DE1291838B - Anordnung zum Messen von radioaktiven Spaltprodukten in einem Gasstrom - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von radioaktiven Spaltprodukten in einem Gasstrom. Die Anordnung kann beispielsweise angewendet werden zum Feststellen von Schutzhüllendefekten der Brennstoffelemente von gas- und wassergekühlten Kernreaktoren, wobei bei letzteren der aus dem Entgaser kommende Gasstrom zur Messung herangezogen wird. Außerdem eignet sich die Anordnung besonders gut zur Messung der Konzentration von gasförmigen radioaktiven Spaltprodukten in einer Experimentierschleife zum Testen von Brennstoffelementen.
• Es sind bereits mehrere Anordnungen bekannt, die im Prinzip so aufgebaut sind, daß im Gasstrom Elektroden zum Präzipitieren der Spaltprodukte angeordnet sind, die an einer elektrischen Spannungsquelle liegen. Die auf einer der Elektroden niedergeschlagenen radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte werden mittels eines Strahlungsdetektors nachgewiesen, an den Verstärker-, Impulsformer-, Integrations- und Registriereinrichtungen geschaltet sind.
• Hinsichtlich des Präzipitations und Nachweisvorganges sind zwei Varianten bekannt.
• Die eine Variante besteht darin, daß zur Vermeidung einer Beeinflussung des Meßergebnisses durch die parasitäre Radioaktivität des Gases (z. B.
• Argon 41, Stickstoff 16) zwischen beiden Vorgängen eine örtliche und zeitliche Trennung vorgenommen ist, indem die Elektrode, auf der die radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte niedergeschlagen werden, als Metalldraht oder als walzenförmiger Körper ausgebildet ist, die durch den Gasstrom hindurch zu einem außerhalb der Gasleitung angeordneten Strahlungsdetektor bewegt werden. Ein Mangel dieser Variante besteht darin, daß durch die bewegten Teile zwangläufig eine erhöhte Störanfälligkeit vorhanden ist. Weiterhin ist es infolge der zeitlichen Trennung der beiden Vorgänge nicht möglich, sehr kurzlebige Spaltgasfolgeprodukte nachzuweisen.
• Bei der anderen Variante ist die Elektrode, auf der die radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte niedergeschlagen werden, als Metallplatte stationär im Gasstrom angeordnet. Vor dieser Anordnung ist in der Gasleitung entweder eine großvolumige Vorkammer eingebaut, in der eine zeitweise an einer negativen Spannung liegende und so als Ionenventil wirkende Elektrode angeordnet ist, oder es ist in der Gasleitung ein elektromechanisches Ventil zur Unterbrechung des Gasstromes vorgesehen. Diese Variante hat jedoch den Nachteil, daß infolge des Vorhandenseins der Vorkammer bzw. des Ventils der technische Aufwand und der Raumbedarf relativ groß sind.
• Eine zur Berücksichtigung der parasitären Radioaktivität erforderliche besondere elektronische Vergleichs- oder Subtraktionsanordnung führt zu einer weiteren Erhöhung des technischen Aufwandes.
• Hinzu kommt der Mangel, daß keine kontinuierliche Messung möglich ist, da zeitliche Pausen bei geschlossenem Ionenventil bzw. bei unterbrochenem Gas strom zur Messung der parasitären Radioaktivität notwendig sind.
• Es wurde auch bereits eine Anordnung mit mehreren stationär in einem großvolumigen Präzipitationsgefäß angeordneten und je einem Strahlungsdetektor zugeordneten Abscheideelektroden vorgeschlagen, die gegen das Präzipitationsgefäß auf Spannung liegen und das empfindliche Volumen des Detektors mindestens teilweise umschließen. Die Abscheideelektroden sind hierbei in einem vorgegebenen Zyklus an die Abscheidehochspannung anschaltbar. Als Strahlungsdetektor sind nach einem Ausführungsbeispiel Miniaturzählrohre vorgesehen, welche sich jeweils durch einen Isoliermantel isoliert innerhalb der ringförmig ausgebildeten Abscheideelektrode befinden.
• Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anordnung, welche mit relativ geringem Aufwand und verminderter Störanfälligkeit eine den Erfordernissen der Praxis entsprechende und genaue Überwachung von radioaktiven Gasströmen erlaubt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Messen von radioaktiven Spaltprodukten in einem Gasstrom mit mindestens einem stationär im Gasstrom mit engem Zwischenraum zwischen den Elektroden angeordneten Elektrodenpaar, das zur Abscheidung der Spaltgasfolgeprodukte mit einer Spannungsquelle verbunden ist und dem ein Strahlungsdetektor, dem Verstärker-, Impulsformer-, Integrations- und Registriereinrichtungen nachgeschaltet sind, zugeordnet ist, so auszubilden, daß mit einfachen technischen Mitteln sämtliche im Gasstrom erfaßbaren Radioaktivitäten und deren zeitlichen Anderungen möglichst kontinuierlich ohne Verzögerung bei guter zeitlicher Auflösung und unter Berücksichtigung der parasitären Radioaktivität gemessen werden können.
• Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere getrennte, jeweils einem eigenen Strahlungsdetektor zugeordnete Elektrodenpaare im gleichen Gasstrom angeordnet sind, daß jeweils eine Elektrode jedes Paares in bereits vorgeschlagener Weise über Umschalter wahlweise an die Spannungsquelle anschaltbar ist und daß vor die Registriereinrichtung ein Differenzierglied geschaltet ist. Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die Elektrodenpaare im Gasstrom hintereinander oder, falls dieser in mehrere Zweige aufgeteilt ist, in jeweils einem Zweig angeordnet.
• Jeder der Strahlungsdetektoren ist unmittelbar an der der Gegenelektrode abgewandten Seite der plattenförmig ausgebildeten Abscheideelektrode des jeweiligen Elektrodenpaares angeordnet. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares beträgt 0,1 bis 20 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm.
• Infolge des engen Zwischenraum es zwischen den Elektroden eines jeden Elektrodenpaares ist die Beeinflussung des Meßergebnisses durch parasitäre Radioaktivität des Meßgases vernachlässigbar klein.
• Durch die Verwendung mehrerer Elektrodenpaare im gleichen Gasstrom und des Umschalters ist es möglich, wechselweise jeweils nur eines dieser Elektrodenpaare wirken zu lassen. Daraus ergibt sich in meßtechnischer Hinsicht der Vorteil, daß der Registriereinrichtung kontinuierlich ohne Totzeiten die erforderlichen Meßwerte zugeführt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in deren hohem Auflösungsvermögen, insbesondere für änderungen der Spaltgaskonzentration im Gasstrom, da der Anteil der langlebigen radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte am Informationsinhalt gering ist. Hierzu tragen der intermittierende Betrieb der Elektroden, die durch die zweckmäßige Ausbildung und Anordnung der Elektroden bewirkte orts- und zeitgleiche Sammlung und Messung der Ionen sowie die infolge des Differenziergliedes mögliche Auswertung der Anfangssteilheit des Aktivitätsverlaufes bei. Sehr günstig wirkt sich weiterhin der einfache Aufbau der Anordnung, insbesondere die Gestaltung und Anordnung der Elektroden, auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des gesamten Meßvorganges aus.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen schematischen Funktionsplan einer erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 in Schnittdarstellung Einzelheiten einer in F i g. 1 dargestellten Meßkammer.
• Wie aus Fig. 1 entnommen werden kann, wird aus dem zu überwachenden Gasstrom 1 mittels einer Pumpe 2 über geöffnete Ventile 3 ein Gasstrom 4 abgezweigt. Er führt, falls erforderlich, über einen Wärmetauscher 5, einen Staubfilter 6 und einen Strömungswächter 7 zu in Durchflußrichtung hintereinander angeordneten Meßkammern 8. Jede dieser in F i g. 2 ausführlicher dargestellten Meßkammern 8 weist eine an einem Isolator 9 angeordnete Elektrode 10 und dieser genau gegenüberliegend einen Strahlungsdetektor mit einem für ß-Teilchen empfindlichen plattenförmigen Szintillator 11 auf. Direkt am Szintillator 11 liegt auf der dem Gasstrom zugewandten Seite eine für p-Teilchen durchlässige, elektrisch leitende Refiexionsfolie 12 bündig an. Sie hat Verbindung mit dem Erdpotential und dient zugleich als zweite Elektrode. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 10 und 12 ist dabei vorteilhafterweise so extrem klein gehalten, daß gerade noch der erforderliche Gasdurchfluß gewährleistet ist, und beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2 mm. An den Szintillator 11 schließt sich ein Sekundärelektronenvervielfacher 13, ein Vorverstärker 14 und über einen Kontakt 15 ein Impulsverstärker 16, ein Impulsformer 17, ein Impulsintegrator 18 und zusätzlich ein Differenzierglied bzw. Differenzierverstärker 19 an. Das Meßergebnis wird schließlich von einem angeschlossenen Registriergerät 20 geschrieben oder gedruckt. Zur gleichen Zeit, während der eines von mehreren Relais 21 einen der Kontakte 15 schließt, wird auch über einen der Kontakte 22 eine Spannungsquelle23 mit jeweils einer der Elektroden 10 verbunden. Die Relais 21 werden abwechselnd und nacheinander von einem Programmzeitgeber 24 und einer Hilfsspannungsquelle 25 gesteuert. Somit ergibt sich für die Anordnung folgende Wirkungsweise: Wird, wie in F i g. 1 dargestellt, über den linken Kontakt 22 eine positive Spannung an die Elektrode 10 der linken Meßkammer 8 gelegt, so werden die positiv geladenen Spaltgasfolgeprodukte des Gasstromes 4 auf der Refiexionsfolie 12 des Strahlungsdetektors 11 elektrostatisch niedergeschlagen und zugleich, da der linke Kontakt 15 geschlossen ist, die Steilheit des Aktivitätsanstieges gemessen. Die Dauer dieser Arbeitsperiode wird auf dem Programmzeitgeber 24 so kurz eingestellt, beispielsweise in der Größenordnung von Minuten oder 10 Minuten, daß nur der linear ansteigende Aktivitätsverlauf auftritt und somit nach der Differentiation als Endergebnis ein konstanter Wert registriert wird. Die nächste Arbeitsperiode übernimmt die mittlere Meßkammer 8 usf.
• An die Elektrode 10 kann auch eine negative Spannung gelegt werden. Die positiven Spaltgasfolgeprodukte werden dann auf der Elektrode 10 niedergeschlagen. Die positive bzw. negative Spannung wird zweckmäßigerweise so groß gewählt, daß zwischen den Elektroden 10 und 12 die maximal noch zulässige Feldstärke E auftritt. Für den optimalen Durchfluß Q des Probegases ergibt sich die Näherung Q = F b E, wobei F die sogenannte Niederschlagsfläche der Elektrode und b die Ionenbeweglichkeit der radioaktiven Spaltgasfolgeprodukte ist.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Messen von radioaktiven Spaltprodukten in einem Gasstrom mit mindestens einem stationär im Gasstrom mit engem Zwischenraum zwischen den Elektroden angeordneten Elektrodenpaar, das zur Abscheidung der Spaltgasfolgeprodukte mit einer Spannungsquelle verbunden ist und dem ein Strahlungsdetektor, dem Verstärker-, Impulsformer-, Integrations-und Registriereinrichtungen nachgeschaltet sind, zugeordnet ist, dadurch gekennzeichn e t, daß mehrere getrennte, jeweils einem eigenen Strahlungsdetektor (11, 13) zugeordnete Elektrodenpaare (10 ; 12) im gleichen Gasstrom (4) angeordnet sind, daß jeweils eine Elektrode jedes Paares in bereits vorgeschlagener Weise über Umschalter (22) wahlweise an die Spannungsquelle (23) anschaltbar ist und daß vor die Registriereinrichtung (20) ein Differenzierglied (19) geschaltet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare (10 ; 12) im Gasstrom (4) hintereinander oder, falls dieser in mehrere Zweige aufgeteilt ist, in jeweils einem Zweig angeordnet sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Strahlungsdetektoren (11, 13) unmittelbar an der der Gegenelektrode (10) abgewandten Seite der plattenförmig ausgebildeten Abscheideelektrode (12) des jeweiligen Elektrodenpaares angeordnet ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Elektroden (10; 12) eines Elektrodenpaares 0,1 bis 20 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm, beträgt.