WO1998018136A1 - Messvorrichtung zur ermittlung einer borkonzentration - Google Patents

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WO1998018136A1
WO1998018136A1 PCT/EP1997/005810 EP9705810W WO9818136A1 WO 1998018136 A1 WO1998018136 A1 WO 1998018136A1 EP 9705810 W EP9705810 W EP 9705810W WO 9818136 A1 WO9818136 A1 WO 9818136A1
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measuring device
receiver
transmitter
coolant
component
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PCT/EP1997/005810
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Horst Bauer
Klaus Nopitsch
Eduard Gehring
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
    • G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for determining a boron concentration in the coolant of a coolant circuit of a nuclear power plant.
  • Boron is used as a neutron absorber in the coolant of the coolant circuit of a nuclear power plant.
  • the burn-up of the fuel rods is controlled and compensated by the boron in that neutrons absorb more or less depending on the boron concentration, i.e. be withdrawn from the chain reaction. Non-uniformities in the power density distribution due to the otherwise usual mechanical control elements can thus be avoided, and an increase in performance is possible.
  • the boron concentration in the coolant in particular in the coolant of the primary circuit or in secondary circuits, must be monitored.
  • a bypass line branched off from the coolant circuit runs through the measuring device to determine the boric acid concentration.
  • the use of such a measuring device, which is designed as a continuous measuring device, is limited with regard to its mobility.
  • the assembly is very complex and leads to longer downtimes of the nuclear power plant.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a measuring device for determining a boron concentration in the coolant of a coolant circuit of a nuclear power plant, which enables the boron concentration to be measured in a particularly simple manner without intervention in the coolant circuit.
  • this object is achieved by a measuring device for determining a boron concentration in a coolant of a coolant circuit of a nuclear power plant, whereby a mobile transmitter and a mobile receiver are each provided with the interposition of at least one coolable room area for arrangement on a coolant-carrying component of the coolant circuit.
  • the invention is based on the consideration that part of the coolant circuit system itself can be used instead of a bypass line for a flow measuring device.
  • the measuring device is preferably constructed such that it can be attached directly to the coolant circuit. It is particularly temperature and radiation resistant, which means that it can also be used under extreme environmental conditions.
  • a cooling channel through which a cooling medium flows on the component at least in the respective spatial area of the transmitter and the receiver.
  • the cooling duct can be arranged in the area between the transmitter and the component and in the area between the receiver and the component.
  • component is understood to mean, for example, a tank, a boiler, a pipe section or another, possibly also large-area, container which carries or contains the cooling medium.
  • air can preferably serve as the cooling medium.
  • the air or cooling air is e.g. blown through the cooling duct by means of a fan.
  • the temperature of the cooling air can expediently be predetermined. The predetermined temperature ensures that the cooling air does not exceed or fall below a limit.
  • the cooling air flow can be influenced, for example, by the power of the fan. This ensures that the measuring device is protected in all parts against overheating.
  • the one or the two spatial areas of the transmitter and the receiver also advantageously have an insulation layer, which is arranged, for example, directly on the component of the coolant circuit.
  • air is used as the insulator in the insulation layer.
  • the transmitter and the receiver are preferably each arranged in an associated chamber. This creates a spatial separation, which means that the transmitter and receiver are each protected from excessive temperature.
  • a neutron source is used as the transmitter and at least one counter tube as the receiver.
  • shielding is provided, possibly jointly or for each neutron source and counter tube.
  • the shield expediently comprises a first layer of an absorbing moderator and a second layer of neutron-absorbing material, for example cadium sheet, and a third layer of austenitic material, for example steel sheet.
  • the neutron flow generated by the transmitter is slowed down and partially reflected.
  • the use of the absorbing moderator and the cadmium sheet ensures a low radiation exposure for the operating personnel.
  • the transmitter and the receiver are arranged in a one-part or multi-part, in particular a two-part, housing.
  • the transmitter can be arranged in a first housing part and the receiver in a second housing part.
  • At least the transmitter and the receiver can be attached to the component or the line section using at least one fastening means.
  • the two housing parts can be positively placed on the line section and screwed together using the fastening means.
  • attachment can take place, for example, using support devices.
  • the component is on that is being measured is not damaged or impaired. So neither structural measures nor interventions on the component are required.
  • a number of spacing means are provided in such a way that the length of the measuring path between the transmitter and the receiver is approximately constant even when ambient conditions change.
  • spacers e.g. Support devices are expediently designed to be temperature and stretch resistant.
  • the transmitter and the receiver are expediently arranged on the component at least approximately opposite one another. A straight, direct measuring path is thus formed. This is favorable for components with relatively small structural dimensions.
  • the transmitter and the receiver can be arranged on the component in such a way that the measurement signal received by the receiver is essentially a reflected measurement signal. This version is used in particular for large-volume components.
  • the signal emitted by the transmitter can be reflected once or several times.
  • the receiver is connected to an evaluation unit. Interference can be eliminated using model-based plausibility and balancing algorithms, so that an accurate representation of the measured values of the boron concentration in the medium is guaranteed.
  • the advantages achieved by the invention consist in particular in that, due to the simple structure of the measuring device, in particular due to the mobility of the transmitter and the receiver, an intervention in the coolant circuit of the nuclear power plant is not necessary to determine the boron concentration.
  • the measuring device is designed by means of the coolable room area in such a way that it is suitable for use under extreme system conditions or operating conditions, for example up to operating temperatures of 380 ° C. The measuring device is therefore particularly suitable for mobile use and for retrofitting in old systems.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a measuring device for measuring boron concentration in longitudinal section
  • FIG. 2 schematically shows the measuring device according to FIG. 1 in cross section.
  • the measuring device 2 or measuring cell shown in the exemplary embodiment according to FIG. 1 and arranged around a component, a line section or medium pipe 1 is part of a nuclear power plant, not shown in any more detail.
  • the medium pipe 1 is part of a coolant circuit system, e.g. a primary circulatory system.
  • the measuring device 2 comprises a first shell-shaped housing part 4 and a second shell-shaped housing part 6.
  • the respective inner wall 8 and the respective outer wall 10 of the first housing part 4 and the second housing part 6 preferably made of austernitic steel.
  • a cadmium screen 12 in the form of cadmium sheets for collecting thermal neutrons is applied to the respective inner sides of the outer walls 10.
  • a source chamber 14 is provided for receiving a neutron source 16, which serves as a transmitter.
  • a counter tube chamber 17 is arranged for receiving two counter tubes 18 which are parallel to one another and which serve as receivers.
  • the wall 19 of the counter tube chamber 17 facing the outer wall 10 likewise has a cadmium screen 12. Designs with several transmitters and / or receivers are also possible, with which, for example, concentration gradients or signal differences can be detected.
  • a cooling channel 20 is arranged between the source chamber 14 and the inner wall 8 or the counter tube chamber 17 and the inner wall 8.
  • the length of the cooling channel 20 in the vertical direction corresponds at least to the length of the measuring device 2.
  • the cooling channel 20 can e.g. be ring-shaped or strip-shaped.
  • a cooling medium 22 flows through the cooling channel 20 in the direction of the arrows 23.
  • the cooling medium 22, for example air is pressed through the cooling duct 20 by means of a fan 24.
  • the fan 24 is arranged, for example, at the lower end of the first housing part 4.
  • a temperature sensor 26 for determining the temperature of the cooling medium 22 is arranged at the opposite end of the first housing part 4.
  • the determined measured value of the temperature sensor 26 is fed to a temperature control system, not shown in detail.
  • the Temperature control system not shown, ensures that the cooling medium 22 does not exceed or fall below a limit value. For this purpose, the performance of the fan 24 and the resulting cooling air flow are influenced.
  • first housing part 4 and the second housing part 6 between the inner wall 8 and the cooling duct 20 optionally include an additional insulation layer 28 to the cooling duct 20, air being used as the insulator.
  • the insulation layer 28 can for example be ring-shaped or strip-shaped.
  • the space between the inner wall 8 and the outer wall 10 of the first housing part 4 is filled with an absorbing moderator 30.
  • 30 polyethylene is used as the absorbing moderator.
  • the space is also filled with the absorbing moderator 30.
  • the absorbing moderator 30, the cadmium screen 12 made of neutron-absorbing material and the outer wall 10 made of austenitic material form a layer-shaped screen 31 for the radiation generated by the neutron source 16.
  • temperature and expansion-resistant spacing means 32 are enclosed in the radial direction. With the aid of these spacing means 32, e.g. Support devices, a temperature-related change in the measurement geometry, in particular the length of the measurement path, is prevented.
  • these spacing means 32 e.g. Support devices
  • a temperature-related change in the measurement geometry, in particular the length of the measurement path is prevented.
  • ceramic or mica glass is used as the temperature and strain resistant material.
  • FIG. 2 shows the measuring device 2 in cross section. Thereafter, the first housing part 4 and the second housing part 6 are by means of a number of fastening elements 34 attached from the outside connected with each other.
  • the entire measuring device encompasses or clasps the carrier pipe 1.
  • the fastening elements 34 are designed, for example, as clamps, screws or locking devices.
  • two counter tubes 18 are also provided; more than two counter tubes can also be provided.
  • the neutron source 16 and the two counter tubes 18 are arranged in the source chamber 14 and in the counter tube chamber 17, respectively.
  • the outer walls 10 and the wall 19 of the counter tube chamber 17 each have a cadmium screen 12 analogous to FIG. 1.
  • a neutron flow 36 is transmitted by means of the neutron source 16 through the coolant 38 flowing in the medium pipe 1.
  • the neutron flux 36 penetrates the coolant 38 enriched with boron. Depending on the boron concentration in the coolant 38, the neutron flux 36 is weakened.
  • the changed neutron flux 36 is determined by means of the neutron detectors, i.e. the counter tubes 18, determined.
  • the measured values formed by the counter tubes 18 are fed to an evaluation unit 40.
  • the evaluation unit 40 determines the concentration of boron or boric acid from the counting rate and the temperature of the coolant 38 (sensor not shown).
  • the neutron flow 36 passes through the coolant 38 over the entire width of the diameter d of the medium tube 1.
  • An essentially straight-line measuring path is formed between the neutron source 16 and the counter tubes 18 in the medium tube 1 .
  • the measuring device 2 described has a good behavior with regard to thermal influences when determining the boron concentration due to its highly effective, active heat insulation by the influence of the cooling air flow of the cooling channel 6.
  • the measuring device 2 is therefore particularly suitable for direct use in the primary circuit of a reactor system, in which temperatures of up to 380 ° C. can occur.
  • the measuring device 2 is constructed mechanically in such a way that even strong temperature fluctuations do not change the geometry and thus do not influence the measuring method.
  • any remaining dependencies of the neutron absorption method on the thermodynamic state of the coolant 38 and the hydraulic system mode in the primary cooling circuit can be eliminated by computer-aided evaluation methods in the evaluation unit 40.
  • further process information relevant to the measurement of the boron concentration is used to increase the accuracy and a quick display. These are processed in the evaluation unit 40 using model-based plausibility and accounting algorithms.
  • the radiation shielding structure of the measuring device 2 also excludes any significant radiation exposure of the operating personnel.
  • a similar measuring device 2 can be used, the neutron source 16 and the counting tubes 18 then being arranged in a one-piece housing.
  • the use of a reflection measurement signal is favorable.
  • the signal emitted by the neutron source 16 is reflected within the component 1 and then picked up by the counter tubes 18.

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Abstract

Um ohne einen Eingriff in den Kühlmittelkreislauf und in besonders einfacher Weise eine Messung einer Borkonzentration zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß ein mobiler Sender und ein mobiler Empfänger unter Zwischenschaltung zumindest eines kühlbaren Raumbereichs zur Anordnung an einer kühlmittelführenden Komponente (1) des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen.

Description

Beschreibung
Meßvorrichtung zur Ermittlung einer Borkonzentration
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zur Ermittlung einer Borkonzentration im Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs einer Kernkraftanlage.
Im Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs einer Kernkraftanlage wird Bor als Neutronenabsorber eingesetzt. Durch das Bor wird der Abbrand der Brennstäbe gesteuert und kompensiert, indem in Abhängigkeit von der Borkonzentration in stärkerem oder schwächerem Maße Neutronen absorbiert, d.h. der Kettenreaktion entzogen werden. Ungleichmäßigkeiten in der Leistungs- dichteverteilung durch sonst übliche mechanische Steuerorgane können somit vermieden werden, wobei eine Leistungssteigerung möglich ist. Demzufolge muß die Borkonzentration im Kühlmittel, insbesondere im Kühlmittel des Primärkreislaufes oder in nebengeordneten Kreisläufen, überwacht werden.
Aus dem Dokument "Kernenergie", Heft 11, 1967, Seiten 337 bis 339, ist es bekannt, die Borsäurekonzentration mittels eines neutronenabsorptiometrischen Verfahrens zu bestimmen. Die dabei eingesetzte Meßvorrichtung ermöglicht eine Bestimmung der Borsäurekonzentration unter normalen Betriebsbedingungen, d.h. bis zu einer Umgebungstemperatur von 120° C und einem Systemdruck von 120 bar. Üblicherweise treten aber in den Kühlmittelkreisläufen, insbesondere im Primärkreislauf einer Kernkraftanlage, Temperaturen von bis zu 380° C bei einem Sy- stemdruck von etwa 180 bar auf. Aufgrund dieser höheren Systembedingungen gegenüber den normalen Betriebsbedingungen wird die in dem Dokument beschriebene Meßvorrichtung in Über- wachungsschränken, und zwar in hinreichend großer Entfernung vom Kühlmittelkreislauf, eingesetzt. Bei der bekannten Meßvorrichtung ist ein Eingriff in den Kühlmittelkreislauf notwendig. Eine vom Kühlmittelkreislauf abgezweigte Bypassleitung durchläuft zur Ermittlung der Borsäurekonzentration die Meßvorrichtung. Ein Einsatz einer der- artigen Meßvorrichtung, die als Durchlaufmeßeinrichtung ausgeführt ist, ist hinsichtlich ihrer Mobilität begrenzt. Die Montage ist sehr aufwendig und führt zu längeren Stillstandszeiten der Kernkraftanlage.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zur Ermittlung einer Borkonzentration im Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs einer Kernkraftanlage anzugeben, die eine Messung der Borkonzentration ohne einen Eingriff in den Kühlmittelkreislauf und in besonders einfacher Weise er- möglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Meßvorrichtung zur Ermittlung einer Borkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs einer Kernkraftanlage, wo- bei ein mobiler Sender und ein mobiler Empfänger jeweils unter Zwischenschaltung zumindest eines kühlbaren Raumbereiches zur Anordnung an einer kühlmittelführenden Komponente des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen sind.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß anstelle einer Bypassleitung für eine Durchlaufmeßeinrichtung ein Teil des KühlmittelkreislaufSystems selbst genutzt werden kann. Die Meßvorrichtung ist bevorzugt derart aufgebaut, daß sie direkt am Kühlmittelkreislauf befestigt werden kann. Sie ist dabei besonders temperatur- und strahlungsfest, wodurch auch ein Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Um den Sender und den Empfänger vor hohen Temperaturen der Komponente schützen zu können, ist es günstig, einen von einem Kühlmedium durchströmten Kühlkanal an der Komponente zumindest in dem jeweiligen Raumbereich des Senders und des Empfängers anzuordnen. Beispielsweise kann der Kühlkanal in dem Raumbereich zwischen dem Sender und der Komponente sowie in dem Raumbereich zwischen dem Empfänger und der Komponente angeordnet sein. Unter Komponente wird vorliegend z.B. ein Tank, ein Kessel, ein Rohrstück oder ein sonstiger, ggf. auch großflächiger, das Kühlmedium führender oder enthaltender Behälter verstanden.
Um eine einfache, gute Kühlung, d.h. eine möglichst konstante und zuverlässige Kühlung des Senders und des Empfängers zu gewährleisten, kann als Kühlmedium bevorzugt Luft dienen.
Dazu wird die Luft oder Kühlluft z.B. mittels eines Ventilators durch den Kühlkanal geblasen. Darüber hinaus ist die Temperatur der Kühlluft zweckmäßigerweise vorgebbar. Die dabei vorgegebene Temperatur gewährleistet, daß die Kühlluft einen Grenzwert nicht über- oder unterschreitet. Dazu ist beispielsweise über die Leistung des Ventilators der Kühl- luftstrom beeinflußbar. Somit ist gewährleistet, daß die Meßeinrichtung in allen Teilen vor einer Überhitzung geschützt ist.
Auch weisen der oder die beiden Raumbereiche des Senders und des Empfängers vorteilhafterweise eine Isolationsschicht, die z.B. unmittelbar an der Komponente des Kühlmittelkreislaufs angeordnet ist, auf. In der Isolationsschicht wird beispiels- weise als Isolator Luft verwendet. Der Sender und der Empfänger sind vorzugsweise jeweils in einer zugehörigen Kammer angeordnet. Damit ist eine räumliche Trennung gegeben, wodurch der Sender und der Empfänger jeweils vor zu hoher Temperatur geschützt untergebracht sind. Um anhand des neutronenabsorptiometrischen Verfahrens die Borkonzentration ermitteln zu können, dient als Sender eine Neutronenquelle und als Empfänger zumindest ein Zählrohr. Aus Strahlungsgründen der Neutronenquelle sowie aufgrund von Be- einflussungen der Messung durch äußere Faktoren, wie z.B. Feuchtigkeit, ist eine Abschirmung, ggf. gemeinsam oder je Neutronenquelle und Zählrohr, vorgesehen. Zweckmäßigerweise umfaßt die Abschirmung eine erste Schicht aus einem absorbierenden Moderator und eine zweite Schicht aus neutronenabsor- bierendem Material, z.B. Cad iumblech, sowie eine dritte Schicht aus austenitischem Material, z.B. Stahlblech.
Mittels des absorbierenden Moderators, z.B. Polyäthylenmoderator, wird der durch den Sender erzeugte Neutronenfluß abge- bremst und teilweise reflektiert. Somit ist insbesondere durch den Einsatz des absorbierenden Moderators und des Cad- miumbleches eine geringe Strahlenbelastung beim Betriebspersonal gewährleistet.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind der Sender und der Empfänger in einem ein- oder mehrteiligen, insbesondere einem zweiteiligen, Gehäuse angeordnet. Dazu kann beispielsweise der Sender in einem ersten Gehäuseteil und der Empfänger in einem zweiten Gehäuseteil angeordnet sein.
Um den Sender und den Empfänger besonders einfach und haltbar an die Komponente oder das Leitungsteilstück des Kühlkreislaufsystems befestigen zu können, sind zumindest der Sender und der Empfänger anhand zumindest eines Befestigungsmittels an der Komponente bzw. am Leitungsteilstück befestigbar. Dazu können zum Beispiel die beiden Gehäuseteile formschlüssig an das Leitungsteilstück angelegt werden und mittels der Befestigungsmittel miteinander verschraubt werden. Bei großflächigen Komponenten kann eine Befestigung z.B. über Stützein- richtungen erfolgen. In allen Fällen wird die Komponente, an der gemessen wird, nicht beschädigt oder beeinträchtigt. Es sind also weder baulicher Maßnahmen noch Eingriffe an der Komponente erforderlich.
Da das neutronenabsorptiometrische Meßverfahren maßgeblich von der Konstanz der Meßgeometrie abhängt, sind eine Anzahl von Abstandsmitteln dergestalt vorgesehen, daß die Länge des Meßweges zwischen dem Sender und dem Empfänger auch bei einer Veränderung von Umgebungsbedingungen annähernd konstant ist. Dies gilt selbstverständlich für einen geradlinigen Meßweg oder einen Meßweg mit mindestens einer Reflexionsstelle. Derartige Abstandsmittel, z.B. Stützvorrichtungen, sind zweckmäßigerweise temperatur- und dehnungsbeständig ausgeführt.
Zweckmäßiger sind der Sender und der Empfänger zumindest annähernd einander gegenüberliegend an der Komponente angeordnet. Damit ist ein geradliniger direkter Meßweg gebildet. Dies ist günstig für Komponenten mit relativ kleinen baulichen Maßen. Alternativ können der Sender und der Empfänger derart an der Komponente angeordnet sein, daß das vom Empfänger aufgenommene Meßsignal im wesentlichen ein reflektiertes Meßsignal ist. Diese Ausführung kommt insbesondere bei groß- volumigen Komponenten zur Anwendung. Dabei kann das vom Sender ausgesandte Signal einfach oder mehrfach reflektiert wer- den.
Um den Wert der Borkonzentration als Zeitfunktion unabhängig von Druck-, Temperatur- und Strahlungseinflüssen darstellen zu können, ist zumindest der Empfänger mit einer Auswerteein- heit verbunden. Anhand von modellbasierten Plausibilitäts- und Bilanzierungsalgorithmen sind Störeinflüsse eliminierbar, so daß eine genaue Darstellung der Meßwerte der Borkonzentration im Medium gewährleistet ist. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bedingt durch den einfachen Aufbau der Meßvorrichtung, insbesondere aufgrund der Mobilität des Senders und des Empfängers, zur Ermittlung der Borkonzentration ein Ein- griff in den Kühlmittelkreislauf der Kernkraftanlage nicht erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Meßvorrichtung mittels des kühlbaren Raumbereiches derart ausgelegt, daß sie für einen Einsatz unter extremen Systembedingungen oder Betriebsbedingungen, z.B. bis zu Betriebstemperaturen von 380°C, geeignet ist. Somit ist die Meßvorrichtung besonders für einen mobilen Einsatz sowie für Nachrüstungen in Altanlagen geeignet .
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich- nung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung zur Messung von Borkonzentration im Längsschnitt und
FIG 2 schematisch die Meßvorrichtung gemäß Figur 1 im Querschnitt .
Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 dargestellte und um eine Komponente, ein Leitungsteilstück oder Mediumrohr 1 angeordnete Meßvorrichtung 2 oder Meßzelle ist Teil einer nicht näher dargestellten Kernkraftanlage. Dabei ist das Mediumrohr 1 Teil eines KühlmittelkreislaufSystems, z.B. eines Primärkreislaufsystems .
Die Meßvorrichtung 2 umfaßt ein erstes schalenförmiges Gehäuseteil 4 und ein zweites schalenförmiges Gehäuseteil 6. Dabei bestehen die jeweilige Innenwand 8 und die jeweilige Außen- wand 10 des ersten Gehäuseteils 4 und des zweiten Gehäuseteils 6 bevorzugt aus austernitischem Stahl. Auf den jeweiligen Innenseiten der Außenwände 10 ist ein Cadmiumschirm 12 in Form von Cad iumblechen zum Auffangen von thermischen Neutro- nen aufgebracht.
Im ersten Gehäuseteil 4 ist eine Quellenkammer 14 zur Aufnahme einer Neutronenquelle 16 vorgesehen, die als Sender dient. Im zweiten Gehäuseteil 6 ist eine Zählrohrkammer 17 zur Aufnahme von zwei zueinander parallelen Zählrohren 18 angeordnet, welche als Empfänger dienen. Die zur Außenwand 10 gerichtete Wand 19 der Zählrohrkammer 17 weist ebenfalls einen Cadmiumschirm 12 auf. Es sind auch Ausführungen mit mehreren Sendern und/oder Empfängern möglich, mit denen bei- spielsweise Konzentrationsgefälle oder Signaldifferenzen erfaßbar sind.
Um die Neutronenquelle 16 und die Zählrohre 18 vor hohen Temperaturen des Mediumrohrs 1 zu schützen, ist zwischen der Quellenkammer 14 und der Innenwand 8 bzw. der Zählrohrkammer 17 und der Innenwand 8 ein Kühlkanal 20 angeordnet. Die Länge des Kühlkanals 20 in vertikaler Richtung entspricht dabei zumindest der Länge der Meßvorrichtung 2. Je nach Ausführungsform des Mediumrohres 1 kann der Kühlkanal 20 z.B. ringförmig oder streifenförmig ausgebildet sein.
Der Kühlkanal 20 wird von einem Kühlmedium 22 in Richtung der Pfeile 23 durchströmt. Das Kühlmedium 22, z.B. Luft, wird mittels eines Ventilators 24 durch den Kühlkanal 20 gedrückt. Der Ventilator 24 ist beispielsweise am unteren Ende des ersten Gehäuseteiles 4 angeordnet. Am entgegengesetzten Ende des ersten Gehäuseteiles 4 ist ein Temperatursensor 26 zur Ermittlung der Temperatur des Kühlmediums 22 angeordnet. Der ermittelte Meßwert des Temperatursensors 26 wird einem nicht näher dargestellten Temperaturreglungssystems zugeführt. Das nicht näher dargestellte Temperaturreglungssystem gewährleistet, daß das Kühlmedium 22 einen Grenzwert nicht über- oder unterschreitet. Dazu werden die Leistung des Ventilators 24 und der daraus resultierende Kühlluftstrom beeinflußt.
Weiter umfassen das erste Gehäuseteil 4 und das zweite Gehäuseteil 6 zwischen der Innenwand 8 und dem Kühlkanal 20 gegebenenfalls eine zum Kühlkanal 20 zusätzliche Isolationsschicht 28, wobei als Isolator Luft dient. Analog zum Kühlka- nal 20 kann die Isolationsschicht 28 beispielsweise ring- oder streifenförmig ausgebildet sein.
Der zwischen der Innenwand 8 und der Außenwand 10 des ersten Gehäuseteiles 4 befindliche Zwischenraum ist mit einem absor- bierenden Moderator 30 ausgefüllt. Dabei ist als absorbierender Moderator 30 Polyäthylen eingesetzt. Analog dazu ist im zweiten Gehäuseteil 6 ebenfalls der Zwischenraum mit dem absorbierenden Moderator 30 ausgefüllt. Der absorbierende Moderator 30, der aus neutronenabsorbierenden Material bestehende Cadmiumschirm 12 und die aus austenitischen Material bestehende Außenwand 10 bilden eine schichtförmige Abschirmung 31 für die durch die Neutronenquelle 16 erzeugte Strahlung.
In der Isolationsschicht 28 und in dem Kühlkanal 20 sind in radialer Richtung temperatur- und dehnungsbeständige Abstandsmittel 32 eingefaßt. Mit Hilfe dieser Abstandsmittel 32, z.B. Stützvorrichtungen, wird eine temperaturbedingte Veränderung der Meßgeometrie, insbesondere der Länge des Meßweges, verhindert. Beispielsweise wird als temperatur- und dehnungsbeständiges Material Keramik oder Glimmerglas verwendet.
FIG 2 zeigt die Meßvorrichtung 2 im Querschnitt. Danach sind das erste Gehäuseteil 4 und das zweite Gehäuseteil 6 mittels einer Anzahl von außen angebrachten Befestigungselementen 34 miteinander verbunden. Die gesamte Meßvorrichtung umgreift oder umklammert dabei das Mediumrohr 1. Die Befestigungselemente 34 sind beispielsweise als Klemmen, Schrauben oder Sperrvorrichtungen ausgebildet. In dieser Ansicht ist zu er- kennen, daß auch zwei Zählrohre 18 vorgesehen sind; es können auch mehr als zwei Zählrohre vorgesehen sein. Die Neutronenquelle 16 und die beiden Zählrohre 18 sind in der Quellenkammer 14 bzw. in der Zählrohrkammer 17 angeordnet.
Zur Kühlung der Neutronenquelle 16 und der beiden Zählrohre
18 verlaufen konzentrisch um das Mediumrohr 1 die Isolationsschicht 28 und der Kühlkanal 20. Darüber hinaus sind in gleichmäßigen Abständen in die Isolierschicht 28 und in den Kühlkanal 20 die Abstandsmittel 32 angebracht. Die Außenwände 10 sowie die Wand 19 der Zählrohrkammer 17 weisen analog zu FIG 1 jeweils einen Cadmiumschirm 12 auf.
Mittels der Neutronenquelle 16 wird ein Neutronenfluß 36 durch das im Mediumrohr 1 fließende Kühlmittel 38 gesendet. Der Neutronenfluß 36 durchdringt das mit Bor angereicherte Kühlmittel 38. In Abhängigkeit von der Borkonzentration im Kühlmittel 38 wird der Neutronenfluß 36 geschwächt. Der veränderte Neutronenfluß 36 wird mittels der Neutronendetektoren, d.h. der Zählrohre 18, ermittelt.
Die von den Zählrohren 18 gebildeten Meßwerte werden einer Auswerteeinheit 40 zugeführt. Die Auswerteeinheit 40 ermittelt aus der Zählrate und der Temperatur des Kühlmittels 38 (Meßfühler nicht dargestellt) die Konzentration des Bors oder der Borsäure. Indem die Neutronenquelle 16 diagonal gegenüber den beiden Zählrohren 18 angeordnet ist, durchläuft der Neutronenfluß 36 das Kühlmittel 38 über die gesamte Breite des Durchmessers d des Medienrohres 1. Dabei ist ein im wesentlichen geradliniger Meßweg zwischen der Neutronenquelle 16 und den Zählrohren 18 im Mediumrohr 1 gebildet. Die beschriebene Meßvorrichtung 2 weist aufgrund ihrer hochwirksamen, aktiven Wärmeisolierung durch den beeinflußbaren Kühlluf strom des Kühlkanals 6 ein gutes Verhalten in bezug auf thermische Einflüsse bei der Ermittlung der Borkonzentra- tion auf. Die Meßvorrichtung 2 eignet sich somit besonders für den direkten Einsatz am Primärkreislauf einer Reaktoranlage, bei dem Temperaturen von bis zu 380 °C auftreten können. Die Meßvorrichtung 2 ist mechanisch derart aufgebaut, daß selbst starke Temperaturschwankungen keine Geometriever- änderungen und somit keine Beeinflussungen des Meßverfahrens bewirken .
Eventuell verbleibende Abhängigkeiten des neutronenabsorptio- metrischen Verfahrens vom thermodynamisehen Zustand des Kühl- mittels 38 und der hydraulischen Systemfahrweise im Primärkühlkreislauf können durch rechnergestützte Auswerteverfahren in der Auswerteeinheit 40 eliminiert werden. Dabei werden zur Erhöhung der Genauigkeit und einer schnellen Anzeige neben dem Meßsignal der Meßvorrichtung 2 auch weitere für die Mes- sung der Borkonzentration relevanten Prozeßinformationen genutzt. Diese werden in der Auswerteeinheit 40 durch Anwendung modellbasierter Plausilibäts- und Bilanzierungsalgorithmen verarbeitet. Auch ist durch den strahlungsabschirmenden Aufbau der Meßvorrichtung 2 eine nennenswerte Strahlenbelastung des Betriebspersonals ausgeschlossen.
Bei großflächigen Komponenten 2 ist eine gleichartige Meßvorrichtung 2 einsetzbar, wobei dann die Neutronenquelle 16 und die Zählrohre 18 in einem einteiligen Gehäuse angeordnet sind. Bei einer derartigen Vorrichtung ist die Verwendung eines Reflexionsmeßsignals günstig. Dabei wird das der Neutronenquelle 16 ausgestrahlte Signal innerhalb der Komponente 1 reflektiert und dann von den Zählrohren 18 aufgenommen.

Claims

Patentansprüche
1. Meßvorrichtung (2) zur Ermittlung einer Borkonzentration in einem Kühlmittel (38) eines Kühlmittelkreislaufs einer Kernkraftanlage, wobei ein mobiler Sender und ein mobiler Empfänger jeweils unter Zwischenschaltung zumindest eines kühlbaren Raumbereichs zur Anordnung an einer kühlmittelführenden Komponente (1) des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen sind.
2. Meßvorrichtung (2) nach Anspruch 1, bei der der Raumbereich einen von einem Kühlmedium (22) durchströmten Kühlkanal (20) aufweist.
3. Meßvorrichtung (2) nach Anspruch 2, bei der als Kühlmedium (22) Luft dient.
4. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Temperatur des Kühlmediums (22) vorgebbar ist.
5. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Raumbereich eine zusätzliche Isolationsschicht (28) umfaßt .
6. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Sender und der Empfänger jeweils in einer zugehörigen Kammer (14, 17) angeordnet sind.
7. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der als Sender eine Neutronenquelle (16) dient.
8. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der als Empfänger zumindest ein Zählrohr (18) dient.
9. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Sender und der Empfänger jeweils von einer Abschirmung (31) umgeben sind.
10. Meßvorrichtung (2) nach Anspruch 9, bei der die Abschirmung (31) eine erste Schicht aus einem absorbierenden Moderator (30) umfaßt.
11. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei der die Abschirmung (31) eine zweite Schicht aus neutronenabsorbierendem Material (12) umfaßt.
12. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die Abschirmung (31) eine dritte Schicht aus austeniti- sehen Material (10) umfaßt.
13. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der Sender und der Empfänger in einem ein- oder mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Gehäuse (4, 6) angeordnet sind.
14. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der Abstandsmittel (32) vorgesehen sind, derart, daß die Länge des Meßweges zwischen Sender und Empfänger auch bei einer Veränderung von Umgebungsbedingungen annähernd konstant ist.
15. Meßvorrichtung (2) nach Anspruch 14, bei der die Ab- standsmittel (32) temperatur- und dehnungsbeständig ausgeführt sind.
16. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der zumindest ein Befestigungsmittel (34) vorgesehen ist, mit dem zumindest der Sender und der Empfänger an der Komponente (1) befestigbar sind.
17. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der eine Auswertevorrichtung (40) vorgesehen ist, mit der zumindest der Empfänger (18) verbunden ist.
18. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der der Sender und der Empfänger zumindest annähernd einander gegenüberliegend an der Komponente (1) angebracht sind.
19. Meßvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der der Sender und der Empfänger derart an der Komponente (1) angeordnet sind, daß das vom Empfänger empfangene Meßsignal im wesentlichen ein reflektiertes Meßsignal ist.
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