DE3430859A1 - Vorrichtung zum bestimmen des spalt- und brutstoffgehaltes des veraschungsrueckstandes in einem behaelter - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Bestimmen des Spalt- und Brutstoffgehalts des Veraschungsrückstands in einem Behälter

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die im folgenden als Aschengefäßüberwachungsgerät bezeichnet wird und Spalt- und/oder Brutstoffnachweismessungen des Ausstoßes einer Veraschungsanlage liefert. Das hier beschriebene Aschengefäßüberwachungsgerät dient zum Messen des Spalt-/Brutstoffgehalts von Asche aus einer Veraschungsanlage, die nach dem Verlassen der Veraschungsanlage in einen Behälter eingebracht wird.

Das ständige Aufzeichnen der Menge an Spalt-/Brutstoff ist für das überwachen solcher Stoffe als eine Vorsichtsmaßnahme nötig, damit solches Material nicht durch unbefugte Personen

gestohlen wird. Die hier beschriebene Erfindung befaßt sich mit dem Überwachen der Mengen an Spalt-/Brutstoffen, die aus der Veraschung von kontaminiertem Material rückgewonnen werden.

Es ist außerdem wichtig, den Strom von eingebrachtem und ausgebrachtem Spaltstoff in dem Veraschungsprozeß zu überwachen, um sich gegen zufällige nukleare Kritikalität zu schützen. Diese Vorrichtung liefert die Ausstoßmessung, das heißt sie mißt den von der Veraschungsanlage abgegebenen Spaltstoff.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen zum Bestimmen des Spalt-/Bruttstoffes, der in Asche enthalten ist, welche aus der Veraschung von kontaminierten Materialien stammt, wobei diese Asche an einem Ausgang der Veraschungsanlage erhalten und in einen Behälter eingebracht wird, beispielsweise in einen zylindrischen Behälter (hier auch als Gefäß bezeichnet) , der an die Verwendung bei der hier beschriebenen besonderen Ausführungsform angepaßt ist.

Weiter soll gemäß der Erfindung die Vorrichtung in einem anderen System zum Bestätigen einer primären Bestimmung des Spalt-/ Brutstoffes benutzt werden, der in der Asche enthalten ist, die aus einer Veraschungsanlage stammt und in einen zylindrischen Behälter eingebracht ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und teilweise in Blockform eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 in einer Seitenansicht und teilweise in Blockform im einzelnen die Lage von Meßfühlern, welche in einer Ausführungsform der Erfindung benutzt werden.

Fig. 4 einen Blick in den Schacht der Detektorbaugruppe nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 5 eine Längsschnittansicht des Schachtes nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Elektronik eines redundanten Detektorsystems, in welchem Neutronenstrahrungsdetektoren benutzt werden, und

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Elektronik für Natriumjodiddetektoren.

Zur Erleichterung der Beschreibung und des Verständnisses der Erfindung wird zuerst die mechanische Handhabungsvorrichtung beschrieben, woran sich eine Beschreibung des Signalverarbeitungsteils der Erfindung anschließt.

MECHANISCHE HANDHABUNGSVORRICHTUNG

Fig. 1 zeigt einen Rahmen 110, auf welchem ein beweglicher Support 112 für ein Robotergreifwerkzeug 114 (Fig. 2) befestigt ist, das horizontal und vertikal positionierbar ist. Der bewegliche Supprt 112 und daher das Robotergreifwerkzeug 114 ist durch Betätigung eines Getriebemotors 116 längsbewegbar, der an dem Rahmen 110 befestigt ist und eine lange Schraubenspindel 116A antreibt. Die Vertikalbewegung erfolgt durch einen weiteren Motor 115, der benutzt wird, um das Greifwerkzeug 114 auf gleiche Weise zu senken und zu heben. Der Rahmen 110 hat einen überwachungsgerät- oder Zählschacht 118, der bezüglich des Rahmens so angeordnet ist, daß das Greif werkzeug 114, computergesteuert durch einen Digital Equipment 11/34 Computer ,in der Lage ist, wahlweise ein Gefäß 120 von einer Waage 122 zu nehmen und in eine öffnung 124 des Schachtes 118 einzubringen und nach der Ausführung von vorbestimmten Mes sungen das Gefäß 120 wieder aufzunehmen und in eine Ausgangsschlange 126 zu fördern.

Das Robotergreifwerkzeug ist so programmiert (über den Digital Equipment 11/34 Computer- nicht dargestellt), daß es zu einer Zeit einen Neutronen refektierenden Stopfen 128 über der öffnung 124 positioniert, so daß ein darin angeordnetes Gefäß in dem Schacht eingeschlossen wird, oder daß es zu einer anderen Zeit einen aktiven (das heißt eine Neutronenquelle enthaltenden) Stopfen 130 in die gleiche Position bringt, aber für einen im folgenden näher erläuterten Zweck.

Für das richtige Positionieren und Funktionieren des Robotergreifwerkzeuges werden mehrere Meßfühler benutzt, um Daten zu dem Computer zu senden, der für die Steuerung und den Betrieb des Greifwerkzeuges 114 benutzt wird, sowie zum Ermitteln der Position des Gefäßes 120 während des Gefäßüberwachungsbetriebes .

Gemäß Fig. 3 sind die Meßfühler 341, 342 und 343 strategisch plaziert und werden benutzt, um den Zustand des GreifWerkzeuges entweder als offen oder als geschlossen oder als besetzt oder unbesetzt zu bestimmen. Der Meßfühler 344 wird benutzt, um festzustellen, ob der Stopfen 128 oder 130 in dem Schacht 124 richtig positioniert ist. Der Meßfühler 345 stellt fest, ob das Greifwerkzeug 114 in bezug auf den Stopfen 128 richtig positioniert ist. Der Meßfühler 346 wird benutzt, um die richtige Position für das Greifwerkzeug zu bestimmen, in der dieses sich nach unten bewegen und ein Gefäß ergreifen kann, von welchem durch einen Meßfühler 359 festgestellt worden ist, daß es sich auf der Waage 122 befindet. Der Meßfühler 347 ist so plaziert, daß er die richtige Position des Greifwerkzeuges 114 zum Einbringen eines Gefäßes in den Schacht 124 feststellt. Der Meßfühler 348 ist so positioniert, daß er die richtige Position des Greifwerkzeuges 114 zum Einbringen eines Gefäßes in die Schlange 126 ermittelt, wobei in dieser Position das Gefäß durch einen Meßfühler 362 festgestellt wird. Die Meßfühler 349 und 364 ermitteln die richtige Position des Greifwerkzeuges 114 bezüglich des aktiven oder Quellenstopfens 130 bzw. die Position des Quellenstopfens 130 in seiner Ausgangs-

position. Der Meßfühler 350 wird zum Peststellen der oberen Position des GreifWerkzeuges 114 benutzt. Ein Meßfühler 351 wird zum Bestimmen der vertikalen Position des Greifwerkzeuges 114 benutzt, wenn dieses den Stopfen 180 absetzt, und ein Meßfühler 352 wird benutzt, um die Position des GreifWerkzeuges 114 bezüglich eines auf der Waage 122 ruhenden Gefäßes zu bestimmen. Der Meßfühler 353 wird zum Bestimmen der Position für ein Gefäß in dem Schacht 124 benutzt. Die Meßfühler 354, 355, 356 und 357 werden benutzt, um die Positionen von zwei Neutronenquellen 501 und 503 zu ermitteln, die in Behältern 132 enthalten sind, die durch Teleflex- oder Zugseile in eine Position unter dem Zählschacht 118 bewegt werden; eine Quelle, die benutzt wird, um die Eichung der dem Schacht zugeordneten Detektoren zu gestatten, ist Californium-252. Die andere ist eine Americium-241-Lithium-Quelle, die in der aktiven Betriebsart benutzt wird. Der Meßfühler 358 wird benutzt, um denjenigen Stopfen 128 festzustellen, der der nichtaktive Stopfen und in seiner Ausgangsposition ist. Ein Meßfühler 362 wird benutzt, um das Vorhandensein eines Gefäßes in einer ersten Position auf dem Ausgabeförderer 126 festzustellen, und ein Meßfühler 363 wird benutzt, um ein Gefäß an dem Ende des Ausgabeförderers zu erkennen. Ein Meßfühler 364 wird benutzt, um das Vorhandensein oder NichtVorhandensein des aktiven Stopfens 130 in seiner Ausgangsposition festzustellen. Die oben erwähnten Meßfühler sind bekannte Meßfühler und können in geeigneten Positionen bezüglich der zu überwachenden Gegenstände angebracht werden, damit die gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Weiter werden die Ausgangssignale, die durch die Meßfühler erzielt oder beobachtet werden, dem zentralen Steuercomputer des Typs Digital Equipment 11/34 zugeführt, der so programmiert ist, daß er die mechanische Handhabung der bei der Erfindung benutzten Gefäße auf im folgenden beschriebene Weise steuert.

Im mechanischen Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird ein Gefäß, das radioaktive Aschen enthält, die vorbereitet worden sind, indem die radioaktiven Aschen erst in das Gefäß eingebracht worden sind, nachdem sie gesiebt worden

waren, um die Teilchen auf eine vorbestimmte Größe zu begrenzen, auf einem Eingabeförderer (nicht dargestellt) zu der Waage 122 gefördert, die Teil des Förderers ist und mit der das Gefäß und sein Inhalt elektronisch gewogen werden und festgestellt wird, daß ein Aschengehalt unter einer vorbestimmten Menge vorhanden ist, z.B. 35 kg für die Asche und den Behälter. Wenn das vorbestimmte Maximalgewicht überschritten wird, wird das Gefäß zur späteren Bearbeitung, bei der das überschüssige Gewicht verringert wird, beiseite getan. Zur Zeit des Wiegens ist die bestimmte Identifizierungsnummer des Gefäßes auf bekannte Weise in den Computer eingegeben worden, und, wenn das Gewicht stimmt und die Identifizierungsnummer in den Computer eingelesen worden ist, für den das oben erwähnte Modell Digital Equipment 11/34 gewählt worden ist, veranlaßt der Computer die Greifkopfbaugruppe 112, sich in die Position oberhalb des Gefäßes auf der Waage zu bewegen, den Greiferteil abzusenken, das Gefäß zu ergreifen und das Gefäß zu einer Position zu tragen, wo das Gefäß in den Schacht 124 eingebracht wird. Der Greiferteil wird dann durch den erwähnten Computer veranlaßt, sich weiter zu bewegen und den Stopfen 128 aufzunehmen und diesen in dem Schacht 124 des NeutronenschachtkoinzidenzZählers 118 abzusetzen.

Der Neutronenschachtkoinzidenzzähler 118 ist in Fig. 4 in Draufsicht gezeigt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 hat der Schachtkoinzidenzzähler einen Hauptkörper 401, der aus Polyäthylen gebildet ist und in welchem der Schacht 124 gebildet ist. Mehrere Neutronendetektoren 403 sind in das Polyethylen in zwei konzentrischen kreisförmigen Kränzen um den Schacht 124 eingebettet und bestehen für die Zwecke der hier beschriebenen Ausfuhrungsform aus 42 BF3-Detektoren. Für Betriebszwekke werden die 42 BF3-Proportionalzählerneutronendetektoren in Sätze von drei aufgeteilt, wobei eine erste Gruppe aus sieben Sätzen von drei und eine zweite Gruppe aus sieben Sätzen von drei gebildet wird, um redundante Detektorsysteme zu bilden.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht nach der Linie 5-5 in Fig. sowie die Detektoren 403 und Neutronenquellen 511 und 509.

ELEKTRONISCHE SCHALTUNGSANORDNUNG

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das die elektronischen Schaltungsverbindungen für die redundante BF3-Detektoranordnung veranschaulicht. Wie oben erwähnt sind drei BF3-Neutronendetektoren parallel geschaltet, um einen Satz solcher Neutronendetektoren zu bilden. Da der Ausgangsstrom, der aus den BF3-Neutronendetektoren erhalten wird, eine niedrige Amplitude hat, wird das Ausgangssignal eines Satzes aus drei Detektoren, die parallel geschaltet sind, zuerst durch einen Ladungsempfindlichen Vorverstärker 603 verstärkt, bei welchem es sich um einen Vorverstärker des Typs 10203-11 von Brookhaven National Laboratory Design handeln kann. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 603 wird in einem zweiten Verstärker 605 weiter verstärkt, bei welchem es sich um einen Verstärker des Typs Canberra 2011 handeln kann. Das Signal, das durch den Vorverstärker 603 und durch den zweiten Verstärker 605 verstärkt worden ist, wird dann zu einem Diskriminator 607 geleitet, von welchem ein Typ der bekannte Canberra 2032 ist. Da es sieben Sätze von drei BF3-Neutronendetektoren in einer Gruppe gibt, ergibt jeder Satz von drei Detektoren ein Ausgangssignal an dem Diskriminator 607, und jedes Ausgangssignal wird dann an ein erstes Kunden-ODER-Gatter 609 angelegt. Das Ausgangssignal des ersten Kunden-ODER-Gatters 609 wird an eine Korrelationseinheit 611 und an einen Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden Kunden-ODER-Gatters 613 angelegt. Die Korrelationseinheit 611 liefert ebenfalls zwei Ausgangssignale, die an getrennte parallele Eingangsgatter 612a und 612b angelegt werden, bei welchen es sich um den Typ 3472F1B von Kinetic Systems handeln kann. Die Eingangsgatter 612a und 612b sind mit dem Computer Digital Equipment 11/34 verbunden, der die Information verarbeitet, die an dem Ausgang der Eingangsgatter 612a und 612b erscheint. Die zweite Gruppe von BF3-Detektoren ist auf

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gleiche Weise mit der ersten Gruppe über einen Vorverstärker 603A, einen zweiten Verstärker 605A, einen Diskriminator 607A und ein drittes Kunden-ODER-Gatter 609A verbunden, wobei das Ausgangssignal des dritten Kunden-ODER-Gatters 609A als ein zweites Eingangssignal an das zweite Kunden-ODER-Gatter 613 angelegt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Kunden-ODER-Gatters 613 wird an eine zweite Korrelationseinheit 619 angelegt, deren Ausgangssignal an zwei weitere Eingangsgatter 621 und 623 angelegt wird, deren Ausgangssignale ebenfalls dem Computer zugeführt werden, um diesem wie angegeben die Information zu liefern.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Natriumjodiddetektorsystems. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 sind zwei Natriumjodiddetektoren 501 und 503 in einem vorbestimmten Abstand unter der Unterseite eines Gefäßes in dem Schacht 124 angeordnet. Die Detektoren sind gegenüber thermischen Neutronen und Gammastrahlen niedriger Energie durch eine 0,762 mm (30 mils) dicke Schicht aus Cadmium 505 abgeschirmt, mit welcher der Boden des Schachtes ausgekleidet ist, und durch eine zusätzliche Schicht aus Cadmium 507 über den Detektoren selbst. Da die Ausgangsspannung der Natriumjodiddetektoren ebenfalls eine niedrige Amplitude hat, wird ein Natriumjodiddetektorausgangssignal zuerst zu einem Vorverstärker 703 und dann zu einem Verstärker 705 geleitet, bei welchem es sich um das bekannte Modell Canberra 2011 handeln kann. Die Schaltung des zweiten Natriumjodiddetektors ist ein Duplikat des oben beschriebenen einen Natriumjodiddetektors, und entsprechende Elemente tragen die gleichen Bezugszahlen, aber mit dem zusätzlichen Buchstaben A. Die Ausgangssignale der zweiten Verstärker 705 und 705A jedes Natriumjodidkanals werden zu einem Mischer/Übertrager 707 geleitet, dessen Ausgangssignal über einen Analog/Digital-Wandler 709 zu einem Mehrkanalanalysator 711 der Canberra-Serie 40 geleitet wird, dessen Ausgangssignal an den Computer angelegt wird. Daten werden in dem vorstehend beschriebenen System in drei Betriebsarten genommen - einer Bestätigungsbetriebsart, einer passiven Betriebsart und einer

aktiven Betriebsart. Die Bestätigungsbetriebsart wird vor den Messungen an jedem Gefäß benutzt, uni zu gewährleisten, daß der Neutronenschachtkoinzidenzzähler und die zugeordnete Hardware richtig arbeiten. Die Bestätigungsabtastung wird ausgeführt, indem eine 5,0-^Ci-Californium-252-Quelle benutzt wird, die auf den Boden des Schachtes gesetzt wird, wobei der neutronenreflektierende Stopfen 128 aufgesetzt ist. Drei Zählungen werden durchgeführt, und die Ergebnisse werden mit zuvor bestimmten Zählraten verglichen und bezüglich der Dämpfung durch die Californium-252-Quelle korrigiert. Das System wird als richtig arbeitend angesehen, wenn die Zählwerte mit statistischen Grenzwerten übereinstimmen. Nachdem die Bestätigung durchgeführt und der Neutronen reflektierende Stopfen 128 in seine Ausgangsposition zurückgebracht worden ist, positioniert sich der Greiferkopf selbst, um ein Gefäß auf der Waage 122 aufzunehmen. Nach dem Aufnehmen des Gefäßes fördert der Greiferkopf das Gefäß zu dem Schacht 124. Nach dem Absetzen des Gefäßes in dem Schacht 124 bewegt sich der Greiferkopf weiter, um den reflektierenden Stopfen 128 aufzunehmen und ihn zu der öffnung 124 zu fördern, um den Schacht um das Gefäß vollständig zu verschließen. An diesem Punkt wird eine passive Abtastung für 20 Zählungen ausgeführt. Nach Beendigung der passiven Abtastung werden zwei 150-mCi-Americium-241-Lithiumquellen 509 und 511 oberhalb bzw. unterhalb des Gefäßes angeordnet, und die aktive Abtastung wird in einer Betriebsart ähnlich der passiven Abtastung ausgeführt. Der Computer veranlaßt einen ihm zugeordneten Drucker, die Daten für das angegebene Gefäß, das überwacht wurde, auszudrucken.

Die gelieferten Ergebnisse sind: 1) Spalt- und Brutstoffgehalt (aus der redundanten Neutronenerfassung) und 2) Spalt- und Brutstoffgehalt aus der redundanten Erfassung der Gammastrahlung. Diese Ergebnisse werden durch Vergleich der ermittelten Zählraten mit Eichkurven, die von Normalen mit bekannten Zusammensetzungen stammen, erzielt.

Nachdem die Vorrichtung und das Verfahren beschrieben worden sind, die benutzt werden, um die Menge an U-235 und U-238 zu bestimmen, welche in der Asche enthalten ist,welche durch ein Sieb hindurch in ein Gefäß eingebracht wurde, ist klar, daß im Rahmen der Erfindung Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.

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Claims (11)

Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Spalt- und Brutstoffgehalts des Veraschungsrückstands in einem Behälter (120) mit zylindersymmetrischer Geometrie durch Kernstrahlungserfassung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (114) zum Transportieren des Materials, das analysiert wird und sich in dem Behälter (120) befindet, voll automatisiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstrahlungserfassung durch energieauflösende Gammastrahlendetektoren (501, 503) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus Erfassungssystem (501, 503) redundant ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brut-ZSpaltstoffbestimmung durch eine Vorrichtung ausgeführt wird, die einen Hauptkörper (401) aus Neutronenmoderiermaterial aufweist, einen Schacht (124) innerhalb des Hauptkörpers (401), mehrere Neutronensensoren (403), die in zwei konzentrischen kreisförmigen Kränzen um den Schacht (124) angeordnet sind, Einrichtungen zum Miteinanderverbinden von ausgewählten Detektoren, um eine Gruppe von miteinander verbundenen Detektoren zu bilden, Einrichtungen zum Gewinnen von Ausgangssignalen aus den Gruppen von Detektoren und Einrichtungen zum Bestimmen des Spalt-/Brutstoffgehalts aus den Detektorausgangssignalen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorsystem (501, 503) redundant ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen Natriumjodid-Gammastrahlendetektoren (501, 503) sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen Bortrifluorid-Neutronendetektoren sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren benutzt werden, um eine zeitliche Korrelation von Kernereignissen für die Spalt-/Brutstofferfassung zu gewinnen .

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Ausführen eines Vergleiches der mehrfachen diversen und redundanten Bestimmung des Spalt-/Brutstoffes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Neutronenquellen (509, 511) oberhalb und unterhalb des Schachtes (124) angeordnet sind, um den Behälter (120) der Neutronenstrahlung auszusetzen.