DE1214339B - Vorrichtung zur Bestimmung der Neutronenfluss-verteilung im Kern eines Kernreaktors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1214 339

Aktenzeichen: U 9501 VIII c/21 g

Anmeldetag: 10. Januar 1963

Auslegetag: 14. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Neutronenflußverteilung im Kern eines Kernreaktors.

Im deutschen Patent 1162 008 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Neutronenflußverteilung im Kern eines Kernreaktors beschrieben, bei dem ein durch Neutronen aktivierbares gasförmiges Material in gesonderten Rohren mit einer sich während des Verfahrenszeitraumes ändernden Geschwindigkeit durch den Kern geführt und nach einer vorgegebenen Verweilzeit wieder aus dem Kern herausgenommen wird, worauf seine Radioaktivität gemessen wird, und bei dem die räumliche Lage der aktivierbaren Teilchen relativ zueinander vom Zeitpunkt des Einführens bis zur Aktivitätsmessung nicht wesentlich verändert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß entlang den Rohren im Bereich des aktivierenden Neutronenflusses ringförmige, die Rohre nach außen abschirmende Bauteile aus neutronenabsorbierendem Material in Abstand voneinander angeordnet sind.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Kernreaktors,

Fig. IA ein vergrößertes Teilstück von Fig. 1, während

F i g. 2 die Neutronenflußverteilung im Kern des Reaktors von F i g. 1 darstellt.

Gemäß den Fig. 1 und 2 wird die Verteilung des Neutronenflusses im Kern 1 eines gasgekühlten, graphitmoderierten Kernreaktors 2 dadurch bestimmt, daß vierzehn Stromfäden von Argongas in den Kern mit Hilfe von vierzehn U-Rohren 3 aus rostfreiem Stahl mit 3,175 mm großem Durchmesser eingeführt werden, die in Form eines Gitters im • Kern 1 verteilt sind, daß die Stromfäden des Strömungsmittels in dem Kern für eine bestimmte Zeit bestrahlt werden, daß sie einer Geschwindigkeitsänderung ausgesetzt werden, die Stromfäden dann in Aufeinanderfolge aus dem Kern herausbewegt und jeweils nacheinander und mittels einer Leitung 42 durch ein Überwachungsgerät 4 geführt werden, um die Verteilung der Aktivität entlang den Stromfäden zu messen, wobei die Änderung in der Geschwindigkeit der Stromfäden zwischen Zonen stattfindet, wo die Dichte des Neutronenflusses einer örtlich bestimmten Änderung durch Manschetten 5, 6 aus Vorrichtung zur Bestimmung der Neutronenflußverteilung im Kern eines Kernreaktors

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Ronald Hugh Campbell, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 11. Januar 1962 (1048)

einem neutronenabsorbierenden Material (Borstahl) unterworfen ist, welche an den Rohren 3 benachbart dem Eintritt in den Kern und den Ausgangspunkten der Stromfäden befestigt sind. Das Überwachungsgerät 4 weist einen Szintillationszähler auf und ist gegenüber einer Untergrundstrahlung durch eine Abschirmung 4 a abgeschirmt. Lichtsignale, die aus einer Beta- und Gamma-Bombardierung des Phosphors herrühren, werden durch den Fotovervielfältiger einer Einheit 44 übermittelt, welche aus einem Vorverstärker, einem Verstärker und einem Zähler bestehen. Die Zählstöße werden an einem Aufzeichner 56 mit Feder und Karte aufgezeichnet, wobei die Feder des Aufzeichners durch einen Motor angetrieben wird und sich mit einer Verschiebung bewegt, welcher der durch die Einheit 44 gemessenen Aktivität proportional ist.

Der Reaktorkern 1 ist in einem Druckbehälter 7 untergebracht und durch unter Druck gesetztes CO₂-Gas gekühlt, welches in einem geschlossenen Kreislauf umläuft. Der Druckbehälter 7 ist in einer biologischen Betonabschirmung 8 eingeschlossen.

Das Argongas wird unter Druck in einem Zylinder 9 gespeichert und durch ein Druckverminderungsventil 10 mit Druckmeßeinrichtungenlla, Ub in ein zweischenkeliges Netzwerk 12«, 12 & abgelassen. Der Schenkel 12 a ist mit einem Flußregulierventil 13 α versehen sowie mit einem veränderbaren Strombegrenzer 14«, einem Flußmesser 15 α und einem durch ein Solenoid betätigten Zweiwegeventil 16 α.

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Der Schenkel 12 b ist mit gleichartigen Bauteilen 13 b, ventil wird als nächstes betätigt, um Gas durch jedes

14 b, 15 & und 16 & versehen. Auslaßöffnungen 17, der übrigen Rohr 3 hintereinanderzuleiten, und die

18 der Ventile 16 a, 16 & sind kombiniert, um eine jeweiligen Strömungsraten werden gemessen. Das

gemeinsame Einlaßöffnung nach einem 21-Wege- Rohr 3 mit der niedrigsten Strömungsrate (d. h. dem

Selektorventil 19 zu bilden. Auslaßöffnungen 20, 21 5 größten Widerstand) wird mit den Schenkeln 12 &

der Ventile 16 α, 16 & rinden ihren Ausfluß durch wieder verbunden, und die Strömungsgeschwindig-

Nebenströmungsleitungen 24, 25 nach einer Kammer keit durch den Schenkel 12 b und dieses Rohr wird

26. Die Nebenleitungen 24, 25 haben veränderliche auf 25,4 cm pro Sekunde mit Hilfe der Ventile 13 b

Strömungswiderstände 22, 23. Die Leitung 42 ist mit und 14 & eingestellt. Das Ventil 16 & wird dann mit

der Auslaßöffnung des Selektorventils 19 verbunden. io der Nebenleitung 25 verbunden, und mit Hilfe des

Nach dem Durchtritt durch die Leitung 42 und das Strömungsmessers 30 wird das Ventil 23 so lange

Überwachungsgerät 4 wird Gas, welches aus der Aus- eingestellt, bis die Strömungsgeschwindigkeit durch

laßöffnung des Selektorventils 19 ausgestoßen ist, in die Leitung 25 ebenfalls 25,4 cm pro Sekunde be-

die Kammer 26 geführt. Gas, welches in die Kammer trägt. Das Ventil 16 & wird dann wieder mit dem

26 ausgeschieden ist, wird über eine Leitung 28, die 15 Selektorventil 19 verbunden und jedes der übrigen

mit einem Strömungssteuerventil 27 versehen ist, an Rohre 3 geeicht, um eine Strömungsgeschwindigkeit

die Atmosphäre freigegeben. Das Ventil 27 ist so 25,4 cm pro Sekunde unter Verwendung der Ventile

eingeregelt, daß es einen konstanten Druck in der 39 zu ermöglichen. Die Widerstände aller Rohre 3

Kammer 26 aufrechterhält. sind nun einander und dem Widerstand der Neben-

Strömungsmesser 29, 30 skid parallel mit den 20 leitung 25 gleich.

Nebenleitungen 24, 25 geschaltet. Die Strömungs- Das Ventil 16 a wird nun mit einem der Rohre 3 messer werden lediglich für Eichzwecke verwendet und das Ventil 16 b mit der Nebenleitung 25 verbun- und sind normalerweise gegenüber den Nebenleitun- den. Das Ventil 14 α wird geöffnet, und die Ventile gen 24, 25 durch Trennungsventile 31, 32, 33, 34 13 a, 14 a so lange eingeregelt, bis die Strömungsabgeschlossen. Wenn Argongas, welches durch die 25 geschwindigkeit durch den Schenkel 12 a (und somit Leitung 24, 25 ausgelassen wird, durch die Strö- das ausgewählte Rohr 3) 2,54 cm pro Sekunde bemungsmesser 29, 30 strömen muß, werden die Tren- trägt. Das Ventil 16 a wird dann mit der Nebennungsventile geöffnet, und die Drosselventile 35, 36 leitung 24 verbunden, und mit.HiUe des Strömungs-(normalerweise völlig geöffnet) werden eingeregelt, messers 29 wird das Ventil 22 eingeregelt, um auch um eine Strömung durch die Strömungsmesser ein- 30 durch diese Leitung eine Strömungsgeschwindigkeit zuleiten. von 25,4 mm pro Sekunde zu liefern.

Strömungsleitungen 37, 38 verbinden die Rohre 3 Beim Betrieb wird zur Bestimmung der Neutronenin dem Kern 1 mit dem Selektorventil 19. Gas wird flußverteilung im Reaktorkern 1 nur einer der Schennach den Rohren 3 bei ungefähr 0,14 kg/cm² durch kell2a, 12 b verwandt. Wenn angenommen wird, die Leitungen 37 geführt und nach dem Ventil 19 35 daß der Schenkel 12 a gewählt worden ist, wird das durch die Leitungen 38 zurückgeführt. Die Leitungen Ventil 14 & in dem Schenkel 12 & geschlossen, und 37 haben Eichventile 39 und Trennungsventile 40. das Ventil 16 α im Schenkel 12 a wird offengehalten, Die Leitungen 38 haben Trennungsventile 41. Die um einen konstanten Strom von Argongas vom Ventile 16 α, 16 & können durch eine Steuervorrich- Zylinder 9 nach dem Selektorventil 19 zu ermögtung 50 über eine Signalleitung 48 gleichzeitig be- 40 liehen. Das Selektorventil 19 wird dann betätigt, um tätigt werden, wobei die Anordnung so getroffen ist, jedes der vierzehn Rohre 3 nacheinander zu füllen, daß das Ventil 16 a sich öffnet, um den Schenkel 12 a Während das Füllen der Rohre 3 vonstatten geht, mit dem Selektorventil 19 zu verbinden, wenn das werden die Gasfäden in den Rohren einer Bestrah-Ventil 166 sich öffnet, um den Schenkel 12 b mit der lung durch den Neutronenfluß des Reaktorkerns 1 Nebenleitung 25 zu verbinden. In ähnlicher Weise 45 ausgesetzt. Die Bestrahlung des Argons hat zur öffnet sich das Ventil 16 b, um den Schenkel 12 & mit Folge, daß das Isotop A⁴⁰, welches in dem Gas vordem Selektorventil 19 zu verbinden, wenn das Ventil handen ist (Argongas besteht zu etwa 99,6% aus 16 a sich öffnet, um den Schenkel 12 a mit der Schein- dem Isotop A⁴⁰), in das radioaktive Isotop A⁴¹ verleitung 24 zu verbinden. Alternativ kann auch eines wandelt wird, welches eine Halbwertzeit von 110min der beiden Ventile 16 a, 16 b unabhängig vom ande- 50 hat. Gas im Bereich der neutronenabsorbierenden ren betätigt werden. Manschetten 5, 6 wird weniger Bestrahlung ausge-

Beim Ausfallen eines der Rohre 3 mit der darauf- setzt, da die Dichte des Umgebungsflusses durch das folgenden Gefahr der Beschädigung des Systems Vorhandensein der Manschetten verringert ist.
durch einströmende Reaktorkühlmittel wird der auf- Die Betätigung des Selektorventils 19 wird fortgebaute Druck durch eine Entlüftungsleitung 43 mit 55 gesetzt, nachdem alle Rohre 3 gefüllt worden sind, einem Durchmesser von 12,7 mm begrenzt, welche so daß die anfänglichen Füllungen mit Gas durch das Selektorventil 19 mit der Kammer 26 verbindet. Zulassen von weiteren Füllungen verschoben bzw. Das fehlerhafte Rohr 3 kann durch die Ventile 40, versetzt werden. Die verschobenen Gasfäden werden 41 abgetrennt werden. nacheinander an dem Überwachungsgerät 4 vorbei-·

Vor dem Betrieb wird das System in der folgenden 60 geführt, welches die Aktivität entlang ihrer Länge Weise geeicht: Alle Ventile 39, 40, 41 werden voll mißt, wobei die Bereiche von hoher Aktivität den geöffnet, und das Ventil 14 a wird geschlossen. Wenn Bereichen von hoher Flußdichte im Reaktorkern 1 das Ventil 16 b gegenüber dem Selektorventil 19 ge- entsprechen. Eine Axialdiffusion des Gases wird Öffnet ist und das Ventil 19 mit einem der Rohre 3 durch die kleinen Durchmesser der Rohre 3 begrenzt, verbunden ist, wird Gas aus dem Zylinder 9 in das 65 Die Aktivitätsmessungen werden durch das Aufausgewählte Rohr 3 bei einer Strömungsgeschwindig- zeichengerät 56 aufgezeichnet. Fig. 2 zeigt ein typikeit von 25,4 cm pro Sekunde unter Verwendung des sches Flußdiagramm auf einer derartigen Karte, wo-Strömungsmessers 15 & ausgelassen. Das Selektor- bei die Kurven 45 die Flußverteilung im Reaktor 2

wiedergeben. Die Kurve 45 zeigt deutlich örtliche Tiefwerte 46, die durch das Vorhandensein der Manschetten 5, 6 hervorgerufen sind, und sie identifizieren, wenn sie mit einem Grundmaßstab der Kernabmessungen verglichen wird, leicht die ausgewählten Punkte bei entsprechenden Zonen des Reaktorkerns. Die Doppelkurve 45 ist durch die U-Form des Rohrs 3 bestimmt.

Um die sogenannte »Stufen«-Methode zur Bestimmung der Neutronenflußverteilung im Reaktorkern 1 zu verwenden, werden beide Schenkel 12 a, 126 verwendet. Wenn Gas aus dem Zylinder 9 strömt, werden die Ventil 16 a, 16 & verwendet, um gleichzeitig das Glied 12 a mit dem Selektorventil 19 und das Glied 12 & mit der Nebenleitung 25 zu verbinden. Wenn das Selektorventil 19 gegenüber dem einen der Rohre 3 offen ist, strömt das Gas mit einer niedrigen Geschwindigkeit von 25,4 cm pro Sekunde durch den Schenkel 12a in das ausgewählte Rohr 3. Die Ventile 16 a, 16 & werden dann betätigt, um gleichzeitig das den Schenkel 12 & mit dem Selektorventil 19 und somit mit dem ausgewählten Rohr 3 zu verbinden und um den Schenkel 12 α mit der Nebenleitung 24 zu verbinden. Dann strömt Gas mit einer Geschwindigkeit von 25,4 cm pro Sekunde durch den Schenkel 12 & und in das Rohr 3 (eine gleichzeitige Betätigung der Ventile 16 a, 16 & und die Verwendung der Schemleitung 24,. 25 ermöglichen einen ununterbrochenen Gasstrom durch die Schenkel 12 a, 12 & und das Rohr 3. Der Stromfaden, welcher aus dem ausgewählten Rohr 3 herausströmt, wird dann durch das Überwachungsgerät 4 auf die Aktivität hin überwacht, und die Aktivitätsablesungen werden durch das Aufzeichengerät 56 aufgezeichnet. Die im vorstehenden genannten Arbeitsgänge werden wiederholt, um Gas durch die übrigen Rohre 3 zu leiten. Die Verteilung der Aktivität entlang jedes Stromfadens, der aus einem Rohr 3 hinausführt, wird dann in bezug auf die Länge des Fadens differenziert, um eine Messung der Flußverteilungen in dem Reaktorkern 1 zu erhalten. Das erhaltene Flußdiagramm ist ähnlich demjenigen in Fig. 2.

Die Differenzierung kann graphisch oder mechanisch erfolgen. Mechanische Differenzierung kann zweckmäßig durch Übersetzen der Federverschiebung des Aufzeichners 56 in eine Änderungsrate der Aktivität erfolgen. Dies kann durch Kuppeln des Antriebsmotors der Feder mit einem Tachogenerator und Übermitteln des Ausgangs des Tachogenerators in eine Verstärker/Aufzeichner-Einheit erfolgen.

Die Rohre 3, welche vertikal ausgerichtet sind, liefern Informationen lediglich über die axiale (Längs-)Verteilung des Neutronenflusses. Die radiale (Horizontal-)Verteilung des Neutronenflusses kann

ίο jedoch durch Vergleichen der Axialverteilungen erhalten werden. Alternativ kann der Reaktor 2 mit weiteren Rohren 3 versehen werden, die horizontal ausgerichtet sind. Die Alternativordnung wird vorgezogen.

Es können auch andere Strömungsmittel als Argon verwendet werden, sie müssen nur durch Neutronen aktivierbar sein, wie z. B. SO₂ und H₂S. Diese letztgenannten Gase sind jedoch bei Reaktortemperaturen korrosiv, und das Material des Systems muß sorgfältig ausgewählt sein.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung der Neutronenflußverteilung im Kern eines Kernreaktors, bei dem ein durch Neutrone aktivierbares gasförmiges Material in gesonderten Rohren mit einer sich während des Verfahrenszeitraumes ändernden Geschwindigkeit durch den Kern geführt und nach einer vorgegebenen Verweilzeit wieder aus dem Kern herausgenommen wird, worauf seine Radioaktivität gemessen wird, und bei dem die räumliche Lage der aktivierbaren Teilchen relativ zueinander vom Zeitpunkt des Einführens bis zur Aktivitätsmessung nicht wesentlich verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang den Rohren im Bereich des aktivierenden Neutronenflusses ringförmige, die Rohre nach außen abschirmende Bauteile aus neutronenabsorbierendem Material in Abstand voneinander angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   The Physical Review, Vol. 187, 1952, Nr. 1, S. 184.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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