185091. lajstromszámú szabadalom • Atomreaktorok primárköri hűtőközeg-forgalmának ontaktmentes mérésére szolgáló gamma-sugárzás-detektor
185 091 A találmány tárgya atomreaktorok prinrérköri hűtőközeg-forgalmának kontaktmentes mérésére szolgáló gamma-sugárzás-detektor, amely előnyösen alkalmazható nyomottvizes atomerőműveknél és más atomreaktoroknál a primérköri hűtőközeg-forgalom nagy pontosságú mérésére. Ismeretes, hogy különösen a nyomottvizes atomerőművek primérköri forgalommérését megnehezíti az a tény, hogy a primérköri nem szabad megbontani érzékelők elhelyezése céljából és emiatt az általánosan elterjedt közvetlen forgalommérési eljárások nem jöhetnek számításba. A mérést a legtöbb esetben csak közvetett módon w pl. a keringető szivattyúk teljesítményének a mérése alapján — hajtják végre; az így nyert eredmények azonban nem elég pontosak és az üzemvitel folyamán végbemenő változásoktól is függnek. Ismeretes ennek a mérési feladatnak olyan megoldása, amely kontaktmentes érzékeléssel nyeri a méréshez szükséges információt (K. F. Graham, R. Gopal: Measurements of PWR Primary Coolant Flow Using N-i 6 Noise, Trans. Am. Nucl. Soc. 22, 554 (1975). Lényegében ezt a megoldást, az N—1 önaktivitás fluktuációjának detektálásán alapuló korrelációs átfutási-időmérést írja le a 3.818.231 sz. amerikai (USA) szabadalmi leírás is (R. Gopal, H. H. Weiss: N—16 Nuclear Reactor Coolant Flow-Rate Measuring System) és ennek vizsgálatáról. illetve alkalmazásáról jelennek meg publikációk napjainkban is. (J. Bouchet et al.: PWR Primary Flow Measurements by Correlation Analysis of N-16 Fluctuation. Sped. Meeting on Reactor Noise, Tokió, 1981.) A módszer azon alapul, hogy a reaktor aktív zónájának különböző részein átáramló hűtőközeg nem pontosan egyforma mértékben aktivizálódik fel és ennek következtében a zóna utáni csőszakasz valamelyik pontján mérve a gamma-sugárzás intenzitását, az mindig fluktuál egy kicsit az átlag értéke körül. Ez a fluktuációs kép együtt halad az áramló közeggel és ily módon a csőszakasz egy másik pontján is hasonló fluktuáció észlelhető. Megfelelően választott gamma-detektorokkal ezek a fluktuációk a csövön kívül is jól érzékelhetők. Ha a cső mentén elhelyezett két detektor között a fluktuációs kép nem torzul jelentősen, akkor a két detektor jele az idő függvényében közel azonosan változik, de köztük akkora időeltolás van, amennyi a detektorok közötti távolság átfutásához szükséges. Ezt az átfutási időt a két jel keresztkorreláció-függvényéből nagy pontossággal meghatározhatjuk és ennek, valamint a távolságnak az ismeretében kiszámíthatjuk a hűtőközeg áramlási sebességét, további paraméterek (csőkeresztmetszet, vízhőfok) ismeretében pedig a forgalmat és a tömegáramot is. A fenti megoldásnál a gamma-sugárzás érzékelésére a szokásos megoldású gamma-detektorokat használják. Ezeknek a detektoroknakházban elhelyezett két elektródája van, amelyek egymástól és a háztól el vannak szigetelve, és kivezetésekkel vannak ellátva. A detektorokat vastagfalú ólomvédelemmel kell körülvenni azért, hogy elsősorban az alattuk levő csőkeresztmetszetből kapják a sugárzást, tehát a távolabbi szakaszból érkező sugárzás csökkenjen. Ezek a detektorok azonban az itteninél magasabb igényeket is kielégítenek és így erre a célra indokolatlanul drágák, az ólomkollimátorok alkalmazása pedig — nagy tömegük és a környezeti hőmérséklet tartományába eső olvadáspontjuk miatt - nehézkes műszaki megoldásokra vezet. Fenti hátrányokat tovább fokozza az a tény, hogy a primérköri csővezetéknek általában nincs elegendően hosszú egyenes-, ill. zavarmentes szakasza ahhoz, hogy benne az áramló hűtőközeg sebességprofilja körszimmetrikussá. tudjon kialakulni. Emiatt a helyes átlagsebesség g megkapásához a cső körül több detektort kell elhelyezni, ami tovább növeli a költségeket és a kollimátor alkalmazásából adódó nehézségeket. Egy vonatkozó Westinghouse publikáció (A. G. Chaprnka, et al.: An N—16 Transit Time Flow Meter for Pressurized Water Reactors. IQ NUCLEX 78, C 4/9) pl. hűtőkörönként 8 db detektor alkalmazásáról számol be (egy detektor ára kb.3000 U$), az ólomkollimátor tömege pedig hurkonként tonna-nagyságrendű. (Itt említjük meg, hogy a Paksi Atomerőműnél minden 440 MW-os blokknak hat hűtőköre van.) 15 A találmány célja a fentiekben vázolt hátrányok egyidejű kiküszöbölése egy olyan detektor kidolgozása révén, amely kifejezetten az itteni igények kielégítésére szolgál és így alkalmazása a konvencionális detektorokkal szemben egyértelmű előnyöket jelent. 20 A találmánnyal megoldandó feladatot ennek megfelelően úgy tűztük ki, hogy egyrészt tökéletes sebességprofil átlagolást érjük el anélkül, hogy erre a célra nagyszámú konvencionális gamma-detektort kellene használnunk, másrészt pedig ne légyen szükség kollinrátorok 25 alkalmazására. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha a detektort úgy képezzük ki, hogy az gyűrűszerűén körbefogja a hűtőközeget szállító csövet és működő térfogatának fizikai határai 30 minél közelebb legyenek a cső felületéhez. A találmány szerinti detektornak házban elhelyezett két elektródája van, amelyek egymástól és a háztól el vannak szigetelve és kivezetésekkel vannak ellátva. A detektor háza a benne levő elektródákkal együtt gyűrű- 35 szerűen veszi körül a hűtőközeget szállító csövet és a detektor működő térfogatának fizikai határai közelebb vannak a cső felületéhez, mint a csőátmérő egyötöd része. A találmány értelmében célszerű, ha a gyűtűalakú 40 detektor két merev félgyűrűből tevődik össze, mert ily módon egyszerűen rábilincselhetővé válik a hűtőközeget szállító cső alkalmasan megválasztott szakaszára. Célszerű továbbá, ha a detektor olyan házban nyer 45 kiképzést, amelynek anyaga úgy van megválasztva, hogy a csővel való közvetlen érintkezés ne okozzon korróziós-, vagy egyéb problémát. Célszerű az is, ha a detektornál alkalmazott szigetelők anyagát úgy választjuk meg, hogy azok a rádioaktív 50 sugárterhelés mellett károsodás nélkül kibírják azt az igénybevételt is, amit a megközelítőleg a hőhordozó hőmérsékletével azonos környezeti hőmérséklet jelent, tehát ezek pl. kvarcból, vagy porcelánból készülnek. A találmányt a továbbiakban kiviteli példák és rajz 55 alapján részletesebben ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti detektor egyik kiviteli alakját ábrázolja, részben metszetben, és a 2. ábra az 1. ábra szerinti detektorral felszerelt cső hosszmetszete. 60 Az 1, ábrán látható detektor lényegében két, félkörív-alakú, téglalap keresztmetszetű, merev 1 házból, a bennük egymástól és az 1 háztól szigetelten elhelyezett 2 elektródából és a 3 kivezetésekből áll és a hűtőközeget szállító csőre a 4 fülek összehúzása révén 65 fogható fel. Az 1 ház célszerűen lemezből készül, hegesz-2
