NO133539B - - Google Patents

Description

Fjernsynskamera.

Foreliggende oppfinnelse angår fjernsynskameraer som kan brukes i omgivelser som er utsatt for atom- og kjerne-stråling.

Oppfinnelsen går spesielt ut på et fjernsynskamera som kan overføre visuelle opplysninger fra innsiden av en atommile mens reaktoren er i drift, eller fra punkter som ligger meget nær opptil en sterkt radioaktiv kilde.

Det er hittil vært vanlig å føre et fjernsynskamera inn i milen mens milen har vært avstengt. Levetiden for en gra-fitt-moderert gassavkjølt reaktor er be-grenset av levetiden for det trykk-kar som normalt omslutter den, og levetiden for dette trykk-kar avtar med hyppig avsteg-ning og oppstarting av milen. Det er også kostbart å gjennomføre gjentatte avstegninger og oppstartninger av milen på grunn av de lange tidsrom som kreves for disse prosesser under hvilke det ikke opnås noen effekt. Av disse grunner er det derfor ønskelig at et fjernsynskamera skal kunne benyttes inne i en mile slik at det skaffes bilder under milens drift og slik at det nødvendige antall avstegninger derved reduseres.

Typiske strålingsforhold som sannsyn-ligvis vil oppstå inne i en atommile kan klassifiseres til omtrent IO<13> neutroner pr. cm<2> pr. sek. og 10° røntgen pr. time for en Mev gamma. Temperaturen er omtrent 300° C og mer og trykket er omtrent 18 kg. pr. cm<2>.

Det har hittil ikke vært ansett mulig å bruke et fjernsynskamera under disse for-

hold fordi de vesentlige bestanddeler som hittil har vært brukt i fjernsynskameraer ødelegges og gjøres ubrukelige i meget kort tid under slike strålingsforhold.

De materialer og bestanddeler som be-inyttes i et fjernsynskamera må derfor velges slik at de kan motstå atom- og kjerne-stråling. De forandringer som materialene og bestanddelene mer eller mindre må tilfredsstille er spesielt: a) tilstrekkelig motstand mot skade på grunn av stråling for å tillate en rimelig driftstid under forhold med sterk stråling. b) liten størrelse på indusert radioaktivitet for å gjøre det mulig å reparere et feilaktig kamera innenfor en rimelig tid etter et kamera er tatt ut fra milen. c) lite neutronabsorberende tverrsnitt for å unngå at bestanddelene har noen util-børlig styrevirkning på driften av selve milen, eller at det dannes unødvendige store mengder varme inne i fjernsynskameraet.

Skade på grunn av stråling slik det er nevnt under a) forekommer i det vesentlige på to generelle plan: det elektroniske og det atomære eller molekylære.

Elektronsforstyrrelser fører til forandringer i egenskaper som f. eks. elektrisk lede-evne, dvs. egenskaper som er avhengige av elektroniske tilstander Innretninger som er avhengig av at det holdes ved like vel-definerte konsentrasjoner av fri elektroner, f. eks. transistorer, er spesielt følsomme overfor stråling.

Virkninger på det atomære og molekylære plan har ofte mekaniske karakter. Strålingsskade medfører da atomforskyv-ninger fra stillinger i krystallniønstret og mange mekaniske egenskaper er følsomme for forstyrrelser i materialets grunnstruk-tur. Tetthet, elastiske egenskaper, flyte-grense o.s. v. er alle i forskjellig utstrek-ning påvirket av stråling. Ved forbindelser skjer det kjemiske forandringer når atom-ene som danner molekylene forskyves og molekylene brytes opp. Materialer som inneholder komplekse molekyler undergår drastiske forandringer i fysiske egenskaper ved relativt små strålingsdoser som f. eks. skal nevnes at naturgummi blir hårdere mens butylgummi blir bløtere.

Alle molekylærvirkningene er imidlertid ikke mekaniske, og optisk oppførsel kan også påvirkes. Forskyvning av atomer be-virker forandring av resonansfrekvensene for de kompliserte atomsystemer som ut-gjør materialene, og sterk absorbsjon kan forekomme i viktige partier av spektret. Vanlig optisk glass kan utsettes for slik skade, dets overføringskoeffisient avtar i størrelse og det fremkommer en brun farg-ing.

I tabell I er det gitt eksempler på strålingsskader på elektroniske bestanddeler og materialer.

Med hensyn til punkt b) må de valgte materialer ha så kort halvverditid som mulig, fortrinsvis i området timer, minutter eller sekunder, i motsetning til uker eller måneder, slik at det er mulig å utføre re-parasjoner i et feilaktig kamera ved bruk av passende utstyr innenfor en rimelig tid etter at kameraet er tatt ut fra milen. Tabell II viser halv-verdi-tiden for en rekke elementer. Et material som, selv om det har en forholdsvis lang halv-verdi-tid, har forholdsvis lav strålingsenergi slik at det1 ikke blir overveldende radioaktivt kan imidlertid velges hvis andre betraktninger skulle gjøre et slikt valg spesielt ønskelig. Et slikt material som er valgt i henhold til foreliggende oppfinnelse er tantal for elektrolytiske kondensatorer slik det skal beskri-ves nedenfor.

Med hensyn til punkt c) bør de bestanddeler som benyttes ikke inneholde elementer med stort neutronabsorberende tverrsnitt for innfallende stråling. Tabell III viser det neutronsabsorberende tverrsnitt for én rekke elementer. Bor og kadmium er fullstendig utilfredsstillende å benytte. Bortsett fra at disse elementer har en virkning på driften av selve milen er den varme de utvikler uønsket for utstyret.

Det særegne ved et fjernsynskamera i henhold til oppfinnelsen, for bruk i atom-

reaktor og som omfatter en i det vesentlige sylindrisk kapsel av aluminium og en linse nær den ene ende av kapselen, et foto-konduktivt kamerarør med sin treffplate anbragt bak linsen, samt en forsterker, består i at linsen er laget av stabilisert glass, at i det minste frontflaten på kame-rarøret er laget av stabilisert glass, kvarts eller syntetisk safir at røret er utstyrt med fokusinnstillings- og avbøyningsspoler viklet av aluminiumtråd, og at forsterkeren omfatter en motstandskoblet rørforsterker hvor motstandene utgjøres av tråd viklet om keramiske former, hvor de elektrolytiske kondensatorer omfatter tantalelektroder og de andre kondensatorer har alumini-umelektroder og hvor strømkretsene er dannet av aluminiumtråd.

De elektrolytiske kondensatorer med tantalelektroder er de eneste elektrolytiske kondensatorer som har vist seg motstandsdyktige' overfor strålingsskade og som kan skaffe den nødvendige store kapasitet sam-tidig som de har så liten størrelse at de kan settes inn i den begrensete plass som står til rådighet inne i kamerahylsen. Selv om tantal har en halv-verdi-tid på 111 døgn frembringer den bare en meget liten stråling Etter en tid på to uker etter fjerning fra reaktoren har det vist seg at kontakt-dosehastigheten for tantalkondensatorer var 50 milli-Røntgen pr. time for gamma-og betastråler. Dette er ikke noe prohibitivt reaktivitetsforhold og kondensatorene kan uten fare behandles med verktøy

Elektrolytiske tantalkondensatorer av en av de kjente typer omfatter en pakning av polytetraluoretylen som er utsatt for strålingsskader. For å vedlikeholde den mekaniske styrke blir slike kondensatorer innehyllet i en epoksy-harpiksmasse, f. eks. a\ den type som er kjent under handelsnavnet «Araldite». For å tillate gassutvikling er det anordnet et lite ventilasjons-hull i harpiksmassen.

De andre kondensatorer med alumini-umelektroder har dielektrika av papir, glimmer eller keramikk.

For de elastiske tetninger som måtte benyttes i apparatet foretrekkes en syntetisk gummi på silikonbasis, f. eks. av den type som er kjent under handelsnavnet «Silastomer».

For isolasjon som måtte kreves for de elektriske installasjoner foretrekkes silisiumoksydfibre eller polyten.

For elektriske lamper eller lyskilder bør det benyttes kvarts eller stabilisert glass. Lampehetter bør lages av aluminium.

For at oppfinnelsen skal forstås bedre skal det henvises til vedføyete tegninger. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom et fjernsynskamera for bruk i en atomreaktor. Fig. 2 viser et snitt etter linjen A-A i fig. 1. Fig. 3 viser et snitt etter linjen B-B i fig. 1, og i større målestokk.

Fig. 4 viser et koblingsskjema.

Det fjernsynskamera som er vist på tegningene er konstruert for drift inne i en gasskjølet atomreaktor, og er utført i form av en avlang, i det vesentlige sylindrisk hylse 1 som er innrettet til å plugges inn i en holder 2 for hylsen. Hylsen omfatter et kamerarør 3 og bare de komponenter som må være anbragt nær røret, d. v. s. kameralinsen 4, strålestyringsspolene samt rørets forsterker 5. Linsen 4 er anordnet i den ene ende av hylsen 1 mens den annen ende er utstyrt med elektriske pluggkoblinger 6. Holderen 2 har et rørformet kammer 7 inn i hvilken hylsen 1 kan skyves gjennom en åpning 8 i den ene ende av holderen. Den annen ende av kammeret er utstyrt med en elektrisk pluggkobling 9 som er innrettet til å oppta pluggkoblingene 6 i enden på hylsen 1 når denne er skjøvet inn i holderen 2.

I den utførelsesform som er vist omfatter holderen en innkapsling omfattende labyrintkanaler for sirkulasjon av kjøle-gass slik at innkapslingen utgj ør en varmeisolerende pute for å beskytte kamerahylsen mot de høye temperaturer som finnes i reaktorkaret. Som vist omfatter innkapslingen en rekke konsentriske sylindre 11, 12, 13 og 14, fortrinsvis av rustfritt stål, hvilke sylindre holdes sammen ved hjelp av endeplatene 15 og 16 slik at de begrenser ringformede kamre mellom nabosylindre. Den indre sylinder 11 er utformet med en rekke åpninger 17 som ligger langs en linje som er parallell med innkapslingens akse. Diametralt motsatt åpningene 17 i sylinderen 11 er det i sylinderen 12 anordnet en rekke åpninger 18, og diametralt motsatt disse åpninger 18 er det i sylinderen 13 anordnet en rekke åpninger 19. Den ytre sylinder 14 er ikke gjennomhullet. Omtrent diametralt motsatt åpningene 19 i sylinderen 13 er det i endeplaten 16 anordnet en rekke hull 20 som fører ut fra det ytre ringformede kammer. Endeplaten 16 er utstyrt med et deksel 21 med en midtre åpning i hvilken er anbragt en slangeanordning 22 bestående av et midtre rør 23 som er omgitt av flere mindre rør 24. Det midtre rør 23 sørger for tilførsel av kjølegass og er forbundet med en midtre åpning i endeplaten 16 slik at kjølegassen føres inn i det indre av innkapslingen. De mindre rør 24 står i forbindelse med det kammer som dannes mellom endedekslet 21 og endeplaten 16 og danner tilbakestrømnings-kanaler for kjølegass som har vært ført gjennom labyrinten av ringformede kammere i innkapslingen på den måte som er vist i fig. 2, og gjennom åpningene 20 i endeplaten 16.

Slangeanordningen 22 brukes for opp-henging av kameraet inne i atommilen og også for senking og tilbaketrekning av kameraet. Slangen kan beveges fra utsiden av reaktoren ved hjelp av et heiseverk (ikke vist) og er ved den ende som er utenfor reaktorkammeret utstyrt med koblinger for tilførsel av kjølegass og for uttømming av den gass som kommer tilbake gjennom rørene 24.

Inn i det midtre rør 23 er det ført en elektrisk kabel 25 som inneholder ledninger som forbinder pluggkontaktene 9 med ka-merastyreenheten som er anbragt utenfor reaktoren.

Slangeanordningen 22 er fortrinsvis bøyelig og kan være utført slik som vist i fig. 3. Røret 23 omfatter hensiktsmessig en skrueviklet bøyelig metallslange som kan være omgitt av et lag av varmeisolerende material 26, f. eks. av silisiumoksydfibre. Rørene 24, som også hensiktsmessig er utført som skrueviklete bøyelige metall-slanger, er viklet i skruelinje rundt røret 23. Hvert av rørene 24 kan også være dek-ket med varmeisolerende material 27. Hele anordningen er innesluttet i et dekke av varmesikkert material 28 samt et dekke 29 av trådfletning eller metallhud for å beskytte slangeanordningen mot fysisk skade. Mellomrommene 30 mellom rørene 24 kan fylles med isolerende material og kan også oppta heise- eller støttewirer.

Ved den slangeutførelse som er beskrevet blir kamerakabelen 25 og den kjøle-gass som tilføres gjennom røret23 beskyttet av den ytre hud av gassfylte rør 24 samt de

varmesikre lag mot de høye temperaturer inne i reaktoren. Mens gassen i rørene 24

vil være varmere enn gassen i innløpsrøret 23 vil den ikke ha den meget høye tempe-ratur som er i omgivelsene inne i reaktoren.

Kamerahylsen 1 holdes i innkapslingen 2 ved hjelp av muffeformede holdere 41, 42 som rager innover fra endeveggene 15, henh. 16. Muffen 42 bærer en skillevegg 40 som inneholder pluggkoblingene 9. På innsiden av skilleveggen 40 er det til muffen 42 festet en ring 43 med en aksial sliss og med en innvendig diameter som passer for opptagelse av endehetten 44 på hylsen 1. Den aksiale sliss i ringen 43 danner kile-spor for opptagelse av en kile 45 på endehetten 44 for å sikre at hylsen 1 bare kan settes inn i den ene stilling hvor pluggene 6 vil gripe inn i de tilvarende fatninger i koblingen 9.

Det indre av kameraet kan kjøles ved at kjølegass føres inn gjennom røret 23 og deretter gjennom åpninger 46 i skilleveggen 40 og åpninger i endehetten 44, inn i det indre av hylsen 1 hvis hylsevegg 47 er utstyrt med en eller flere slisser eller åpninger gjennom hvilke gassen kan tømmes ut i kammeret 7 inne i sylinderen 11. Slis-sene eller åpningene i veggen 47 i hylsen kan øke i bredde, diameter eller antall i retning fra endehetten 44 mot linsen slik at kjølegassen vil tvinges til å strømme gjennom hele hylsen.

Inne i hylsen 1 er kamerarøret 3 anbragt. Dette kan hensiktsmessig være av den såkalte foto-konduktive type, hvis treffplate er anbragt like bak linsen 4. Rundt røret 3 er det anbragt avbøynings-spoler 51 og en fokusinnstillingsspole 52 som kan være viklet på en passende form 53 hvis ytre diameter ved endeflensene er slik at den passer tett inne i hylseveggen 47 slik at spolene og røret 3 anbringes sen-tralt inne i hylsen 1. Røret 2 er videre utstyrt med trimmespoler 54 og kontaktstift-ene på enden av røret 3 er forbundet ved hjelp av koblingsholder 55 til forsterker-enheten som er vist ved 5. Denne forsterker er hensiktsmessig anordnet i et stativ som omfatter et par endeplater 60, 61 som holdes fra hverandre ved hjelp av avstands-stykker 62. Endeplaten 60 bærer en rør-holder for et rør 63 og bærer også andre komponenter som f. eks. kondensatorer 72, 83 og spoler 79, 85. Andre deler av forsterkeren kan anbringes mellom platene 60, 61.

Ved forenden er hylsen 1 lukket ved hjelp av et vindu 56, og det er anordnet elektriske lamper 57 for belysning av det som skal sees gjennom linsen 4.

Strømkretsen for en passende forsterker er vist i fig. 4 som også viser de elektriske forbindelser fra pluggene 6 til de andre deler i hylsen. Forbindelsene til lam-pene 57, til fokusinnstillingsspolen 52, trim-mespolen 54, spolene 51V for vertikal av-bøyning og spolene 51H for horisontal av-bøyning skulle ikke trenge nærmere for-klaring. Anoden på kamerarøret 3 er forbundet med +300 volts tilførsel over mot-standen 71 og er avkoblet til jord ved hjelp av kondensatoren 72. Strålestyrespennin-gen og vertikalsutvisknings-pulser tilføres gitteret gjennom lederen 73. Horisontal - utviskningspulser utledes fra spennings-bølgen over spolene 51H for horisontal av-bøyning og påtrykkes katoden 74 i røret 3 gjennom lederen 75. Kamerarøret virker derfor som sin egen blander for de vertikale og horisontale utviskingspulser. Signalut-gangen fra treffplaten 76 føres til forsterkeren som omfatter en to-trinns motstandskoblet forsterker med en katode-følger-utgang.

Utgangen fra treffplaten føres til gitteret i en første triode VI over en utlig-ningsspole 79 og en kondensator 80. Mot-stander 81 og 84 utgjør treffplate-belast-ningsmotstanden, og treffplate-likespen-ningen tilføres over motstand 82 som er avkoblet til jord ved hjelp av kondensator 83. Gitteret i trioden VI er forbundet med katoden i triode V2 over motstand 84. Ut-ligningsspole 85 og anode-belastningsmot-stand 86 er forbundet med anodetilførse-len til trioden VI, hvor anoden er forbundet over kondensator 87 til gitteret i trioden V2 som igjen er forbundet med jord over mot-standen 88. En forspenningsmotstand 89 som er koblet inn i katodeledningen for trioden VI er shuntkoblet av en elektrolytisk kondensator 90. Anoden i trioden V2 er direkte forbundet med høyspen-ningstilførselen som er avkoblet til jord ved hjelp av en elektrolytisk kondensator 91. Katodegløderne er vist ved 92 og er avkoblet til jord over kondensator 93.

Ved å forbinde gitteravkoblingen for trioden VI til katoden i trioden V2 vil det tillates en større verdi for katode-forspen-ningsmotstanden 89, idet det derved tillates likestrømsstabilisering av koblingstrinnet for trioden VI. Denne direkte kobling fra katoden i trioden V2 til gitteravkoblingen for trioden VI skaffer også automatisk negativ tilbakekobling for å redusere for-sterkerens inngangsimpedans. Denne nye kobling skaffer disse fordeler uten behov for ytterligere bestanddeler.

Hylsen 1 kan også inneholde en tempe-raturavhengig motstand 94 for angivelse utenfor reaktoren av temperaturen inne i hylsen.

De materialer og bestanddeler som benyttes i fjernsynskameraet er valgt slik at de har liten indusert radioaktivitet og er tilstrekkelig motstandsdyktige overfor strålingsskade for derved å tillate en brukbar driftstid under den sterke stråling som forekommer i en atomreaktor. Nedenfor skal angis det foretrukne utvalg for kameraet.

Kameralinsen er laget av stabilisert glass. Fronten av kamerarøret er laget av stabilisert glass, smeltet kvartsglass eller syntetisk safir. Resten av rørkolben kan være laget av alminnelig glass, men glasset bør være fritt for bor. Rørkolben i forsterkeren bør være laget av glass som er fritt for bor, eller av metall.

De ledninger og ledere som benyttes er i den grad det er mulig laget av aluminium fortrinsvis rent aluminium, og koblingene er dannet ved aluminiumslodding. Folcus-innstillings- og avbøynings-spolene er viklet av aluminiumtråd som er anodisert for å skaffe isolasjon mellom vindingene. Form-en for fokusinnstillingsspolen kan lages av aluminium hvis overflate er anodisert, og i dette tilfelle bør overflaten være utført med spor for å unngå at det dannes en kortsluttet vinding. Alternativt kan form-en være laget av keramikk eller det material som er kjent under navnet «Tufnol». Utjevningsspolene er viklet av anodisert aluminiumstråd på en keramikkform.

De elektrolytiske kondensatorer 90,91 har tantalelektroder, og de andre kondensatorer kan ha aluminiumselektroder med dielektrika av papir eller keramikk. Motstandene er fortrinsvis viklet tråd. Når det gjelder motstandene 81, 82, 84 og 88 omfatter disse et metallag på fiberglass viklet på en keramikkform. Slike mot-stander kan skaffes under handelsnavnet «Fiberloy». Motstandene 71, 86 og 89 er viklet med nikkelkrom-tråd på keramikk-former.

De konstruktive deler av hylsen er laget av aluminium eller keramikk. Den ytre hylsehud er også laget av aluminium. Be-lysningslampene er også fortrinsvis utstyrt med aluminiumshetter. Det som måtte trenges av isolasjonskapsling på lederne er fortrinsvis av silisiumoksydfibre eller poly-then.

Elektrolytiske tantalkondensatorer av den type som fåes i handelen er anbragt med en pakning av polytetrafluoretylen som er utsatt for strålingsskade. For å øke den mekaniske styrke for de elektrolytiske kondensatorer er disse innhyllet i en masse av epoksy-harpiks, f. eks. den harpiks som er kjent under handelsnavnet «Araldite». Harpiksmassen som kondensatorene er innhyllet i er forsynt med et lite ventila-sjonshull for eventuell gassutvikling fra elektrolyten eller pakningen av polytetrafluoretylen.

Enden av kamerahylsen kan være utstyrt med hjelpeanordninger, som f. eks. reflekterende speil som kan trekkes tilbake eller innstilles slik at kameraet kan se i retninger på tvers av sin akse, eller kroker, grabber eller andre redskap for utførelse av forskjellige operasjoner inne i reaktoren og i synsfeltet for kameraet. På teg-ningen er slikt utstyr omfattende mekaniske grabber 100 vist skjematisk. Disse grabber kan fjernstyres ved hjelp av bøye-lige kabler eller pneumatiske eller elektriske motorer innebygget i kamerahylsen eller i hjelpeanordningen, idet styreanord-ningen føres ut av reaktoren gjennom slangeanordningen.

Alternativt kan speil, grabber, kroker, lys eller andre anordninger bæres av holderen 2, i hvilket tilfelle styremotorene kan innebygges i holderen. Eventuell elektrisk forbindelse mellom kamerakabelen og til-behøret kan frembringes ved hjelp av kon-taktringer eller tilsvarende koblingsanord-ninger på den ytre flate av hylsen 1.

Når kameraet av en eller annen grunn blir ubrukbar kan det lett trekkes ut fra holderen ved hjelp av passende fjernstyrt manipulermgsanordning, og kan føres ved hjelp av en renne til et egnet sted for gass-rensing eller ødeleggelse. Da de enkelte bestanddeler i kameraet har kort halvverditid er det praktisk mulig å reparere en defekt kameraenhet etter passende tid.

Selv om det er beskrevet en spesiell ut-førelsesform vil det være klart at det kan gjøres mange endringer uten at det gås bort fra grunntanken for oppfinnelsen. Det kan således benyttes et oppfangingsrør med elektrostatisk avbøyning og/eller fokusinnstilling. Holderens utførelse kan også endres ved å anordne flere eller færre ringformede kammere eller annen form for varmeisolering avhengig av omgivelses-temperaturen i reaktoren. Slangeanordningen kan også endres og de mange ytre rør for tilbakestrømning av gass kan er-stattes av et eneste ytre rør som omgir det midtre rør. De mindre rør 24 i slangeanordningen behøver ikke alle benyttes for tilbakeføringen av kjølegass, noen av dem kan også benyttes for fremføring av trykk-gass for påvirkning av styreanordninger på kameraet eller holderen. Videre kan det, for å kjøle ytre deler av apparatet eller til-behøret, anordnes åpninger i holderen for gjennomføring av kjølegass mot den del som skal kjøles.

Veggen 47 i hylsen 1 kan omfatte et aluminiumsrør eller kan være utført av to halvsylindriske deksler som blir satt sam- men. De enkelte bestanddeler kan da anbringes på det ene deksel mens det annet deksel kan fjernes for ettersyn.

Claims (1)

1. Fjernsynskamera for bruk i atomreak-torer, omfattende en i det vesentlige sylindrisk kapsel av aluminium og en linse nær den ene ende av kapselen, et foto-konduktivt kamerarør med sin treffplate anbragt bak linsen, samt en forsterker, karakterisert ved at linsen (4) er laget av stabilisert glass, at i det minste frontflaten på kamerarøret er laget av stabilisert glass, kvarts eller syntetisk safir, at røret er utstyrt med fokusinnstillings- og avbøynings-spoler (52, henhv. 51) viklet av aluminiumtråd, og at forsterkeren (5) omfatter en motstandskoblet rørforsterker hvor motstandene utgjøres av tråd viklet om keramiske former, hvor de elektrolytiske kondensatorer (90, 91) omfatter tantalelektroder og de andre kondensatorer har alumi-niumelektroder og hvor strømkretsene er dannet av aluminiumtråd.