan het geval dient te zijn en derhalve minder neutronen detecteren. Door de tellingsnelheden van de twee detectoren 36 te middelen, wordt het stelsel in hoofdzaak ongevoelig gemaakt voor fouten, welke een gevolg zijn van een onjuiste detector-10 plaatsing. Op een soortgelijke wijze zal, waar het stroomregime in de leiding 12 een onevenredig grote hoeveelheid water dicht hij een van de detectoren 36 gelegen veroorzaakt, de neutronendetectiesnelheid van die detector een grotere hoeveelheid water in de leiding 12 reflecteren dan werkelijk het geval is. Een dergelijk stroomregime veroorzaakt evenwel ook, 15 dat de andere van de detectoren 36 een te geringe hoeveelheid water aangeeft. Derhalve is het gemiddelde van de detectoruitgangssignalen in hoofdzaak ongevoelig voor anomalieën in het stroompatroon.

De neutronendetectoren 36 zijn proportionele tellers van het Helium-3^type. Deze detectoren 36 hehhen hij voorkeur een dwarsdoorsnede-20 kameroppervlak van ongeveer U,8 cm en bevinden zich onder een druk van 1+ atmosfeer. Het detectierendement van dergelijke detectoren is sterk afhankelijk van de neutronenenergie, waarbij het rendement meer dan twee orden van grootte meer bedraagt voor thermische neutronen dan voor neutronen van 100 eV. De selectiviteit van neutronendetectoren van het Eelium-3-type 25 voor thermale neutronen, neemt bij een afnemende kamerdruk toe. Door de kamerdruk van de detector 36 te verlagen treedt echter ook een afname van het detectierendement op.

De gevoeligheid van de stoomkwaliteitscontrole-inrichting 10 volgens de uitvinding kan enigszins worden verbeterd door de invloed van epi-30 thermale en snelle neutronen op de telsnelheid te elimineren. Dit geschiedt door gebruik te maken van een neutronendetectiestelsel 16' met een paar detectoren 36’, 36” op elke detectieplaats, als aangegeven in figuur 2. De detectoren 36», 36" van elk paar detectoren stuiten tegen elkaar langs een vlak, dat zich uit strekt door de snelle neutronenbron 22 en loodrecht staat 35 op de langsas van de stoomleiding 12. Een van deze twee detectoren 36' is omgeven door een dun scherm van cadmium en is derhalve slechts gevoelig voor epithermale en snelle neutronen. De tweede detector 36" is niet voor- 8303540 - 13 - zien van een cadmiumscherm, doch. komt overigens overeen met de eerste detector 36'. Door de telsnelheid van de eerste detector 36' van die van de tweede detector 36" af te trekken, verkrijgt men de detectiesnelheid van thermale neutronen.

5 Het neutronendetectiestelsel 16 omvat ook organen 37 voor het tot stand brengen van de gemiddelde neutronendetectiesnelheid. Het uitgangssignaal van het neutronendetectiestelsel 16 wordt ontvangen door organen 38 voor het bepalen van de stoamkwaliteit uit een analyse van de neutronendetectiesnelheid door het detectiestelsel 16. De neutronentelsnelheid-10 analyse-organen 38 dienen voor het corrigeren van de telsnelheid voor bepaalde variabelen en het berekenen van de stoamkwaliteit voor deze gecorrigeerde telsnelheid. Het is duidelijk, dat ofschoon bij de voorkeursuitvoeringsvorm, de analyse-organen 38 voorzien in een maat van de stoomkwa-liteit in de leiding 12, bij andere uitvoeringsvormen de analyse-organen 15 38 kunnen worden uitgevoerd voor het verschaffen van bijvoorbeeld een maat van een volumefractie van een bepaalde faze in een gas-vloeistofmeng-sel, of een massa waterstof per eenheid van volume van een omsloten gebied.

De telsnelheidanalyse-organen, 20 .Zoals het best uit figuur 2 blijkt, is elke detector 36 voorzien van een voorversterker 1*0, welke bij voorkeur zo dicht mogelijk bij de detectoruitgangselektrode is opgesteld. Het uitgangssignaal van deze voorversterker 1*0 wordt toegevoerd aan een besturings-, analyse- en uit-gangsstelsel 1*2 (fig. 1), dat zich op een afstand van de snelle neutro-25 nenbron 22 en de detectoren 36 bevindt. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm omvat het besturings- en analysestelsel 1*2 de neutronendetectiesnelheid verschaffende organen 37 en de neutronentelsnelheidanalyse-organen 38 tezamen met de bijbehorende componenten daarvan, zoals later zal worden toegelicht.

30 Een versterker- en discriminatorstelsel 1*3 ontvangt het vooraf versterkte uitgangssignaal van elke detector 36. Het uitgangssignaal van elk versterker- en discriminatorstelsel 1*3 wordt toegevoerd aan een puls-teller 1*1*. Voor de alternatieve uitvoeringsvorm, waarbij gebruik wordt gemaakt van de detectorparen 36', 36” voor het elimineren van de invloed 35 van gedetecteerde epithermale en snelle neutronen, is een signaalaftrek-inrichting 1*6 aanwezig om de telsnelheid van de eerste detector 36’ van de tweede detector 36" van elk detectorpaar af te trekken. Tenslotte 8303640 - ιΐ+ - omvat liet neutronendetectiestelsel 16 een telmiddelingsketen 1+7 voor het verschaffen van een uitgangssignaal, dat direkt is gerelateerd aan het gemiddelde van de- ingangssignalen, welke worden ontvangen uit elk detec-torpaar 36', 36" of elke individuele detector 36.

5 De neutronentelsnelheidsanalyse-organen 38 ontvangen het uitgangs signaal van de gemiddelde neutronendetectiesnelheid-verschaffende organen 37 en vormen hieruit een uitgangssignaal, dat representatief is voor de stoomkwaliteit. De analyse-organen 38 omvatten een correctievergelijkings-inrichting voor inrichtingsvariabelen 1+8 en een correctievergelijkings-10 inrichting voor leadings- en fluiduravariabelen 50. De correctieverge-lijkingsinriehting voor ingangsvariabelen 1+8 ontvangt ingangssignalen, welke betrekking hebben op de verschillende variabelen, welke zijn gerelateerd aan de controle-inrichting 10 zelf, en levert een telsnelheid, die voor deze variabelen is gecorrigeerd. De variabelen waarvoor een cor-15 rectie wordt uit gevoerd voor de correctievergelijkingsinrichting voor inrichtingsvariabelen 1+8,. omvatten detectorrendement, inrichtingstempera-tuur en bronintensiteit. Deze kunnen met de tijd en andere factoren variëren. Met de correct ievergelijkings inrichting voor de inrichtingsvariabelen 1+8 werkt een eerste geheugen 1+9 samen. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm is 2Q een ingang 55 aanwezig voor het invoeren van het detectorrendement, de detectordruk, de ouderdom van de bron en de temperatuur van de inrichting.

Het is ook mogelijk bepaalde van deze variabelen te controleren en de correcties daarvan automatisch en continu toe te voeren. In responsie op het ontvangen van ingangssignalen ten aanzien van deze factoren, leest 25 de correctievergelijkingsinrichting voor inrichtingsvariabelen 1+8 het eerste geheugen 1+9 uit voor het verkrijgen van de vereiste correctie en voert dan deze correctie uit. Het uitgangssignaal van de córrectiever-gelijkingsinrichting voor inrichtingsvariabelen 1+8 is een gecorrigeerde telsnelheid.

30 Het uitgangssignaal van de correctievergelijkingsinrichting voor inrichtingsvariabelen 1+8 wordt toegevoerd aan de correctievergelijkings-inrichting voor fluïdum- en leidingsvariabelen 50. De correetievergelij-kingsinrichting voor fluidumr· en leidingsvariabelen 50 ontvangt ingangs?-signalen, welke betrekking hebben op de toestand van de stoom en de leir 35 dingsconfiguratie en levert als een uitgangssignaal de stoomkwaliteit.

Het is ook mogelijk, dat, zoals eerder is toegelicht, de correctie-vergelijkingsinrichting voor leidingsr en fluidumvariabelen 50 een ander 8303640 - 15 * uitgangssignaal kan verschaf fen. dan de stoomkwaliteit, zoals de leidings-volumefractie, die door het gas wordt ingenamen. De van belang zijnde ingangssignalen, waarvoor een correctie wordt uitgevoerd door een correc-tievergelijkingsinrichting voor leidings-en fluidumvariabelen 50 zijn de 5 slipverhouding (de verhouding van de dampstroomsnelheid tot de vloeistof-stroemsnelheid in de leiding 12), de leidingdLameter, en de leidingsdruk of -temperatuur.

Eet is nodig of de stoomdruk of de stoomtemperatuur te kennen om de stoomkwaliteit te berekenen wanneer de hoeveelheid H^O binnen een be-10 paalde lengte van de leiding 12 bekend is. Aangezien de stoom is verzadigd, is het niet nodig deze beide variabelen te kennen. Bij voorkeur is de gecontroleerde variabele de temperatuur. Om de temperatuur te verkrijgen, worden een of meer van de instelpennen 5¾ (welke later meer gedetailleerd zullen worden beschreven) voorzien van een thermokoppel (niet 15 af geheeld) op een plaats, waarbij contact met de leiding 12 wordt gemaakt. Een (niet af geheelde) holte kan over een afstand in de wand van de leiding 12 worden geboord teneinde een meer nauwkeurige maat van de stoomtemperatuur te verkrijgen. Het uitgangssignaal van dit thermokoppel wordt direkt aan de corrigerende vergelijkingsinrichting voor fluidum- en 20- leidingsvariabelen 50 toegevoerd. De nauwkeurigheid van deze wijze van meten van de temperatuur van de natte stoom, welke de leiding 12 doorloopt, wordt vergroot door de leiding 12 en de instelpen 3^ te omgeven met een isolatiemateriaal, zoals aangegeven in figuur 1.

De correctievergelijkingsinrichting voor fluidum- en leidings-25 variabelen 50 omvat een tweede geheugen 51» dat de vorm van een ROM kan hebben, waarin een aantal tabellen van onbehandelde stoomkwaliteit als een functie van de waargenomen telsnelheid voor verschillende leidings-diameters is opgeslagen. Men gebruikt interpolatiemethoden wanneer de lei-dingsafmeting een waarde heeft, welke is gelegen tussen dié van de be-30 staande tabellen. In dat geval vindt een correctie ten aanzien van de druk plaats. Hierna vindt de correctie voor de slipverhouding plaats ten opzichte van de naar druk gecorrigeerde onbewerkte stoomkwaliteit teneinde de werkelijke stoomkwaliteit te verkrijgen. Details van de verschillende variabelen, welke van belang zijn voor de corrigerende vergelijkingsinrich-35 ting voor leidings- en fluidumvariabelen 50 treden op bij de ingang 55. Bepaalde van deze variabelen kunnen automatisch worden gecontroleerd en ingevoerd.

8303640 r» ΐ6. τ·.

Het ondersteuningsstelsel,

Het ondersteunings stelsel 18 dient om de stoomkwaliteitscontrole-organen 30 op de leiding 12 te fixeren en verschillende elementen van de controle-organen 10 met de juiste oriëntatie ten opzichte van elkaar te 5 onder sternen. Het is van hij zonder belang, dat het onder steunings stelsel 18 zodanig is uitgevoerd, dat ervoor gezorgd wordt, dat de detectoren 36 en de snelle neutronehbron 22 nauwkeurig ten opzichte van zowel de leiding 12 als ten opzichte van elkaar zijn georiënteerd en gescheiden. Zoals aangegeven in figuur 1, omvat het ondersteuningsstelsel 18 een star mon-10 tagegestel 52 waaraan het neutronen-emitterende element 1U· en de detectoren 36 stevig zijn bevestigd. Het montagegestel 52 omvat instelpennen 5^, welke bestemd zijn om zich uit te strekken door een eventuele isolatie, welke de leiding 12 kan omgeven. Deze instelpennen 5^· zijn instel-• baar om zowel een nauwkeurige regeling van de afstand tussen de bron en 15 de leiding als een gelijke afstand tussen de leiding en de detector mogelijk te maken.

Bij de voorkeursuitvoeringsvorm is een met cadmium gevoerde neutronenreflector 20, welke het' best in figuur 1 is te zien, zodanig opgesteld, 'dat deze de snelle neutronenbron 22, de detectoren 38 en de lei-20 ding 12'omgeeft, De uitdrukking "omgeeftu, zoals deze wordt gebruikt bij het omschrijven van de ruimtelijke relatie van de reflector 20 ten opzichte van de leiding 12 beoogt aan te geven, dat de neutronenreflector 20 voor ziet in een radiale omsluiting van een sectie van de leiding 12.

De reflector 20 moet natuurlijk zijn voorzien van openingen via welke 25 openingen de leiding 12 zich uit strekt. De reflector 20 bestaat bij voorkeur uit paraffineplaten, welke zijn opgesloten in een ondersteunend, metallisch huis 58. In plaats van paraffine kan ook een ander goed moderat iemateriaal gebruikt worden, De reflector 20 is scharnierbaar teneinde toegang tot het montagegestel 52 mogelijk te maken. De binnen- en 30 buitenvlakken van de reflector 20 zijn gevoerd met een cadmiumlaag 60 teneinde te beletten, dat thermische neutronen zich in en uit de reflector 20 bewegen.

Het ondersteuningsstelsel 18 is voorzien van een (niet afgebeelde) inrichting om het ondersteuningsstelsel 18 op de leiding 12 vast te klem-35 men. Ha het instellen van de plaats van het montagegestel 52 ten opzichte van de leiding 12, kan de reflector 20 worden afgesloten en met een grendel 59 worden bevestigd, Het is gebleken, dat volgens de uitvinding 8303040 - 17 - "betere resultaten worden verkregen door het ondersteuningsstelsel 18 zodanig te monteren» dat de neutronenhron 22 zich aan de gravitationeel neerwaartse zijde van de leiding 12 bevindt.

Het is gebleken, dat de met cadmium gevoerde neutronenreflector 5 20 twee belangrijke voordelen heeft. In de eerste plaats reflecteert de reflector 20, die als een neutronenreflector werkt, naar de stoomleiding 12 vele epithermale en snelle neutronen, welke anders de inrichting 10 volledig zouden zijn ontsnapt. Hierdoor wordt het gebruik van de snelle neutronenbron 22 verbeterd en de noodzaak tot een zo sterke neutronen-10 bron, als anders nodig ζού.zijn, vermeden. De toename in neutronendetec-tiesnelhêid, veroorzaakt door het gebruik van een neutronenreflector 20, wordt duidelijk aaagegeven door de experimentele resultaten, welke men in figuur 8 vindt. Om de detectie van neutronen, welke in de reflector 20 zijn gemodereerd en direkt naar een detector 36 zijn verstrooid, tot een 15 τηίτη'πηπη terug te brengen, is het gewenst het eerder gedetaileerd omschreven epithermaal ongevoelige detectorstelsel 16 te gebruiken. In de tweede plaats dient de met cadmium gevoerde reflector 20 voor het tot een minimum terugbrengen van fouten, welke hun oorsprong vinden in neutronen, welke door omgeven van de leiding 12 verlaten, worden gethermaliseerd en 20 daarna weer naar de reflector 12 of de detectoren 36 worden gereflecteerd.

De noodzaak hiertoe is gebleken in het geval, dat tijdens een beproeving van het stelsel, ongebruikelijke resultaten werden verkregen na zware re------ - genval. Theoretisch werd vastgesteld, dat de met water doortrokken bodem bij de stoomleiding 12 diende voor het thermaliseren en reflecteren van 25 neutronen naar het stelsel, waardoor de verkregen resultaten op een aanmerkelijke wijze werden vertrokken.

De voorkeursuitvoeringsvorm vertoont belangrijke voordelen ten aanzien van radiologische veiligheid. Zoals boven gedetailleerd is besproken, is de snelle neutronenbron 22 omgeven door een moderatie-element 32 30 en een neutronenbronhuis 2b. Hierdoor wordt de gemiddelde energie van de neutronen, welke afkomstig zijn uit de neutronenbron 22, verzacht, waardoor de radiologische kwaliteitsfactor van de neutronen, welke volgens de uitvinding worden gebruikt, wordt gereduceerd. Hierdoor kan gebruik worden gemaakt van een kleinere hoeveelheid van uitwendige neutronenaf-35 scheming dan anders nodig zou zijn voor het verkrijgen van een bepaald veilig stralingsbelichtingsniveau. Voorts verlaagt het gebruik van bron-moderatie gekoppeld met de cadmiumafscheming volgens de uitvinding het 83 0 3 6 4 0 - 18 - aantal neutronen, dat aan de omgeving wordt vrijgegeven. Voorts verlagen de thermische neutronen-absorptie-inrichtingen 35» 60, die de bron 22 omgeven en de reflector 56 voeren, de flux van thermische neutronen in de buurt van de leiding 12. Hierdoor wordt de mate, waarin de leiding 12 5 wordt geactiveerd, tot een minimum teruggebracht.

Experimentele resultaten.

Men heeft de proeven gedaan om de gevoeligheid volgens de uitvinding te bepalen. De resultaten van deze proeven vindt men in de figuren , U - 8. Bij elke proef werd gebruik gemaakt van een paar proportionele 10 neutronendetectoren van het Helium-3 type met een inwendige diameter van 2,5 cm bij een druk van vier atmosfeer in een inrichting, welke overeenkomt met die, weergegeven in figuur 1. Het gebruikte monster bestond uit lucht en water, aanwezig in een leiding 12. De leiding 12 was horizontaal opgesteld, waarbij het neutronen-emitterende element 14 gravitationeel 15 naar beneden ten opzichte van de leiding 12 was gepositioneerd. Het gebruik van een luchtr- en watermonster was gewenst, omdat dit mogelijk maakte, dat de hoeveelheid waterstof in de leiding 12 met grote nauwkeurigheid kon worden gemeten en bestuurd. Als snelle neutronenbron 22 werd Californium^ 52 gebruikt. In diê gevallen, waarin de bron 22 werd gemode-20 reerd, bestond de gebruikte moderator uit een cilinder van Lucite. De bron 22 werd al dan niet gemodereerd omsloten door een cadmiumhuis.

Figuur U toont een grafische voorstelling van de neutronendetectie-snelheid als een functie van de leidingscavitatiefractie voor zowel een gemodereerde als een niet-gemodereerde bron. Deze vergelijking toont dui-25 delijk, dat wanneer alle andere factoren dezelfde zijn, de neutronende-tectiesnelheid door het gebruik van een gemodereerde bron meer dan verdubbeld wordt. Hog meer significant is de verbetering in lineariteit van de relatie tussen telsnelheid en volumefractie, welke bij het gebruik van een gemodereerde bron optreedt. Voorts blijkt het gebruik van een gemode-30 reerde bron in plaats van een niet-gemodereerde bron bijzonder gunstig te zijn bij cavitatiefracties, welke een waarde 1 naderen, waarbij dit gebied van cavitatiefracties overeenkomt met een hoge stoomkwaliteit. Deze experimentele resultaten geven duidelijk aan, dat de gevoeligheid voor het waterstofgehalte van het gemodereerde stelsel ongeveer driemaal zo groot 35 is als die van het niet-rgemodereerde stelsel voor cavitatiefracties, groter dan 0,9·

De figuren 5-7 tonen elk de relatie tussen de neutronendetectie- 8303640 - 19 - snelheid en de cavitatiefractie voor variërende maten van bronmoderatie.

De figuren 5-7 hebben respectievelijk betrekking op leidingen met diameters van 7,6 cm, 10,2 cm en 15,2 cm. Deze grafische voorstellingen toen, dat, vanneer de leidingsafmeting toeneemt, de mate van bronmoderatie, 5 welke nodig is voor het verkrijgen van de optimale mate van gevoeligheid en lineariteit voor het waterstofgehalte in het gebied met grote caviteits-fractie, in het algemeen afneemt.

it zijn verdere experimenten uitgevoerd om de nauwkeurigheid van de inrichting en werkwijze volgens de uitvinding bij het controleren van 10 de kwaliteit van de werkelijke stoom te bepalen. Uit de resultaten, aangegeven in de figuren h =- 7, werd de theoretische relatie tussen de neu-tronentelsnelheid en de stoamkwaliteit verkregen voor elk van de leidings-en moderator afmetingen. Daarna werd voor elk van de beproefde leidings-afmetingen (5*1 cm, 7,6 cm, 10,2 em en 15,2 cm, schema l6o leiding) stoom 15 met een kwaliteit, variërende van 5% tot 95% met de inrichting volgens de uitvinding gecontroleerd. Men verkreeg een maat van de werkelijke stoomr-kwaliteit door gebruik te maken van tijdrovende, ofschoon relatief nauwkeurige natriumtitreermethoden, welke aan de vakman bekend zijn bij het meten van de stoomkwaliteit. De overeenstemming tussen resultaten, ver-20 kregen met de 'inrichting volgens de uitvinding, en met de natriumtitreer-methode was uitmuntend.

8303640

Claims (24)

1. Inrichting voor het verschaffen van een uitgangssignaal, overeenkomende met de hoeveelheid vat er st ofhoudend materiaal in een omhulsel, gekenmerkt door een snelle neutronenbron, welke snelle neutronenbron bij het omhulsel is opgesteld en niet in staat is om kritiek te worden, mode- 5 ratiemateriaal, dat tussen het omhulsel en de snelle neutronenbron is qp-gesteld, welk moderatiemateriaal een neutronenmoderatievermogen van tenminste equivalent aan dat van water met een dikte van 1 cm heeft, en een neutronendetectiestelsel, voorzien van tenminste één neutronendetector, welke bij het omhulsel is opgesteld, welk neutronendetectiestelsel bestemd 10. is voor het verschaffen van een uitgangssignaal, dat de snelheid van detectie van neutronen, verstrooid uit het waterstofhoudende materiaal, voorstelt.

2. Inrichting volgens conclusie 1 gekenmerkt door een thermisch neu-tronenscherm, dat tussen de tenminste ene neutronendetector en het mode- 15 ratiemateriaal is opgesteld.

3. Inrichting volgens, conclusie 2 gekenmerkt door een neutronenreflector,., die om de combinatie van de snelle neutronenbron, de tenminste ene neutr,onendetector en het omhulsel is opgesteld. k. Inrichting volgens conclusie 3 gekenmerkt door een tweede thermisch 20 neutronenscherm, dat tussen de neutronenreflector en de tenminste ene neutronendetector is opgesteld.

5. Inrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de reflector bestaat uit een waterstofhoudend materiaal met een neutronenmoderatievermogen, dat tenminste equivalent is aan dat van 3 cm wat.

6. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat het omhulsel symmetrisch is opgesteld om een longitudinale as, waarbij het neutronendetectiestelsel is voorzien van twee neutronendetectoren, welke neutronendetectoren symmetrisch zijn opgesteld om een vlak, bepaald door het geometrische midden van de snelle neutronenbron en de longitudinale as van 30 het omhulsel, waarbij de neutronendetectoren voor thermische neutronen een groter neutronendetectierendement hebben dan voor epithermale neutronen.

7. Inrichting volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat een lijn, welke het geometrische midden van de detectoren met elkaar verbindt, de longitu- 35 dinale as van het omhulsel snijdt.

8. Inrichting volgens convlusie 7 met het kenmerk, dat de neutronen- 8303640 - 21 - detectoren elk twee detectiekamers omvat. 9* Inrichting volgens conclusie b met het kenmerk, dat de eerste en de tweede thermische neutronenschermen bestemd zijn voor het invangen van in hoofdzaak alle neutronen, welke op deze schermen invallen en energieën 5 in het gebied van nul eV tot een eerste energie hebben, en het neutronen-deteetiestelsel in hoofdzaak ongevoelig is voor neutronen met energieën, welke groter zijn dan de genoemde eerste energie.

10. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat het thermische neutronenscherm bestemd is voor het invangen van in hoofdzaak alle neutro-10 nen, welke op dit scherm invallen met energieën in het gebied van nul EV tot een eerste energie en het neutronendetect.iestelsel in hoofdzaak ongevoelig is voor de neutronen met energieën, welke groter zijn dan de genoemde eerste energie,

11. Inrichting voor het controleren van de hoeveelheid H^O in een gedeel- 15 te van een leiding, gekenmerkt door een bron van snelle neutronen, welke bron van snelle neutronen in de buurt van de leiding is opgesteld en geen kritische massa van splijtbaar materiaal omvat, organen voor het modereren van neutronen, welke de leiding vanuit de snelle neutronenbron binnentreden voordat de neutronen de leiding bereiken, welke moderatie-organen een neu-20 tronenmoderatievermogen hebben, dat tenminste equivalent is aan dat van 1 cm dikte water, organen voor het detecteren van neutronen, welke neutro-nendetectie-organen voor thermische neutronen een groter detectierendement hebben dan voor epithermale neutronen, welke neutronendetectie-organen zijn voorzien van tenminste êên neutronendetector, welke bij de leiding is op-25 gesteld en zich op een afstand van de snelle neutronenbron bevindt, en afschermorganen om in hoofdzaak te beletten, dat neutronen met energieën, minder dan Q,U eV, zich vanuit de moderatie-organen naar de leiding en de neutronendetector bewegen.

12. Inrichting voor het controleren van de hoeveelheid H^O volgens 30 conclusie 11 gekenmerkt door een neutronenreflector, welke de combinatie van de snelle neutronenbron, de moderatie-organen, de leiding en de tenminste ene neutronendetector omgeeft.

13. Inrichting volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat een reflecterend, thermischt neutronenscherm binnen de neutronenreflector is opgesteld, 35 welk reflecterend neutronenscherm de combinatie van de moderatie-organen, de tenminste ene neutronendetector, de leiding en de snelle neutronenbron omgeeft, waarbij het reflecterende thermische neutronenscherm bestemd is 83 0 3 S4 0 1 · - 22 - voor het invangen van neutronen met energieën, welke kleiner zijn dan 0,¼ eV. 1¼. Inrichting volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de neutronen-detectie-organen zijn voorzien van twee neutronendetectoren, welke neu-5 tronendetectoren symmetrisch zijn opgesteld om een vlak, bepaald door_ het geometrische midden van de snelle neutronenbron en de longitudinale as van de,.leiding.

15· Inrichting volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de moderatie-organen een dikte van waterstofhoudend materiaal omvatten, opgesteld tus-10 sen de snelle neutronenbron en de leiding, en de afschermorganen zijn voorzien van een thermische neutronenabsorptie-inrichting, welke tussen de moderatie-organen en de combinatie van de leiding en de tenminste ene detector is opgesteld.

16. Inrichting voor het controleren van de stoomkwaliteit van een 15 stoomr-watermengsel, dat zich door een leiding beweegt, gekenmerkt door een snelle neutronenbron, welke snelle neutronenbron geen kritische toestand kan bereiken, moderatiemateriaal, dat tussen de leiding en de snelle neutronenbron is opgesteld, welk moderatiemateriaal een moderatievermogen heeft, dat equivalent is aan tenminste 1 cm dikte water, een neutronen-20 detectoestelsel met tenminste êën neutronendetector, welk neutronendetec-tiestelsel bestemd is voor het verschaffen van een uitgangssignaal, dat de snelheid van detectie van de neutronen, welke de tenminste ene neutronendetector doorlopen, voorstelt en organen om de snelle neutronenbron en de tenminste ene neutronendetector zodanig aan de leiding te bevestigen, 25 dat de snelle neutronenbron en de tenminste ene neutronendetector in een vaste relatie ten opzichte van elkaar worden gehouden.

17. Inrichting volgens conclusie 16 met het kenmerk, dat de tenminste ene neutronendetector van het type is, waarvan het neutronendetectieren-dement invers is gerelateerd aan de neutronenenergie.

18. Inrichting volgens conclusie 17 gekenmerkt door een thermisch neutronenscherm, dat tussen het moderatiemateriaal en de combinatie van de tenminste ene neutronendetector en de leiding is opgesteld.

19. Inrichting volgens conclusie 16 of 18 met het kenmerk, dat er twee neutronendetectoren zijn, waarbij een eerste lijn,welke de neutro- 35 nenlijnen met elkaar verbindt, loodrecht staat op een tweede lijn, welke het midden van de leiding en de neutronenbron met elkaar verbindt.

20. Inrichting volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de eerste lijn 8303640 - 23 - de longitudinale as van de leiding snijdt.

21. Inrichting volgens conclusie 17 gekenmerkt door een neutronenreflector, die om de combinatie van de neutronenbron, de tenminste ene neutronendetector en de leiding is opgesteld.

22. Inrichting volgens conclusie 21 gekenmerkt door een tweede ther misch neutronenscherm, dat tussen de neutronenreflector en de neutronendetector is opgesteld.

23. Werkwijze voor het controleren van de hoeveelheid van de vloeistof-faze van een vaterstofhoudend fluïdum in een omhulsel met het kenmerk, 10 dat een populatie van snelle neutronen uit een snelle neutronenbron wordt opgewekt, welke bron op een afstand van het omhulsel is opgesteld en geen kritische massa van splijtbaar materiaal omvat, tenminste een gedeelte van de neutronen, welke het omhulsel vanuit de snelle neutronenbron bereikt, wordt gemodereerd, waarbij de mate van moderatie tenminste equiva-15 lent is aan die van 1 cm dikte vloeibaar water, de gemodereerde neutronen worden afgeschermd in een positie, gelegen tussen de bron en de leiding, teneinde daaruit in hoofdzaak alle thermische neutronen te verwijderen cm -een neutronenpopulatie met epithermale neutronen te verkrijgen, het omhulsel aan de epithermale neutronen wordt blootgesteld, neutronen op een eerste 20 plaats bij"het omhulsel worden gedetecteerd en door middel van geautomatiseerde verwerkingsorganen de snelheid van detectie van neutronen wordt omgezet in een maat voor de hoeveelheid van de vloeistoffaze in het omhulsel. 2b. Werkwijze volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat de neutronen worden gedetecteerd op een tweede plaats, welke bij de leiding is gelegen. 25 25· Werkwijze volgens conclusie 2b, waarbij het waterstofhoudende fluidum een gas en een waterstofhoudende vloeistof omvat met het ken-. . merk, dat de druk van de leiding wordt gecontroleerd en de massafractie van de waterstofhoudende vloeistof in de leiding wordt bepaald.

26. Werkwijze volgens conclusie 2b met het kenmerk, dat de volume-30 fractie van de waterstofhoudende vloeistof in de leiding wordt bepaald.

27· Werkwijze volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat bij de omzetting een uitgangssignaal wordt geleverd, dat direkt is gerelateerd aan de volumefractie van het omhulsel, dat door de vloeistoffaze wordt ingenomen. 35 2δ. Werkwijze volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat bij de omzetting een uitgangssignaal wordt geleverd, dat omgekeerd gerelateerd is aan de volumefractie van het omhulsel, dat door de vloeistoffaze wordt inge- 8303640 ~ 2b r- nomen,

29. Werkwijze volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat hij de omzetting een uitgangssignaal wordt geleverd, dat direkt gerelateerd is aan de massa-fractie van het waterstofhoudende fluïdum, dat zich in de vloeistoffaze 5 bevindt.

30. Werkwijze volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat hij de omzetting een uitgangssignaal wordt verkregen, dat omgekeerd gerelateerd is aan de massafractie van het waterstofhoudende fluïdum, dat zich in de vloeistoffaze bevindt, «1 8303640