專利名稱：反應(yīng)堆冷卻劑泄漏的空中放射性監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度的提高的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以檢測核反應(yīng)堆冷卻劑泄漏的系統(tǒng)。本發(fā)明特別涉及應(yīng)用靈敏度提高裝置使得空中粒子監(jiān)測器較易于測定反應(yīng)堆冷卻劑的泄漏。
空中粒子放射性監(jiān)測器可用于通過測量由泄漏所產(chǎn)生的空中粒子放射性而檢測核反應(yīng)堆冷卻劑的泄漏。但是，這些先有技術(shù)檢測器的問題在于不論在泄漏位置還是在泄漏位置與監(jiān)測位置之間的取樣線中作為沉積損耗的結(jié)果而發(fā)生放射性粒子的損耗都難于計量。
從核反應(yīng)堆冷卻劑泄漏的氣態(tài)放射性核素幾乎100%地泄漏到空氣中，在取樣線中沉積損耗極小。但是，氣體空中放射性監(jiān)測器的靈敏度比較子空中放射性監(jiān)測器的靈敏度要低得多，因為氣體監(jiān)測器僅僅對取樣室中檢測器觀測到的氣體量作出響應(yīng)。另一方面，粒子監(jiān)測器則對于一段延續(xù)的時間周期中濾子上所收集到的放射性粒子作出響應(yīng)。粒子監(jiān)測器對氣態(tài)監(jiān)測器靈敏度的比率的數(shù)量級為10，000。
總之，不論粒子監(jiān)測器還是氣體監(jiān)測器在用于核反應(yīng)堆冷卻劑泄漏的檢測時都有嚴(yán)重的缺陷。粒子監(jiān)測器難于對泄漏位置粒子放射性損耗及取樣線壁上靶板所造成的損耗計量。而氣體監(jiān)測器與粒子監(jiān)測器比較其靈敏度又非常之低。
美國專利No.4，820，925公開了用于放射性氣懸粒的室內(nèi)空氣監(jiān)測器，該監(jiān)測器應(yīng)用過濾器系統(tǒng)收集系統(tǒng)通過進(jìn)入監(jiān)測器的空氣流所攜帶的懸浮粒子，并對這些粒子的放射性通過該裝置的檢測予放大器進(jìn)行探測和檢驗。這一裝置本身并不能檢驗由核電廠泄漏的氣態(tài)放射性核素的放射性。
盡管有上述裝置，在技術(shù)上仍然需要一種測量由于核反應(yīng)堆冷卻劑泄漏的結(jié)果所造成的氣態(tài)放射性的可靠方法。
本發(fā)明的一個目的是提供一種與放射性惰性氣體蛻變?yōu)榉派湫院怂亓Ｗ赢a(chǎn)物相關(guān)的輻射的測量方法。
本發(fā)明的又一目的是應(yīng)用輻射粒子監(jiān)測器進(jìn)行這種測量。
本發(fā)明還有一個目的是將任何被測輻射與基礎(chǔ)輻射相比較。
本發(fā)明的另一目的是提供一種裝置，該裝置允許放射性惰性氣體充分長的時間蛻變?yōu)榉派湫院怂刈釉?，以便粒子監(jiān)測器得到有效利用。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所提供的檢測核反應(yīng)堆放射性氣體泄漏的方法包括以下步驟提供取樣線以便對來自核反應(yīng)堆的放射性氣體泄漏進(jìn)行取樣;在離開核反應(yīng)堆的取樣線的下游提供一個延時箱，該延時箱的尺寸要能保留放射性氣體充分的駐留時間，使得放射性氣體能夠蛻變?yōu)榻M成入射性惰性氣體的堿性元素產(chǎn)物。該方法還包括在離開延時箱的取樣線下游側(cè)提供一個空中放射性粒子監(jiān)測器，并與放射性粒子監(jiān)測器一同測量與放射性核素粒子相關(guān)的放射性。
本發(fā)明的另一實施例構(gòu)成了一種核反應(yīng)堆氣體泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于傳送來自反應(yīng)堆的放射性氣體泄漏的取樣線，并包括在離開反應(yīng)堆的取樣線下游側(cè)的一個延時箱，以便有充分的駐留時間使得放射性氣體能夠蛻變?yōu)閷τ诜派湫詼y量敏感的空中放射性核素粒子，該裝置還包括串接在該延時箱下游的空中放射性粒子監(jiān)測器。
本發(fā)明著眼于此目標(biāo)旨在提供一種反應(yīng)堆放射性氣體泄漏檢測方法，該方法包括以下步驟a.提供取樣線(12)對來自核反應(yīng)堆(18)的放射性氣體泄漏(16)取樣1;b.在離開核反應(yīng)堆(18)的上述取樣線(12)的下游提供第一延時箱(10)，該第一延時箱(10)的尺寸能夠保留該放射性氣體充分的駐留時間以使該放射性氣體能夠蛻變?yōu)榉派湫院怂亓Ｗ?c.在離開上述第一延時箱的上述取樣線的下游側(cè)提供一個空中放射性粒子監(jiān)測器(14)d.用該空中放射性粒子監(jiān)測器(14)測量與上述放射性核素粒子相關(guān)的放射性。


圖1是假定來自核反應(yīng)堆放射性氣體逃逸點的100%粒子損耗下空中粒子監(jiān)測器處放射性對于時延的圖示。
圖2是假定75%粒子損耗或25%的放射性粒子從泄漏點傳送到監(jiān)測裝置時空中粒子監(jiān)測器處放射性對于時延的圖示。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施例的一個核反應(yīng)堆的原理圖，包括取樣線、延時箱和基礎(chǔ)取樣箱以及空中放射性粒子監(jiān)測器。
在運行的核反應(yīng)堆中，如88Kr、89Kr與138Xe等放射性惰性氣體裂變產(chǎn)物易于從核燃料缺陷逃逸并形成反應(yīng)堆冷卻劑放射性的重要成分。在反應(yīng)堆的冷卻劑泄漏中，例如從控制棒驅(qū)動頂蓋密封以及控制棒驅(qū)動反應(yīng)堆頭貫穿區(qū)域和在反應(yīng)堆堆芯壓力容器的底部的堆芯內(nèi)部裝置的泄漏，這些氣態(tài)放射物在泄漏區(qū)域以將近100%泄漏率(0%損耗率)泄漏到空氣中。這些惰性氣體蛻變?yōu)槔?8Rb，89Rb及138Cs等堿性放射性核素。該過程為88KI (B-)/(T1/2=2.84h) >88Rb (B-)/(T1/2=17.7m) >88Sr(穩(wěn)定)89KI (B-)/(T1/2=3.16m) >89Rb (B-)/(T1/2=15.4m) >89Sr(T1/2=50d)138Xe (B-)/(T1/2=14.1) >138Cs (B-)/(T1/2=32.2m) > Ba(穩(wěn)定)還有其他氣態(tài)放射性核素蛻變?yōu)閴A性元素。然而，它們一般或是半衰期太長或是子系核素為穩(wěn)定的。
穩(wěn)定狀態(tài)下在反應(yīng)堆冷卻劑中，子系堿性放射性核素的放射性水平通常就每單位體積的貝克雷爾(Bq)(每秒每單位體積的蛻變)而言與父系惰性氣體的放射性核素是相同的，因為以上放射性核素的半衰期與由軟化器移動或通過向體積控制箱的氣體區(qū)域逃逸的時間相比是短的。很少有來自核燃料泄漏短半衰期堿性放射性核素的直接釋放。
在冷卻劑泄漏處，惰性氣體與堿性放射性核素都釋放到該泄漏區(qū)。幾乎100%的放射性惰性氣體被釋放到泄漏處周圍的空氣中。這些堿性放射性核素的潛在地難于量化的部分形成了可遷移的空中粒子，而其余的則沉積在泄漏位置附近。在泄漏區(qū)域中畫出了空氣取樣的取樣線將把基本是100%的惰性氣體傳送到監(jiān)測器，而粒子中堿性放射性核素的主要的難于計量的部分卻丟失在取樣線的壁上而不能到達(dá)監(jiān)測器。
如前所述，氣體監(jiān)測器的靈敏度比粒子監(jiān)測器低得多，并且粒子有大量的難于計量的損耗。
根據(jù)本發(fā)明，在取樣線12的末端，就在空中放射性粒子監(jiān)測器14之前設(shè)有一延時箱10。見圖3，在泄漏點幾乎沒有受到損耗的惰性氣體放射性核素被允許蛻變?yōu)閴A性放射性核素，這些核素起始作為帶電離子將易于附著在空氣中任何已有的粒子上。然后這些粒子上的堿性放射性核素可用高靈敏度來測量。每一放射性核素的量可被計算，并且可計算出最佳時延。
88Kr蛻變?yōu)?8Rb的方程為
其中 ＝88Kr的濃度變化率 ＝88Kr的濃度λ88Kr]]>＝對于88Kr＝Ln(2)/88Kr的半衰期的蛻變常數(shù) ＝88Rb的濃度變化率 ＝88Rb的濃度 ＝對于88Rb＝Ln(2)/88Rb的半衰期的蛻變常數(shù)具有不同系數(shù)的相同的方程適用于88Kr蛻變?yōu)?9Rb以及138Xe蛻變?yōu)?38Cs。
33Rb的蛻變率為蛻變常數(shù)乘以88Rb的濃度Bq單位體積＝蛻變量／秒單位體積＝λ88Rb(1／秒)＊N88Rb原子數(shù)單位體積]]>如果對每一放射性核素在零時刻初始濃度已知，則這些方程是可解的。
穩(wěn)態(tài)的反應(yīng)堆冷卻劑中父系惰性氣體88Kr的放射性(Bq/單位體積)和子系88Rb基本是相等的。如果不使用本發(fā)明，那么在泄漏處和取樣線中大部分的88Rb在進(jìn)入延時箱或粒子監(jiān)測器之前就損耗了。
現(xiàn)給出一例說明延時箱的益處。此例中，泄漏處周圍空氣中來自冷卻劑泄漏處的惰性氣體的濃度為
88Kr 66 Bq/m389Kr 66 Bq/m3138Xe 198 Bq/m3總計 330 Bq/m3如果由于在泄漏處和取樣線中的損耗而沒有粒子放射性核素到達(dá)監(jiān)測器的位置，則不采用本發(fā)明的粒子監(jiān)測器處的粒子放射性為零。
圖1表示了，如果應(yīng)用了本發(fā)明，在延時箱之后粒子放射性的濃度。該圖示出作為時延的函數(shù)以Bq/m3為單位的放射性。標(biāo)以4的曲線為88Rb，89Rb及138Cs的總計Bq/m3。曲線1表示88Rb，曲線2表示89Rb以及曲線3表示138Cs?？傆嫷牧Ｗ臃派湫栽?0分鐘后由起始的零值升到90Bq/m3。即使起始與逃逸氣體保持平衡所的有粒子都假設(shè)在延時箱10之前在泄漏處和/或在取樣線中已損耗，但這是起始的氣態(tài)放射性的重要部分。于是圖1表示了一種最壞的情況。
較樂觀的情況是，反應(yīng)堆冷卻劑堿性放射性核素的50%形成可遷移粒子(50%在泄漏處附近損耗)并且這些粒子的50%到達(dá)取樣線的監(jiān)測器端(另外50%損耗)。如果堿性放射性核素在反應(yīng)堆里與冷卻劑中它們的惰性氣體的父系是保持平衡的，則在無延時的監(jiān)測器處粒子的濃度為330Bq/m3* · 5* · 5=82.5Bqm3]]>這比在附近采用較佳的延時箱的前一例子要小，而且100%的初始粒子被損耗。
圖2表示如果帶有延時箱50%乘50%的損耗的情形監(jiān)測器處的粒子濃度。這種情形下大約經(jīng)20分鐘的延時總計粒子的濃度達(dá)到約為130Bq/m3峰值，這是很高的增益。
本發(fā)明的主要優(yōu)點在于不依賴于泄漏處非氣態(tài)堿性放射性核素的逃逸以形成可遷移離子而是根據(jù)這些粒子的沒有顯著損耗地向監(jiān)測器的傳送。圖1表明與具有相當(dāng)大的但不能確證的粒子損耗且沒有延時箱相比具有延時箱并在延時箱之前100%粒子損耗的情形可得到較高的粒子水平。如果使用延時箱，則圖2的例子中粒子的濃度增加。
以較短的時延即可獲得顯著的增益。圖1中，如果粒子損耗為100%，則6分鐘的時延給出大于40Bq/m3濃度。
圖3表示本發(fā)明用于反應(yīng)堆冷卻劑泄漏監(jiān)測器。延時箱10加在取樣線12核反應(yīng)堆18的下游，燃料添加腔壁與防護(hù)層20的外側(cè)，并恰在粒子監(jiān)測器14之前。
操作中，來自核反應(yīng)堆18的氣態(tài)漏16，例如來自堆芯貫穿設(shè)備19的控制棒驅(qū)動穿桿17，其結(jié)果為例如88Kr，89Kr及138Xe等放射性惰性氣體經(jīng)取樣線12被傳送到延時箱10。該延時的尺寸可使放射性氣體駐留足夠的時間以使得放射性氣體能夠蛻變?yōu)槔鐗A性元素子系88Rb，89Rb及138Cs等放射性核素粒子。在氣態(tài)釋放時，這些惰性氣體是與其堿性子系平衡的，但幾乎100%的氣體被釋放到取樣線及延時箱，其間由于兩個現(xiàn)象許多堿性子系以粒子的形式在泄漏處被損耗;很多組成這些元素的塵粒在泄漏點落出并再也不能使它通過取樣線到達(dá)粒子監(jiān)測器，而其他放射性子系粒子沉積在取樣線12的壁上，如上所述也不能使之再到達(dá)粒子監(jiān)測器。
延時箱10的尺寸取決于各應(yīng)用的特定情況，然而造成約為30分鐘的滯留時間的箱尺寸，就這種尺寸的箱體制造成本以及其占空量而言實際上將需要延時箱10的尺寸最大。對于更實際的應(yīng)用而言，具有3至9分鐘滯留時間的箱體則更實用。如圖3所示，箱體10應(yīng)具有垂直的方向，以便使沉積的放射性粒子數(shù)量可減到最小。又如圖3所示，延時箱10應(yīng)位于測量設(shè)備14之上，以便使得粒子更易于被傳送到并被粒子監(jiān)測器14監(jiān)測到。而且，延時箱10應(yīng)設(shè)計成在箱10的入口處保持層流而盡量減少湍流，并應(yīng)有足夠的尺寸以減少在箱體10的內(nèi)表面上的沉積損失。
再如圖3所示，本發(fā)明是一個較佳實施例包括通過基礎(chǔ)取樣線24用于接受基礎(chǔ)樣品22的基礎(chǔ)取樣箱21。該基礎(chǔ)取樣箱21通過閥門定序器26與延時箱10相連接，該定序器的設(shè)計要使得當(dāng)由于來自延時箱10的輻射的放射性顯著超過所測到的來自基礎(chǔ)樣品箱21的放射性時，監(jiān)測器14能發(fā)出指示。該放射性水平在延時箱中必須顯著地高使得能夠以4西格瑪(sigma)統(tǒng)計量來測量。一般，與延時箱10相關(guān)的輻射相對于基礎(chǔ)輻射約10%的增加就足以指示故障情況出現(xiàn)并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)呐耪洗胧?。如本專業(yè)技術(shù)人員周知，這可應(yīng)用適當(dāng)?shù)木?8來實現(xiàn)，該警鈴不構(gòu)成本發(fā)明的任何部分。
以上對本發(fā)明的特定實施例進(jìn)行了詳述，但本專業(yè)技術(shù)人員當(dāng)可明白，根據(jù)所公開的總的要點可在那些細(xì)節(jié)上作出各種變化和修改。因此，所公開的特定配置僅為示例性的而并不限定為本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求及其任何與所有等類物之全部函蓋給定的。
權(quán)利要求
1.檢測核反應(yīng)堆放射性氣體泄漏的方法，包括以下步驟a.提供取樣線(12)，用于對來自核反應(yīng)堆(18)的放射性氣體泄漏(16)取樣1；b.在上述取樣線(12)上離開核反應(yīng)堆(18)的下游側(cè)提供第一延時箱(10)，該第一延時箱(10)的尺寸能夠保留該放射性氣體充分的駐留時間以使該放射性氣體能夠蛻變?yōu)榉派湫院怂亓Ｗ?；c.在上述取樣線上離開上述第一延時箱的下游側(cè)提供一個空中放射性粒子監(jiān)測器(14)，d.利用該空中放射性粒子監(jiān)測器(14)測量與上述放射性核素粒子相關(guān)的放射性。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟e.將(d)步中所測得的放射性與可接受放射性比較，如果該被測放射性顯著超過該可接受放射性，則啟動報警裝置。
3.權(quán)利要求2的方法，其中上述的比較是通過應(yīng)用具有裝在該粒子監(jiān)測器(14)上游的基礎(chǔ)輻射延時箱(21)的基礎(chǔ)輻射取樣線(24)來完成的，該基礎(chǔ)輻射延時箱(21)與該第一延時箱(10)尺寸基本相同，并且基中上述可接受的放射性包括由上述粒子監(jiān)測器(14)所檢測的與上述基礎(chǔ)延時箱(21)相關(guān)聯(lián)的放射性
4.權(quán)利要求1的方法，其中上述放射性氣體至少包括88Kr，89Kr與138Xe之一。
5.權(quán)利要求4的方法，其中上述放射性核素粒子至少包括88Rb，89Rb與138Cs之一。
6.權(quán)利要求1的方法，其中上述第一延時箱的尺寸的氣流率約為1-5cfm(立方英尺分鐘)時能保持層流通過該第一延時箱(10)。
7.權(quán)利要求的方法，其中上述駐留時間選擇得與由上述空中放射性粒子監(jiān)測器(14)所測到的總計放射性核素粒子濃度的峰值相吻合。
8.在具有用于對來自反應(yīng)堆(18)的放射性氣體的泄漏(16)進(jìn)行取樣和傳送的取樣線(12)的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)中，改進(jìn)之處包括在上述取樣線(12)上離開上述核反應(yīng)堆(18)的下游側(cè)有第一延時箱(10)，用于保持上述放射性氣體充分的駐留時間以使上述放射性氣體可蛻變?yōu)檫m宜作放射性測量的空中放射性核素粒子;并還包括串聯(lián)在上述第一延時箱(10)下游的空中放射性粒子監(jiān)測器(14)。
9.權(quán)利要求8的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其中上述取樣線(12)至少對核反應(yīng)堆的控制棒驅(qū)動穿桿(17)與堆芯設(shè)備穿桿(19)之一附近的氣體取樣。
10.權(quán)利要求9的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其中上述第一延時箱(10)的尺寸使得放射性氣體的駐留時間與由上述空中放射性粒子監(jiān)測器(14)測得的總計放射性核素粒子濃度峰值相吻合。
11.權(quán)利要求(9)的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其中上述第一延時箱(10)具有垂直的方向。
12.權(quán)利要求(8)的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)，還包括接收來自延伸到核反應(yīng)堆密封殼(18)的基礎(chǔ)源(22)的空氣的基礎(chǔ)取樣線(24)，在該取樣線(24)的下游離開該基礎(chǔ)源的一側(cè)具有基礎(chǔ)延時箱(21)，該基礎(chǔ)延時箱(21)與上述第一延時箱(10)尺寸基本相同，該基礎(chǔ)延時箱(21)在上述粒子監(jiān)測器(14)的上游并與之連接，以及該粒子監(jiān)測器(14)適于對與上述基礎(chǔ)延時箱(21)相關(guān)的輻射同與上述第一延時箱(10)相關(guān)的輻射進(jìn)行比較。
13.權(quán)利要求12的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其中上述第一延時箱(10)與上述第二延時箱(21)在它們的出口由閥門定序器(26)連接，以便使該粒子監(jiān)測器(14)對與上述第一延時箱(10)及上述基礎(chǔ)延時箱(21)相關(guān)的輻射進(jìn)行取樣和比較。
14.權(quán)利要求13的核反應(yīng)堆放射性監(jiān)測系統(tǒng)，還包括報警裝置(26)，對上述第一延時箱(10)相關(guān)的放射性顯著超過上述基礎(chǔ)延時箱(21)相關(guān)的放射性時的失常情況報警。
全文摘要
用于測量與核反應(yīng)堆(18)的冷卻劑泄漏(16)相關(guān)的放射性的方法與設(shè)備。該方法包括在氣體取樣線(12)上離開輻射粒子監(jiān)測器(14)的上游裝置設(shè)延時箱(10)，該延時箱(10)可使來自泄漏處(16)的放射性惰性氣體蛻變?yōu)榉派湫宰酉盗Ｗ?，這些放射性子系粒子放射性粒子監(jiān)測器(14)監(jiān)測。該裝置包括延時箱(10)和基礎(chǔ)延時箱(21)以及用于比較與延時箱(10)相關(guān)的輻射同與基礎(chǔ)延時箱(21)的輻射的閥門定序器(26)。
文檔編號G01T1/167GK1100835SQ9410293
公開日1995年3月29日 申請日期1994年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月17日
發(fā)明者金斯利·F·格雷厄姆 申請人:西屋電氣公司