SE500593C2 - Anordning för mätning av koncentrationen av radioaktivitet i en vätska - Google Patents

Description

(fl \ l \ 2 in i mätröret så att den radioaktiva vätskan inte bringas i direkt kontakt med mätrörets inneryta. Följaktligen minskar risken för ackumulering av radioaktivitet på mätrörets yta. En detektor för mätning av radioaktivitet är anordnad på utsidan av mätröret, och mäter koncentrationen av radioaktivitet i den radioaktiva vätskan utan att stå i kontakt med mätröret. Det vatten som passerat genom mätröret, tömmes ut genom en ut- tömningsöppning via ett vattenutloppsrör, anordnat på mätrör- ets utloppssida, och sedan via en stoppventil till en tank.

Problemet med denna kända anordning är att ackumulering av radioaktivitet på mätrörets inneryta inte kan undvikas trots att vätskan i strålen inte står i omedelbar kontakt med mät- röret. Stänk pga fluktuationer i mätstrålen leder med tiden oundvikligen till en sådan ackumulering.

I JP-C-137595/77 beskrivs en anordning av huvudsakligen samma grundstruktur som den nyss nämnda anordningen, men med det tillkommande särdraget att i mätrörets övre del finns en dubbelrörstruktur, varvid det inre rörelementet, eller ut- tömningsröret, leder vatten vars halt av radioaktivitet skall mätas, och alstrar en lodrät stråle ned genom mätröret. Man tillför dessutom rent vatten till det yttre mätröret på ett sådant sätt att det rena vattnet rinner längs mätrörets in- neryta och därvid bildar en skyddande film av rent vatten så att risken för kontaminering av mätrörets innervägg minskar.

Den senare ànordningen är behäftad med den nackdelen att stora mängder spolvätska åtgår för att man skall säkerställa en homogen spolfilm på mätrörets inneryta, utan bildning av "stråk", dvs avbrott i den kontinuerliga filmen som snabbt fortplantar sig till inloppsrörets mynning. Pga den stora mängden spolvätska som erfordras uppstår problem med hantering av avfallet, dvs den radioaktivt kontaminerade mätvätskan blandad med spolvätskan. 3 I EP-B-O 053 364 beskrivs en anordning innefattande en verti- kalt arrangerad yttre cylinder, ett organ för mätning av radioaktivitet, ett organ för tillförsel av radioaktiv vätska till det inre av den yttre cylindern, och ett organ för till- försel av spolvätska längs det yttre rörets inre yta. Vid denna anordning har man försökt lösa problemet med den stora mängden kontaminerat avfall, genom att återföra vätskan till det slutna systemet. Detta erfordrar dock att analysutrust- ningen är trycksatt till det tryck som råder i det cirkuleran- de primär- eller kylvattnet, vilket kan uppgå till 70 bar. Det inses att detta medför en komplex utrustning med åtföljande höga kostnader för utrustningen.

I EP-B-O 143 162 har man vidareutvecklat tekniken från nyss nämnda patent. Detektorn för radioaktivitet har anordnats inuti ett inre rör, och mätflödet är arrangerat som ett ring- formigt flöde kring det inre röret. För undvikande av kontami- nering alstrar man två spolflöden, ett längs innerrörets utsida och ett utmed ytterrörets insida.

DET TEKNISKA PROBLEMET Syftet med den föreliggande uppfinningen är således att lösa det problem som fortfarande föreligger med de kända anord- ningarna för mätning av radioaktivitet i vatten från t ex ett kärnkraftverks kylsystem, nämligen att möjliggöra mätning av radioaktivitet på sådant vatten, varvid endast små prov-vat- tenmängder behöver tas ut. Dessutom skall endast mycket små spolflöden krävas, och mätningen skall kunna utföras utan att mätutrustningen kontamineras ackumulativt vid mätningen.

Systemet skall kunna drivas vid huvudsakligen normalt tryck.

Avfallsvätskan kan hanteras som vanligt lågaktivt avfall.

Detta problem löses med en anordning enligt patentkravet 1. 4 Fördelen med denna anordning är således att man inte löper någon risk för uppbyggnad av aktivitet i mätkammaren, och att avfallsmängderna hålls låga.

En särskilt föredragen utföringsform definieras i patentkravet 2, och ytterligare utföringsformer framgår av kraven 3 - 10.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare i detalj med hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka Figur l visar en anordning enligt teknikens ståndpunkt; Figur 2 visar schematiskt anordningen enligt uppfinningen; Figur 3a-c visar konstruktionen av mätanord- ningens inloppsdel, med organet för alstring av spolflödet; och Figur 4 visar i detalj en alternativ utför- ingsform av en buffertanordning i mätröret.

Den i Figur 1 visade anordningen enligt teknikens ståndpunkt (JP-C-137595/77), uppvisar ett mätrör som utgör anordningens yttre hölje. I mätrörets övre del finns en dubbelrörstruktur, varvid det inre rörelementet, eller uttömningsröret, leder vatten vars halt av radioaktivitet skall mätas, och alstrar en lodrät stràle ned genom mätröret. Man tillför dessutom rent vatten till det yttre mätröret på ett sådant sätt att det rena vattnet rinner längs mätrörets inneryta och därvid bildar en skyddande film av rent vatten så att risken för kontaminering av mätrörets innervägg minskar.

I Fig. 2 visas schematiskt en utföringsform av anordningen enligt den föreliggande uppfinningen, allmänt betecknad l.

Denna anordning uppvisar ett yttre rör 2 i vars övre ände finns anordnat organ 3 för alstrande av en tunn spolfilm 4 längs rörets 2 inneryta, och organ 5 för alstrande av en lodrätt, fallande mätsråle 6 av radioaktivt vatten vars ra- dioaktivitet skall bestämmas. Rörets 2 dimension är inte kritisk, men vid försök har rör med en ytterdiameter på 50 mm använts med goda resultat. Organen 3 och 5 kommer att beskri- vas i detalj nedan.

En detektor 7 för mätning av radioaktivitet (t ex en Germani- umdetektor 25 % relativ effektivitet) är anordnad ett stycke ned längs röret 2 på dess utsida. Valet av detektor är natur- ligtvis helt beroende på mätsituationen och det ligger inom fackmannens kompetens att välja en korrekt detektor, varför detektorer inte kommer att diskuteras häri.

Detektorn är placerad i ett hölje 8 av t ex bly och koppar för minimering av såväl yttre som internt uppkomna strålfält. På motsatt sida av röret 2 finns en blyskärm 9 försedd med en kopparskoning 10 för att ytterligare skärma av systemet mot yttre störningar.

Ytterligare ett stycke längre ner i röret 2 finns en bikake- struktur ll (“honey-comb") anordnad över rörets 2 tvärsnitt.

Denna bikakestruktur ll förhindrar stänk som alstras då mät- strålen 6 faller mot botten i anordningen att nå upp till området för detektorn 7 och kontaminera rörets 2 inneryta med radioaktivitet.

Bikakestrukturen ll är lämpligen uppbyggd av något tunt mate- rial, t ex metallplåt, med en tjocklek på ca 0,1 mm, vilken tjocklek dock inte är kritisk, och bör ha en utsträckning (alltså bikakans tjocklek) i rörets 2 längdriktining (dvs bikakans tjocklek) som uppgår till ca 15-20 mm.

Ovanför bikakestrukturen ll finns en O-ring 12 anordnad. Dess funktion kommer att beskrivas i anslutning till organen 3 och . ( ' l x-'jx g I 6 I Fig. 3a-c visas i detalj en utföringsform av konstruktionen i rörets 2 övre ände. I denna ände finns en insats 13 införd.

Denna insats består av en övre del 14 och en nedre del 15 som är förenade medelst ett liv 16. Insatsen 13 kan företrädesvis vara utformad i ett stycke genom svarvning av stål. Den övre delens diameter är avpassad så att den passar in röret 2 medelst presspassning, och för att ytterligare åstadkomma tätning mot rörets 2 inneryta, finns en 0-ring 17 införd i ett spår 18 i den övre delen 14.

Den nedre delens 15 diameter är något mindre än rörets 2 innerdiameter så att en spalt l6a på högst 0,3 mm, företrädes- vis högst 0,1 mm föreligger mellan insatsens 13 nedre del 15 och röret 2.

Genom insatsen 13 är ett mätstrålerör 19 fört genom en central borrning i insatsen. Röret skjuter ut ca 10 mm från insatsens nedre del och in i röret 2. Genom detta rör pumpas den vätska vars radioaktivitet skall fastställas, med ett flöde på ca 50- 100 ml/s.

Ytterligare två rör 20a och 20b är förda genom insatsen 13 i borrningar. Dessa rör kan vara nödvändiga för att leda bort gaser som varit lösta i vattnet, t ex radioaktiva ädelgaser, och som urgasas i mätkammaren vid processen.

Livet 16 bildar en ringformig kammare mellan insatsens 13 övre 14 och nedre 15 delar. Denna kammare är ett väsentligt särdrag hos uppfinningen, som kommer att framgå av den fortsatta beskrivningen. Genom insatsens 13 övre del 14 leder två kana- ler 21a, 21b eller borrningar genom vilka spolvätska i form av exempelvis rent vatten föres till kammaren. Denna tjänar därvid som en tryckutjämnings- eller tryckfördel-ningskammare, och fördelar de genom kanalerna 2la, 2lb inkommande spolflöde- na i den ringformiga kammaren, så att när vätskan tvingas ut genom den tunna ringformiga spalten l6a uppnås ett homogent, huvudsakligen laminärt flöde utmed rörets 2 insida. 7 Fördelen med att åstadkomma spolfilmen på detta sätt är att man eliminerar turbulens i stor utsträckning, vilket annars skulle leda till att den tunna filmen mycket lätt skulle spricka upp och bilda "stråk" längs rörets insida, dvs partier där inget vatten strömmar. Om detta sker säger det sig självt att renspolningen inte blir effektiv.

Ett alternativt sätt att åstadkomma fördelningen av spolvätska till en homogen film utan turbulens, är att tillföra spolvatt- net i många små rör, fördelade längs rörets 2 inre periferi och mynnande strax ovanför spalten (ej visat).

Ytterligare ett sätt att åstadkomma fördelningen av spolvätska är att tillföra spolvätskan tangentiellt med ett eller flera rör strax ovanför spalten (ej visat).

Genom tillsats av ytspänningssänkande medel, t ex detergenter av olika slag, till spolflödet kan ett jämnt flöde enklare erhållas. Även om man uppnår en homogen film längs rörets 2 insida tack vare konstruktionen som beskrivits ovan, kommer "stråk-bild- ning" att kunna uppkomma pga av mikro- och makroskopiska ojämnheter i flödesvägen. T ex utgör den ovan beskrivna bika- kestrukturen ll en sådan oregelbundenhet i flödesvägen. Om man således inte vidtar någon åtgärd kommer ofelbart den homogena filmen att brytas sönder så snart vätska kommer i kontakt med den övre kanten av "honey-comb"-insatsen ll. För att eliminera denna störning i flödesvägen anordnas en buffertvolym av vätska i en ring längs rörets 2 inre diameter. En sådan buf- fertvolym kan enklast åstadkommas genom att anordna t ex en O- ring 12 i röret ovanför "honey-comb“-strukturen. Som framgår av Fig. 3 bildas ett_kilformat utrymme mellan 0-ringen och rörets 2 insida längs periferin. Detta utrymme verkar så att smärre fluktuationer i vätskeflödet, orsakade av oregelbunden- heter i "honeycomb"-strukturen 11, dämpas eller ackommoderas i 8 denna buffertvolym, så att fluktuationerna inte kan påverka flödet ovanför buffertvolymen vid nämnda O-ring 12.

Naturligtvis kan den erforderliga buffertvolymen åstadkommas på andra sätt, t ex genom att konstruera röret 2 med en list 22 på dess insida varvid listen har en uppåt utskjutande kant 23 som bildar det nödvändiga ringformiga utrymmet 24. Detta är naturligtvis förenat med högre kostnader, och lösningen med en O-ring torde vara det enklaste tänkbara alternativet.

Det har genom försök visat sig att detektionsgränsen vid analys med hjälp av anordningen enligt uppfinningen, ligger vid 200-500 Bq/kg. Med tidigare metoder ligger detektions- gränsen i storleksordningen en tiopotens högre. Detektions- gränsen beror naturligtvis på antal, typ och koncentration av övriga nuklider i provvattnet, men försöken visar entydigt på en förbättring av den detekterbara nivån av nuklider.

Claims (10)

9 PAT ENT KRAV
1. l. En anordning för mätning av koncentrationen av ra- dioaktivitet i en vätska, innefattande ett yttre, vertikalt orienterat rör (2), organ (5, 6) för tillförsel av vätskan till det yttre röret (2), pà ett sådant sätt att vätskan strömmar ned genom röret (2) längs dess vertikala längdaxel, utan att bringas i kontakt med rörets (2) inneryta, organ (7) för mätning av radioaktiviteten i nämnda vätska, organ (3) för tillförsel av spolvätska till det inre av röret (2) på ett» sådant sätt att spolvätskan strömmar nedåt och bildar en vätskefilm på rörets (2) inneryta, k ä n n e t e c k n a d a v att organet (3) innefattar åtminstone en tillförsel- ledning eller -rör (2la, Zlb) för tillförsel av spolvätska, som mynnar strax ovanför en spalt (l6a) som löper utmed rörets (2) inneryta, i och för alstrande av nämnda vätskefilm.
2. 2. Anordningen enligt krav 1, vid vilken röret eller rören (2la, 21b) mynnar i en tryckutjämnings- eller tryckför- delningskammare (16), vilken står i förbindelse med rörets (2) inre via spalten (l6a).
3. 3. Anordningen enligt krav 2, vid vilken det ringformiga utrymmet och spalten bildas medelst en av en nedre (13) och en övre (14) del bestående insats (13) som är införd i rörets (2) övre del, och vars nedre del (13) har en något mindre diameter än rörets (2) innerdiameter, varvid de övre och nedre delarna (14, 13) förenas medelst ett liv, som då insatsen är införd i röret bildar tryckfördelningskammaren (16).
4. 4. Anordningen enligt krav 1, vid vilken röret eller rören (2la, Zlb) mynnar tangentiellt i röret (2), strax ovan- för spalten (l6a). 10
5. 5. Anordningen enligt krav 1, vid vilken en uppsättning rör (2la, 2lb) är anordnade huvudsakligen vertikalt intill varandra längs rörets (2) inneryta.
6. 6. Anordningen enligt något av föregående krav, vid vilken spolflödet uppgår till 20 - 30 ml/s och mätflödet till 50 - 100 ml/s.
7. 7. Anordningen enligt något av föregående krav, vid vilken den alstrade filmens tjocklek är mindre än 0,3 mm, företrädesvis mindre än 0,1 mm.
8. 8. Anordningen enligt något av föregående krav, innefat- tande en ringformad fläns (22) anordnad i rörets (2) nedre ände vars kant (23) är utformad så att ett ringformigt utrymme (24) bildas mellan kanten och rörets (2) inneryta.
9. 9. Anordningen enligt krav 8, varvid flänsen (22) bildas av en 0-ring (12) som är inpassad i röret (2).
10. 10. Anordningen enligt något av föregående krav, innefat- tande ett stänkskyddsorgan bestående av en bikake-struktur (11) som är införd i röret (2) och anordnad under och intill flänsen (22).