DE2037053C3

DE2037053C3 - Device for the recovery of fission products

Info

Publication number: DE2037053C3
Application number: DE19702037053
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Phys. 7501 Leopoldshafen Jacobi
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Filing date: 1970-07-25
Publication date: 1977-03-24

Description

4040

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Nachweis von Spaltprodukten durch Abscheiden fester Folgeprodukte von gasförmigen Spaltprodukten in einem Präzipitationsgefäß, das von einem die Spaltgase mitführenden Trägergas durchströmt wird und mindestens eine Abscheideelektrode enthält, die einem Detektor zum Messen der Radioaktivität der Folgeprodukte eng benachbart ist.The invention relates to a device for detecting fission products by separating solid secondary products of gaseous fission products in a precipitation vessel, which from one of the fission gases entrained carrier gas is flowed through and contains at least one separation electrode, which is a Detector for measuring the radioactivity of the byproducts is in close proximity.

In den Brennelementen von Kernreaktoren entstehen durch während des Abbrandes des Kernbrennstoffes ablaufende Spaltprozesse gasförmige Spaltprodukte, wie z. B. Xenon und Krypton (Spaltproduklaklivitäien), die beim Auftreten von Leckstellen in den den Kernbrennstoff einschließenden Hüllen in das Kühlmittel gelangen. Im Kühlmittel eines Reaktors befinden sich auch während des Normalbetriebes radioaktive Isotope, die als Störaktivitäten den Nachweis von Spaltproduktaktivitäten und damit den Nachweis von Hüllenschaden erschweren. Deshalb werden mit bekannten Verfahren zunächst alle gasförmigen Spaltprodukte aus dem Kühlmittel in ein Trägergas übergeführt. In dem Trägergas sind aber neben den Spaltproduktaktivitäten noch gasförmige Störaktivitäten vorhanden. Es ist jedoch bekannt, die festen Zerfallsprodukte von Xenon und Krypton, nämlich Cäsium und Rubidium, auf einer elektrisch geladenen Elektrode zu sammeln und durch die bei deren radioaktivem Zerfall entstehende Betaoder Gammastrahlen nachzuweisen. Dabei ist es auch bekannt, Meßwertverfälschungen durch die Sammelelektrode umgebende gasförmige Aktivitäten dadurch auszuschließen, daß entweder die Elektrode nach einer vorbestimmten Präzipitationszeit zum Messen der Impulsrate in einen anderen mit einem Neutralgas gefüllten Raum bewegt wird, oder daß das empfindliche Detektorvolumen sehr klein gehalten und von der Sammelelektrode umschlossen wird (DT-PS 12 13 063 und 12 36 667). Bei diesen bekannten Einrichtungen werden die die Spaltproduktaktivität repräsentierenden Cäsium- und Rubidiumionen mit Hilfe eines elektrischen Feldes auf der Sammelelektrode präzipitiert, wobei die Sammelelektrode auf Hochspannungspotential liegtIn the fuel elements of nuclear reactors arise during the burn-up of the nuclear fuel ongoing fission processes gaseous fission products such. B. Xenon and Krypton (fissure product cleavages), the occurrence of leaks in the envelopes enclosing the nuclear fuel into the coolant reach. There are radioactive isotopes in the coolant of a reactor even during normal operation, as disruptive activities, the proof of fission product activities and thus the proof of shell damage make more difficult. Therefore, all gaseous fission products from the Coolant converted into a carrier gas. In addition to the fission product activities, however, there are also activities in the carrier gas gaseous interfering activities are still present. It is known, however, the solid decay products of xenon and krypton, namely cesium and rubidium, on an electrically charged electrode to collect and through to detect the beta or gamma rays produced during their radioactive decay. It is there too known, measured value falsifications by the gaseous activities surrounding the collecting electrode as a result rule out that either the electrode after a predetermined precipitation time to measure the Pulse rate is moved into another space filled with a neutral gas, or that the sensitive Detector volume is kept very small and enclosed by the collecting electrode (DT-PS 12 13 063 and 12 36 667). In these known devices, the activity representing the cleavage product Cesium and rubidium ions are precipitated on the collecting electrode with the aid of an electric field, whereby the Collective electrode is on high voltage potential

Es ist auch eine Meßeinrichtung bekannt (DT-AS 11 88 222), bei der ionisierte Spaltprodukte während einer vorbestimmten Zeit mit einem elektrischen Feld auf einem voroestimmten Abschnitt einer in ihrer Lage veränderbaren Metalltrommel präzipitiert werden und dieser Abschnitt anschließend in eine Meßstellung bewegt und dessen Radioaktivität mit einem Strahlendetektor gemessen wird. Die Nachteile dieser Einrichtung bestehen insbesondere in deren komplizierten Aufbau mit einer Vielzahl mechanisch bewegter Bauelemente und Steuereinrichtungen, die nur eine diskontinuierliche Arbeitsweise zulassen.There is also a measuring device known (DT-AS 11 88 222), in which ionized fission products during a predetermined time with an electric field on a predetermined portion of one in their position changeable metal drum are precipitated and this section is then in a measuring position and its radioactivity is measured with a radiation detector. The disadvantages of this facility consist in particular in their complicated structure with a large number of mechanically moved Components and control devices that only allow discontinuous operation.

Die Forderungen nach höheren Leistungsdichten in der Spaltzone eines Reaktors machen den Einsatz flüssiger Metalle (z. B. Natrium) als Kühlmittel notwendig Bei Flüssigmetallkühlungen muß jedoch damit gerechnet werden, daß mit den gasförmigen Stör- und Spaltproduktaktivitäten Metalldämpfe in das Präzipitationsgefäß eindringen, welche den Aufbau eines elektrischen Feldes mit einer auf Hochspannungspotential liegenden Elektrode wegen erhöhter Durchschlagsgefahr im Feldraum und Gleitfunkenentladungen an der Elektrodenisolation unmög'ich machen oder zumindest die Meßgenaaigkeit in unerträglicher Weise reduzieren. Bei Reaktoren mit Wasserkühlung können durch eindringenden Wasserdampf ebenfalls Durchschläge und Überschläge auftreten, die in Gegenwart von Radiolyse-Knallgas eine erhebliche Explosionsgefahr bilden können.The demands for higher power densities in the crevice zone of a reactor make the use liquid metals (e.g. sodium) necessary as coolant It is expected that metal vapors will enter the precipitation vessel with the gaseous interfering and fission product activities penetrate, causing the build-up of an electric field with a high voltage potential lying electrode due to increased risk of breakdown in the field space and sliding spark discharges on the Make electrode isolation impossible or at least reduce the accuracy of the measurement in an intolerable manner. In reactors with water cooling, penetrating water vapor can also breakdown and flashovers occur, which in the presence of radiolysis oxyhydrogen pose a significant risk of explosion can form.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zum Nachweis von Spaltprodukten zu schaffen, die einwandfreie Messungen auch dann möglich macht, wenn wie bei Reaktoren mit Flüssigmetallkühlung mit Metalldämpfen oder bei Reaktoren mit Wasserkühlung mit Wasserdampf im Präzipitationsraum gerechnet werden muß.The invention is therefore based on the object of a device of the type mentioned for To provide evidence of fission products that makes perfect measurements possible even if and how in reactors with liquid metal cooling with metal vapors or in reactors with water cooling with Water vapor must be expected in the precipitation room.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Abscheiden der ionisierten Folgeprodukte auf der Abscheideelektrode eine magnetische Linse vorgesehen ist, die im wesentlichen aus einer das Präzipitationsgefäß umschließenden Spule besteht. Die Cäsium- und Rubidium-Ionen werden durch das magnetische Feld der Linse auf eine Elektrode, die auf Erdpotential liegen kann, gelenkt, die Beta- oder Gammastrahlung der präzipitierten Partikel mit einem der Elektrode eng benachbarten geeigneten Detektor gemessen.According to the invention, this object is achieved in that for the separation of the ionized secondary products The separation electrode is provided with a magnetic lens which essentially consists of a precipitation vessel surrounding coil. The cesium and rubidium ions are made by the magnetic The field of the lens is directed onto an electrode that can be at ground potential, the beta or gamma radiation of the precipitated particles are measured with a suitable detector close to the electrode.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung liegt die Innenseite der Spule an der Außenseite der mindestens in diesem Bereich aus einem Nichtferromagnetikum (μηΐ = 1) bestehenden Wand des Präzipitationsgefäßes an, und die restliche Oberfläche der Spule ist von einem die Ausbildung von Streuiinien verhindernden Ferromagnetikum umschlossen. Dadurch wird die Spule von demIn a particularly advantageous embodiment, the inside of the coil rests against the outside of the wall of the precipitation vessel, which at least in this area consists of a non- ferromagnetic material (μηΐ = 1), and the remaining surface of the coil is enclosed by a ferromagnetic material that prevents the formation of stray lines. This will separate the coil from the

mit aggressiven Gasen und Dämpfen erfüllten Präzipitationsraum getrennt. Durchführungen durch die Gefäßwand werden überflüssig und die Spule kann von außen ohne Schwierigkeiten montiert und eingestellt werden.Separate precipitation chamber filled with aggressive gases and vapors. Penetrations through the vessel wall become superfluous and the coil can be mounted and adjusted from the outside without difficulty will.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Abscheideelektrode als Teil der auf Erdpotential liegenden \yand des Präzipitationsgefäßes auszubilden und bei einem flaschenförmigen Präzipitationsg"fäß den verjüngten Teil des Gefäßes mit einem zu dessen LängsacÄse senkrecht liegenden Wandelement (Deckel) abzuschließen, der im wesentlichen die Abscheideelektrode bildet Dabei wird der Detektor zum Messen der Radioaktivität der an der Innenseite des Deckels präzipitierten Teilchen an der Außenseite des Deckels angeordnet.It has proven to be particularly advantageous to have the separation electrode as part of the ground potential lying \ yand of the precipitation vessel and with a bottle-shaped precipitation vessel tapered part of the vessel with a wall element (lid) lying perpendicular to its longitudinal axis complete, which essentially forms the separation electrode. The detector is used to measure the Radioactivity of the particles precipitated on the inside of the lid on the outside of the lid arranged.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Nachweis von Spaltprodukten auch dann möglich ist, wenn der Präzipitationsraum MeialJdämpfe und/oder Wasserdampf enthält, wenn also das Präzipitieren von Teilchen mit einem elektrischen Feld wegen elektrischen Durchbrüchen und/oder Gleitfunkenentladungen nicht durchgeführt werden kann. Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Betriebssicherheit der Meßeinrichtung und des Reaktors wesentlich erhöht wird, weil die erhöhten Anforderungen an die Brennelementhüllen eines Reaktors mit Flüssigmetallkühlung einen Hüllenbruch begünstigen können und deshalb Meßeinrichtungen der erfindungsgemäßen Art als Betriebseinrichtungen er höhte Bedeutung gewinnen. Ferner sind alle wesentlichen Bauelemente von außen zugänglich und können leicht gewartet werden.The advantages achieved by the invention are in particular that the detection of fission products is also possible if the precipitation chamber contains metal vapors and / or water vapor, if i.e. the precipitation of particles with an electric field due to electric breakdowns and / or floating spark discharges cannot be carried out. Another advantage is that the operational safety of the measuring device and the reactor is significantly increased because the increased Requirements for the fuel element cladding of a reactor with liquid metal cooling favor cladding rupture can and therefore measuring devices of the type according to the invention as operating devices he gain increased importance. Furthermore, all essential components are accessible from the outside and can easily serviced.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and is in described in more detail below.

Durch den Gaseintritt 1 gelangt das mit Spaltprodukten beladene Trägergas in das Präzipitationsgefäß 2, das zylindrisch ausgebildet und im Bereich der Gasaustrittsöffnung 3 flaschenförmig verengt ist. Auf dem Flaschenhals ist eine Magnetspule 4 so aufgesetzt, daß deren Innenseite an einem Wandelement 5 anliegt, das aus einem Nichtferromagnetikum besteht. Alle anderen Teile der Spule sind von einem ferromagnetischen Mantel 6 eingeschlossen, so daß ionisierte Teilchen durch das als magnetische Linse wirkende, in den Flaschenhals hineinwirkende Feld auf den geschwächten Teil des Deckels 7 gelenkt werden und dort rekombinieren. Die beim radioaktiven Zerfall der präzipitierten Partikel auftretende Beta- und/oder Gammastrahlung wird mit einem geeigneten, an der Außenseite des Deckels angeordneten Detektor 8 gemessen.The carrier gas laden with fission products passes through the gas inlet 1 into the precipitation vessel 2, the is cylindrical and is narrowed in the form of a bottle in the region of the gas outlet opening 3. On the Bottle neck, a magnet coil 4 is placed so that the inside of which rests against a wall element 5, which consists of a non-ferromagnetic. All other parts of the coil are made of a ferromagnetic Sheath 6 enclosed so that ionized particles through the acting as a magnetic lens in the Bottleneck acting field are directed to the weakened part of the lid 7 and there recombine. The beta and / or occurring in the radioactive decay of the precipitated particles Gamma radiation is detected with a suitable detector 8 arranged on the outside of the cover measured.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for the detection of fission products by separating solid by-products from gaseous ones Fission products in a precipitation vessel, which is carried by a carrier gas that carries the fission gases is flowed through and contains at least one separation electrode, which is a detector for Measuring the radioactivity of the byproducts in close proximity is characterized by that a magnetic lens is used to deposit the ionized secondary products on the deposition electrode is provided, which consists essentially of a coil surrounding the precipitation vessel.

2. Device according to claim 1, characterized in that the inside of the coil rests against the outside of the wall of the precipitation vessel consisting at least in this area of a non- ferromagnetic material and the remaining surface of the coil is enclosed by a ferromagnetic material.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the separation electrode as part the wall of the precipitation vessel is formed and is at ground potential.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the tapered part of the bottle-shaped formed precipitation vessel is closed with a lid, which is essentially forms the separation electrode.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that outside the precipitation vessel the detector for measuring is on the outside of the cover that forms the separation electrode the radioactivity of the particles precipitated on the inside of the lid is arranged.