DEVICE FOR SAMPLING GASEOUS RADIOACTIVE ELEMENTS IN THE ATMOSPHERE

Abstract: 1. A sample collecting device (PSE) for collecting the radioactive carbon isotope **14 C which is contained in the form of CO2 in the exhaust from a nuclear power station or other nuclear installation, wherein - a gas stream (g0 ) withdrawn from the flue exhaust is fed through filters (FO) and a pump (P1, P2), and through one of at least two suction branches (I11 , I12 ), each of which contains a shut-off valve (V1, V2), to a branching point (3) and - from this branching point (3), the major part (gA ) of the gas stream (g0 ) is returned through a return line (I6 ) to the exhaust flue and - the other part of the gas stream, as the gas stream (gB ) to be measured, can be fed to at least two collecting branches (I41 , I42 ), connected in parallel and alternately actuatable, each of which branches has a collecting vessel (A1, A2) and preceding and following valves (V4; VA1, VA2), and, having passed through the particular collecting branch (I41 , I42 ), can be returned to the exhaust flue as depleted measured gas (g'B ), characterised by the following features : - each of the suction branches (I11 , I12 ) has its own measuring gas pump (P1, P2), the suction branch which is not switched-in serving as a reserve branch which can be switched-in when the parallel suction branch is out of order and has been disconnected ; - the branching point (3) is preceded by a channel constriction (K) which produces a pressure head, and from the branching point (3), which carries the pressure head as a reference pressure, the measuring gas stream (gB ) is fed through a control valve (V3) which maintains the flow per unit of time approximately constant and a flowmeter (MDM), and by way of a switching valve (V4), through one of the two collecting branches (I41 and I42 ), and - the two collecting branches (I41 and I42 ) each contain a collecting vessel (A1, A2) containing a caustic soda bath (N1), the quantity of measuring gas which passes through during the sampling interval is adapted to the absorptive capacity of the amount of caustic soda present in the collecting vessel (A1, A2) which is switched-in.

Description: Probensammeleinrichtung für in der Umgebungsluft enthaltene gasförmige radioaktive Stoffe Die Erfindung bezieht sich auf eine Probensammelein- richtung für in der Umgebungsluft enthaltene gastorsige radioaktive Stoffe, insbesondere zum Sammeln des radioaktiven Kohlenstoffisotops 14C über den in der Abluft eines Kernkraftwerkes oder einer anderen kerntechnischen Anlage enthaltenen Anteil an 14C02 durch Absorption in wässriger Natronlauge. Nach den sicherheitstechnischen Regeln des kerntechnischen Ausschusses (KTA), Teil 1: Messung und Über- wachung der Ableitung radioaktiver Stoffe mit der Kaminabluft bei bestimmungsgemässem Betrieb (KTA 1503.1, Fassung 2/79) ist zur 14C-Uberwachung ausgesagt, dass kontinuierlich Kohlendioxid-Proben aus der Kaminabluft zu nehmen und vierteljährlich auszuwerten sind. Zur Erfüllung dieser sicherheitstechnischen Auflage sind eine Reihe von Problemen zu lösen. Zunächst ist ein geeignetes Absorptionsverfahren zu wählen, welches gewähr- leistet, dass die imAbsorbens gesammelten Mengen an radioaktivem Kohlendioxid, in einem Saimelgefäss aufgefangen, bequem aus der Probensammeleinrichtung entfernt und zu einem Labor transportiert werden können, wo sie auf einfache Weise qualitativ und quantitativ chemisch analysierbar sein sollen, um Rtlckschlüsee auf die in der Abluft enthaltene Menge an radioaktivem C-14 ziehen zu können. Die Ubervachung in dem Uberwachungs zeitraum von einem ViertelOahr soll kontinuierlich sein; ausserdem brauchen nur relativ kleine Mengenströme durch das Sammelgefäss hindurchgeleitet zu werden, denn es geht nicht um eine Abgasreinigung, sondern nur um eine Probennahme, um den Anteil an radioaktivem C-14in der Abluft zu erfassen. Dabei ist besonders wichtig, dass während des Überwachungszeitraums die Probensammel- einrichtung möglichst automatisch ohne manuelle Ope rationen gefahren werden kann, das bedeutet, dass sie eigensicher arbeiten muss, damit im Störungsfalle (z.B. Ausfall der elektrischen Energie oder Ausfall einer Komponente, wie z.B. Gasputpe oder Ventil) nicht die Probennahme in Frage gestellt wird, sondern eine Um- schaltung von kranken Zweigen auf gesunde Zweige erfolgen kann. Ebenso soll ein kontinuierlicher Betrieb ge währleistet sein, wenn ein Sanelgefäss nach Ablauf des Uberwachuz#lntervaIls entnommen und ein neues eingefUgt wird. Ausgehend von einer Probensammeleinrichtung der eingangs definierten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde diese so auszubilden, dass die geschilderten Probleme sicher beherrschbar sind, d.h., mit welcher insbesondere die folgenden Aufgaben lösbar sind: - kontinuierliche Uberwachung der Abluft in einer kern technischen Anlage, insbesondere einem Eernkraitwerk, auf Gehalt an radioaktivem C-14 während des vorge schriebenen Überwachungs-Intervalls, das gemäss KTA 1503.1 drei Monate beträgt, Jedoch auch einen lange ren oder kürzeren Zeitraum umfassen kann; ; - unterbrechungsireier Weiterbetrieb der Einrichtung, wenn an Ende des Uberwachungs-Zeitrauis das beladene Sanelgefäss entfernt und ein neues eingeschaltet wird; - zuverlässige Mengenstromerfassung der durch das ein geschaltete Sanelgefäss geleiteten Messgasienge und Festhalten des jeweiligen Mengenstrom-Integrals bei Störungen, wie z.B. Netzausfall; - stossfreie Umschaltung auf einen gesunden Ansaugzweig im Falle der Störung des gerade eingeschalteten Ansaug zweiges; - hinreichend genaue Definition des Vordruckes für das dem Mengenstromzähler vorgeschaltete, auf konstanten Mengenstrom geregelte Stellventil. Erfindungsgemäss wird bei einer Probensammeleinrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 der gestellte Aufgabenkomplex durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 FSg- gebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem und summarisch darin zu sehen, dass ein kontinuierlicher, vollautomatischer Betrieb der Probensaxselein- richtung in kerntechnischen Anlagen, insbesondere in Kernkraftwerken, ermöglicht ist, der sich vor allem durch kleine Entnahaemengen, einen hohen Grad der Ei- gensicherheit und Redundanz bei Pumpen und Sanelge- füssen und durch eine geringe Wartung auszeichnet. Von besonderer sicherheitstechnischer Relevanz ist die Anordnung und Ausbildung der Absorptiona- und Sicherheits- flaschen gemäss den Ansprüchen 2 bis 5, weil damit unter anderem erreicht wird, dass die Absorberfltlssigkeit (wässrige NaOH) auch im Falle eines Uberdruckes auf der Abströmseite der Flaschenkolonne bzw. Flaschen Reihenschaltung nicht nach aussen treten kann (ein Austreten von Na0H im Falle eines Überdruckes auf der Zu strömseite der Flaschenkolonne ist durch die besondere Ausbildung der Absorberflasche ohnehin verhindert). Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung diese noch näher erläutert. Darin zeigt in vereinfachter Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Er findung nicht erforderlichen Teile bzw. Schaltelemente: Fig. 1 ein pneumatisches Schaltbild der Probensammel- einrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 eine Frontansicht auf die als Messschrank ausge führte Probensamieleinrichtung mit zwei Sanel zweigen, die einander parallel geschaltet sind und jeweils eine Absorptions- und vorgeschaltete Sicherheitsflasche enthalten, sowie mit front seitiger Anzeige- und Bedienungaplatine; und Fig. 3 den Schaltplan der elektrischen Mess- und Über- wachungsschaltung in schematischer Blockdar stellung. Der pneumatische Eingang der in Fig. 1 dargestellten und als Ganzes mit PSE bezeichneten Probensammeleinrichtung ist über die Ansaugleitung 10 und ein vorgeschaltetes Feinfilter FO an den Ai!iztt#M1fl eines Kernkraftwerkes oder allgemein einer kerntechnischen Anlage (Labor, Wiederaufarbeitungsanlage) angeschlossen. Die Ansaugleitung 10 verzweigt sich in die beiden Ansaugzweige III, 112, deren Jeder eine Reiheschaltung aus Gaspumpe P1 bzw. P2 und einem Absperrventil V1 bzw. V2 enthält. Einer der beiden Ansaugzweige, z.B. 111, ist in Betrieb, der andere dient als Reservezweig und wird im Falle der Störung und Abschaltung des in Betrieb befindlichen Ansaugzweiges automatisch eingeschaltet, so dass die Störung im kranken Ansaugzweig beseitigt, z.B. die Gaspumpe Pl ausgewechselt werden kann. Die Gaspumpen Pl, P2 sind bevorzugt Membranverdichter-Vakuumpumpen, und zwar von solcher Bauart, bei der das Pumpengehkuse aus hochwertigen, chemisch beständigen Kunststoffteilen besteht. Der Meibranantrieb erfolgt durch einen Spalt polmotor mittels Exzenter. Die Pumpe ist wellendich tungsfrei, dadurch völlig gasdicht. Durch Einsatz besonderer Lager hat sie einen sehr geräuscharmen Lauf. Sie ist insbesondere sehr laufruhig, hat kleine Abmessungen und ist für den Dauerbetrieb geeignet. Im allgemeinen gewährleisten zwei parallele Ansaugzweige eine ausreichende Redundanz für einen kontinuierlichen Betrieb; in Sonderfällen könnten auch mehr als zwei parallele Ansaugzweige 11 vorgesehen sein, wenn die Probennahme-Zeiträume länger als drei Monate dauern und/ oder wenn bei Ausfall eines Ansaugzweiges dieser nicht sofort repariert werden soll. Es wurde angenommen, dass der Ansaugzweig 111 in Betrieb ist. Dann wird durch die Gaspumpe P1 ein Gasstrom g0 von z.B. ca 3 min aus dem Abgaskamin entnommen und dem Verzweigungspunkt 3 zugeführt (die Anschlusspunkte des Ansaugzweiges 112 an die Ansaugleitung 10 werden mit 1 und 2 bezeichnet). Von diesem Verzweigungspunkt 3 wird der grösste Anteil des Gas stromes go als Hauptstrom gA über eine staudruckerzeugende Kanalverengung K und eine Rilckführleitung 16 in den Abluftkamin zurückgeführt, d.h. die Rückspeisung erfolgt über das Leitungsstnck 17. Die Kanalverengung K ist eine sogenannte Bypass-Kapillare, die bei einem Durchsatz von etwa 2,9 1/min für einen Staudruck am Verzweigungspunkt 3 von etwa 0,4 bar sorgt, der für die Funktion des noch zu erläuternden Steuerventils V3, welches den MeBgasstrom gg steuert, erforderlich ist. Der Verzweigungspunkt 3 führt also den Staudruck als Bezugsdruck, und von ihm wird der kleinere Anteil des Gas stromes von z.B. 50 cm3/min als Messgasstrom über das bereits erwähnte, die Durchflussmenge pro Zeiteinheit angenähert konstanthaltendes Stellventil V3 und einen Mengenstromzähler MDM in Form eines Nassendurchflussmessers, vorzugsweise thermischen Massendurchflussmessers, sowie über ein Umschaltventil V4 durch einen der beiden Sammelzweige 141 oder 142 hindurchgeleitet. Das Um schaltventil V4 ist ein hand- oder elektromagnet betätigtes Dreiwegeventil; die dargestellte Schaltstellung III ist eine Zwischenstellung, welche der Steuerkörper des Ventils einnimmt, wenn das Ventil von seiner Stellung I (Sammelzweig 141 eingeschaltet) in seine Stellung II (Sammelzweig 142 eingeschaltet) umgeschaltet werden soll. Der erste Sammelzweig 141 enthält die Reihenschaltung aus dem eigentlichen, ein Natronlaugenbad enthaltenden Sainmelgefäss Al und einem diesem Sammelgefäss Al vorgeschalteten Sicherheitsgefäss 51. Sammel- und Sicher- heitsgefäss Al, S1 werden in bevorzugter Ausführung als Absorptionsflasche und als Sicherheitsflasche ausgeführt, wie weiter unten noch erläutert. Der Natronlaugespiegel im Sammelgefäs Al ist mit N bezeichnet, entsprechend auch beim Sammelgefäss A2 im zweiten Sammel- zweig 142. Dem Sammelgefäss Al ist im ersten Sanel- zweig 141 ein Absperrventil VAl nachgeschaltet, wel eher vor Entnahme des Sammelgefässes Al geschlossen wird. Ausserdem ist ein Belüftungsventil VB1, das man auch als Is Druckausgle i chsvent il bezeichnen könnte, dem Sicherheitsgefäss 51 vorgeschaltet, damit beim Entkuppeln oder Entnehmen des Sammelgefässes Al nicht ein plötzlicher Abbau eines etwaigen Unterdruckes auftreten kann, der zum Verspritzen von Natronlauge führen könnte. Parallel zum ersten Sammelzweig 141 ist der zweite Sammelzweig 142 geschaltet, der gleichartig zum ersten Sammelzweig aufgebaut ist, nämlich in Reihe zum Sicherheitsgefäss S2 das Sammelgefäss A2 mit Natronlaugebad und diesem nachgeschaltet das Absperrventil VA2 enthält, ferner das Belüftungsventil VB2, angeschlossen an den zum Sicherheitsgefäss S2 führenden Leitungsteil. Mindestens ein solcher zweiter Sammelzweig 142 muss entweder, wie dargestellt, fest installiert sein, damit bei Beendigung des Probennahme-Intervalls für das erste Sammelgefäss Al sofort umgeschaltet werden kann. Auf Je- den Fall muss aber das zweite gleichartige Sammelgefäss A2 kurz vor Entnahme des ersten Sammelgefässes Al zur Verfügung stehen, d.h. eingefügt sein und mittels des Umschaltventils V4 in den Messgasstrom g3 einschaltbar sein. Im allgemeinen genügen zwei parallele Sammel- zweige 14, es können aber in Sonderfällen auch mehr als zwei parallele Sammelzweige vorgesehen sein. Wesent- lich ist Jedenfalls, dass die Messgasienge gB auf die Natronlaugenmenge im Jeweiligen Sammelgefäss Al, A2 so abgestimmt ist, dass während des vorgegebenen Probennahme-Intervalls, das im vorliegenden Fall im allgemeinen drei Monate beträgt, die Natronlauge im betreffenden Sammelgefäss nicht gewechselt oder ergänzt werden muss. Nach Durchströmen des einen, gerade eingeschalteten bzw. in Betrieb befindlichen Sammelzweiges 141 oder 142 strömt das Messgas g3 über den Verzweigungspunkt 5 in die Rücktuhrleitung 15, wobei es den grössten Anteil von 14CO2 im Natronlaugebad N1 verloren hat; der Abscheidegrad liegt beim dargestellten Beispiel bei mehr als 99 %. Dieses entreicherte Messgas ist mit bezeichnet, es fliesst ebenso wie der Hauptstrom gA dem Verzweigungspunkt 6 zu und von da zusammen mit dem Hauptstrom tlb.r das letzte lseitungsstüok 17 zurück zum kamin. Wie es Fig. 2 zeigt, sind die Sammelgefässe Al, A2 in den beiden Sanelzwei- gen 14 nach Fig. 1 Jeweils als Absorptionsflaschen ausgeführt, welche ein in etwa zentrisch angeordnetes, durch den Flaschenkopf al und Flaschenhals a2 sowie durch die Absorptionsflüssigkeit N1 zum Flaschenboden a3 führendes und dort mit einem Gasverteilkopf bzw. ein# Fritte a4 versehenes Messgaseinleitrohr aO aufweisen. Oberhalb des Absorptionsflüssigkeitsspiegels, auch abgekürzt als "Badspiegel" N zu bezeichnen, ist zwecks leichter De- und Remontage des Flaschenkörpers a5 mit dem Laugenbad N1 eine lösbare, gasdichte Flanschverbindung a6 zwischen Kopf al und Hals a2 angeordnet, welche als Sicherung gegen Verbacken der aufeinander gepressten Dichtflächen von Flaschenhals a2 und -kopf al dazwischengelegte Teflon-Dichtungsscheiben a61 aufweist. Die Absorptions- und die Sicherheitsflasche Al, S1 bestehen insbesondere aus laugen- und säuereresisten- tem Glas, wobei das im Flanschbereich feingeschliffene Glas ohne Dichtungazwischenlagen besonders zu. Haften oder Zusammenbacken neigen wErde. Vom Flaschenkopf al führt die an diesen angeschlossene Messgasrückleitung a7 zum Absperrventil VA1. Der Absorptionsflasche Al ist eine normalerweise von Absorptionsflüssigkeit freie Sicherteitsflasche S1 gasströmungsmässig vorgeschaltet, wie auch schon aus dem Schaltbild nach Fig. 1 erkennbar. Deren Gaszuführleitung 141 ist an den Flaschenkopf s1 angeschlossen, und die Gasverbindungsleitung s0 zur nachgeschalteten Absorptionsflasche A1 besteht aus einem mit dem Nessgaseinleitrohr aO kommunizierenden, in etwa zentrisch in der Sicherheitsflasche angeordneten Verbindungsrohr, welches kurz oberhalb des Flaschenbodens 53 eine Einlassmündung s4 hat und durch den Fla schenkopf 81 herausgeführt ist. Mit 10 ist eine gasdichte Kupplungshülse zwischen dem Verbindungsrohr s0 und dem Nessgaseinleitrohr aO bezeichnet, weitere gasdichte Kupplungshülsen sind im Zuge der leitung 141 vor der Sicherheitsflasche 81 und in der Leitung a7 hinter der Absorptionsflasche Al angeordnet und alt 11 bzw. 12 bezeichnet. Auch die Sicherheitsflasche S1 weist eine gasdichte Flanschverbindung 86 auf, die analog zu derjenigen der Absorptionsflasche A ausge gebildet ist. Beide Flaschen Al und S1 sind mittels zangenartiger Halteschellen 13, welche in ihrem Halsbereich a2 bzw. s2 angreifen, gehaltert. Diese Schellen gestatten etnebbeW ylpe- und Remontieren der Fla- schen Al, lin Verbindung mit den Flanschverbindungen a6, s6. Letztere weisen Spannringe a62 bzw. s62 auf, welche die Ringflansche am Flaschenhals a2 und am Flaschenkopf al hintergreifen und durch flaschenaxiale Spannschrauben 14 zueinander verspannbar sind, so dass zusammen mit den eingelegten Teilonringen a61 die Ringflansche völlig gasdicht aufeinander gepresst werden können. Die Spannschrauben 14 sind Uber den Umfang der Spannringe a62 verteilt. Das Messgaseinleitrohr aO trägt an seinem unteren Ende den schon erwähnten tellerförmigen Gasverteilkopf bzw. die Fritte a4, welcher mit einem nach oben gerichtete Auslassöffnungen aufweisenden Düsenkranz versehen ist. Die Auslassöffnungen sind bei a8 angedeutet. Sie sind unterhalb des Mundstückes a91 einer Gasverzögerungsspirale a9 angeordnet. Letztere umschlingt das Messgaseinleltrohr a0 und weist im oberen Flaschenbereich, 3e doch/noch unterhalb des Spiegels N des Laugenbades N1, seine Auslassöffnung a92 auf. Durch den Düsenkranz der Öffnungen a8 wird der durch das Messgaseinleitrohr aO zugeführte Messgasstrom in feine Blasen unterteilt, die von dem trichterförmigen Mundstück a91 aufgefangen und durch die Rohrspirale a9,auch als wendelförmig ausgebildetes Steigrohr zu bezeichnen, aufwärts perlen. Ohne die Rohrspirale wäre die Gasweglänge im Laugenbad höchstens so lang wie die Eintauchhöhe des Messgaseinleitrohres aO. Durch das wendelförmige Steigrohr bzw. die Gasverzögerungsspirale a9 wird die Gasweglänge mehr als vervierfacht und somit eine lange Verweilzeit des Gases erreicht. Die Natronlauge in der Rohrspirale wird durch die aufsteigenden Gasblasen nitgenommen und durch Natronlauge aus dem Reservoir der Flasche A1 ersetzt, d.h. es findet ein Umwälzvorgang statt, der eine lokale Übersättigung verhindert. Diese UmwKlzvor- gang für die Natronlauge wäre auch dann noch gegeben, wenn durch Wasseraustrag der Laugenfullstand unter das obere Ende der Rohrspirale absinken sollte. Wie in der Einleitung bereits erwähnt, ist durch die der Absorptionsflasche A1 gasströmungsnässig vorgeschaltete Sicherheitflasche S1, die normalerweise leer ist, gewährleistet, dass im Falle eines Uberdruckes auf der Abströrnseite der Flaschenkolonne S1-A1 Natronlauge keinesfalls austreten kann, sondern lediglich über das Xessgaseinleitrohr aO, die Rohrkupplung 10 und das Verbindungsrohr s0 in die Sicherheitsflasche S1, so lange der Uberdruck besteht, gedrückt wird. Von der Sicherheitsflasche kann ein Austritt der Natronlauge in ihre Gaszuströmleitung keinesfalls erfolgen, sondern Uber- schüssiges Gas perlt dann durch das in die Slcherheits- flasche S1 gedrückte Laugen-REErsoir. Bei Beendigung dieser anornalen Drucktnnkehr und Rückkehr zu normalen Druckverhältnissen, bei welchen der zuströmseitige Druck der Flaschenkolonne S1-A1 wieder groBer als der abströmseitige ist, wird die Natronlauge aus der Si cherheitsflasche wieder in die Absorptionsflasche zurück- gedrückt, abgesehen von einen kleinen Rest, dessen Höhe durch den Abstand des Mundstückes s4 von Boden s3 der Sicherheitsflasche S1 gegeben ist. Die Flaschenkolonne S2-A2 in zweiten Sammelzweig 142, welche in unteren Teil der Fig. 2 dargestellt ist, ist gleichartig zur oberen Flaschenkolonne S1-A1 ausgebildet, weshalb von einer näheren Erläuterung abgesehen werden kann. Bei V4 erkennt man noch den Kippschalter des Umschaltventils V4 (vgl. Fig. 1). Mit 15.1 bzw. 15.2 sind Kontroll-Lampen bezeichnet, welche anzeigen, ob der betreffende Sammelzweig 141 oder 142 in Betrieb ist. Die im oberen Teil des Messschrankes nach Fig. 2 dargestellte Anzeige- und Bedienungsplatine wird erst verständlich nach Erläuterung der elektrischen Mess- und Überwachungsschaltung nach Fig. 3. Gemäss Fig. 3 ist dem in der Messleitung 13 nach dem Stellventil V3 angeordneten Massendurchflussmesser NDM (vgl. Fig. 1), welcher eine dem Xassendurcbfluss analoge Messspannung erzeugt, ein elektronischer Regler RE über die Messleitung ei und eine mit Anzeige sowie Auswerteelektronik bezeichnete Baueinheit AAE sowie die Messleitung e2 nachgeschaltet. Diesel wird die Mess- spannung, gegebenenfalls nach Verstärkung, als Durch fluss-lstwert und ein mittels eines Sollwert-Potentio- meters PO einstellbarer Durchfluss-Sollwert über Messleitung e3 zugeleitet. Die im Regler RE gebildete Soll- 1 stwert-Differenz wird dann über die Si gnallei- tung e4 als Stellgrösse dem Stellventil V3 zugeleitet. Die zwischen dem Massendurchflussmesser MUM und dem Regler RE geschaltete Baueinheit AAE tAnzeige- und Auswerteelektronik" weist eine mindestens dreistellige Digitalanzeige für den Momentanwert des Massendurch fitines auf.Dem Baustein AAE ist weiterhin über Signal- leitung e5 ein Spannung/Impuls-Umwandler Ulf nachgeschaltet, der über Impulsleitung e6 ein elektromechanisches Zählwerk EMZ steuert. Letzteres saniert die Teilmengen der Messperiode zur Gesamtdurchflussmenge auf. Im dargestellten Beispiel ist dieses Zählwerk EMZ siebenstellig. Uber Signalleitung e7 sind dem Baustein AAE noch mindestens zwei Alarmeinrichtungen nachgeschaltet, die bei Uber- bzw. Unterschreiten eines eingestellten Durchflussmengenwertes Störmeldung geben. Die beiden Alarmeinrichtungen sind mit SMI und 8M2 bezeichnet, sie liegen in den beiden Signalzweigen e71 und e72. Im Falle einer Stbrmeldung durch SMI oder durch SM2 wird unterstellt, dass der gerade in Betrieb befindliche Ansaugzweig, 111 oder 112 gestört ist. Deshalb wird dieser ¯kranke" Zweig abgeschaltet durch Schliessen seines Absperrventils V1 oder V2 und Abstellen der betreffenden Gaspumpe, und der andere, parallelgeschaltete "gesunde" Zweig wird eingeschal- tet. In diesem Zustand kann dann der Störung im kranken Zweig nachgegangen und gegebenenfalls die defekte Gaspumpe repariert oder ausgewechselt werden. Mit NT ist in Fig. 3 noch der Netzteil bezeichnet, von dem die Stromversorgun#leitungen e81 - e84 zu den einzelnen Bausteinen der Mess- und Überwachungs- schaltung nach Fig. 3 führen, nämlich zu den Alarmeinrichtungen SM1, SM2, zu dem Umwandler U/f, zu das Baustein AAE und zum Regler RE. Die in Fig. 3 dargestellten Bausteine der elektronischen Schaltung kehren zum Teil auf der frontseitigen 8ss- und Bedlenungs- platine in Fig. 2 wieder. Der Massendurchflussaesser MDM ist bevorzugt ein thermischer HassendurchfluBmes- ser. Dieser besteht im allgemeinen (nicht näher dargestellt) aus einem Edelstahlrohr mit einer Heizwicklung in der Mitte und zwei beiderseits angeordneten Mess- wicklungen. Die in der Heizwicklung erzeugte Wärmemenge wird von dem Fluid zu den Messwicklungen geleitet. Die dort auftretende Temperaturdifferenz steigt mit der Durchflussmenge von Null bis zu einem Maximalwert an und wird in der Auswerteelektronik AAE mit einer empfindlichen Brückenschaltung gemessen. Da der Wärme- transport an die Massenteilchen gebunden ist, veztält sich der Messwert proportional zur durchströienden #a- se. Die Heiz- und Xesswicklungen sind so angebracht, dass sie nicht direkt mit dem durchströmenden Medium in Be rührung kommen und damit gegen einen eventuellen korrosiven Angriff geschützt sind. Die in der BrUckenschal- tung (nicht näher dargestellt) erzeugte Spannung wird in der Auswerteelektronik AAE verstärkt. Die Ausgangsspannung beträgt Null bis 5 Volt. Der Momentanwert wird mit der in Fig. 3 dargestellten dreistelligen Digitalanzeige angezeigt. Die von dem Spannungs/Impuls Umwandler U/f erzeugten Impulse betreiben das schon erwähnte siebenstellige elektromechanische Zählwerk. Bei einem eventuellen Netzausfall werden die gesamte Elektronik und die Pumpenspannung ausfallen, der Gesamtdurch- flusswert bleibt aber in dem elektromechanischen Zählwerk erhalten. Tritt die Netzspannung wieder auf, läuft die Pumpe an, die Mengenregelung wird wieder aktiv, und zu dem ursprünglichen Integralwert werden die neuen Ergebnisse addiert. Das Durchflussmesssigaal dient, wie bereits erwähnt, dazu, bei Uber- bzw. Unterschreiten eines eingestellten Wertes durch potentialfreie Kon- takte Störmeldung zu geben (Anzeige am Gerät und an der Warte). Beim Unterschreiten des Xinimalwertes wird - wenn man unterstellt, dass der Ansaugzweig 111 in Betrieb ist - die Reservepumpe P2 eingeschaltet und das Ventil V2 geöffnet. Die Pumpe P1 wird ausgeschaltot und Ventil VI geschlossen. Bei ordnungsgemässem Betrieb der Probensaneleinrich- tung PSE wird in der eingeschalteten Absorptionsflasche Al bzw. A2 das Kohlenoxid aus dem Xessgasstrom weitgehend in der Natronlauge zurückgehalten, und zwar mit einem Abscheidegrad von > 99 ,¯. Beim viertel#ährlichen Probenwechsel wird - während der eine Sammelzweig noch in Betrieb ist - der andere Sammelzweig frisch präpariert, d.h, die im Labor mit einer Menge von z.B. rund 900 g frischer 0,5 Molil-Natronlauge gefüllte Absorptionsflasche eingebaut. Danach wird über das Ven til V4 umgeschaltet und somit eine unterbrechungsfreie Probensaininlung gewährleistet. Aus der abgeschalteten Absorptionsstrecke wird die Absorptionsflasche mit der Sammelprobe ausgebaut. Die weitere Verarbeitung der Snmmelprobe erfolgt dann im Labor unter geeigneten Arbeitsbedingungen, so dass am Standort der Probensammeleinrichtung nicht mit Absorptionsmittel gearbeitet zu werden braucht. Je nach den Laborgegebenheiten kann dann die C-14-Messung und -Auswertung über eines der folgenden Verfahren erfolgen: - Direkte LSC-Messung der Absorberlösung (LSC = liquid scintillation counter); - ss-Festpräparatmessung nach BaCO3-Fällung; - LSC-Messung als BaCO3-Suspension. 11 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Probensammeleinrichtung für in der Umgebungsluft enthaltene gasförmige radioaktive Stoffe, insbesondere zum Sammeln des radioaktiven Kohlenstoffisotops 14C über den in der Abluft eines Kernkraftwerkes oder einer anderen kerntechnischen Anlage enthaltenen Anteil an 14cd2 durch Absorption in wässriger Natronlauge, g e 2 k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Merkmale: : - ein aus der Kaminabluft entnommener Gasstrom wird über Feinfilter und einen von mindestens zwei Jeweils eine Reihenschaltung aus Gaspumpe und Absperrventil enthaltenden Ansaugzweigen einem Verzweigungspunkt zugeführt; - von diesem Verzweigungspunkt wird der grösste Anteil des Gasstromes als Hauptstrom Uber eine staudrucker zeugende Kanalverengung und eine Rückführleitung in den Abluftkamin zurückgeführt; ; - von dem genannten, den Staudruck als Bezugsdruck führenden Verzweigungspunkt wird der kleinere Anteil des Gasstromes als Nessgasstrom über ein die Durchfluss menge pro Zeiteinheit angenähert konstanthaltendes Stellventil und einen Mengenstromzähler sowie ein Umschaltventil durch einen ersten Sammelzweig mit einem das Natronlaugenbad enthaltenden Sammelgefäss hindurchgeleitet und in den Abluftkamin zurückge- führt; ; - parallel zum ersten Sammelzweig ist mindestens ein zweiter Sammelzweig geschaltet, der ein zweites gleichartiges Sammelgefäss enthält oder in den ein zweites gleichartiges Sammelgefäss kurz vor Entnahme des ersten Sammelgefässes einfügbar und mittels des Umschaltventils in den Messgasstrom einschaltbar ist, und - g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine solche Abstimmung der Messgasmenge auf die Natronlaugenmenge im Jeweiligen Sammelgefäss, dass während des vorgegebenen Probennahme-Intervalls die Natronlauge in dem betreffenden Sammelgefäss nicht gewechselt oder ergänzt werden muss. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Saiielgefässe in den Sammelzweigen jeweils als Absorptionsflaschen ausgeführt sind, welche ein in etwa zentrisch angeordnetes, durch den Flaschenkopf und -hals sowie die Absorptionsflüssigkeit zum Flaschenboden führendes und dort mit einem Gasverteilkopf versehenes Messgaseinleitrohr aufweisen, und dass an den oberhalb des Absorptionsflüssig keitsspiegels angeordneten Flaschenkopf eine Xessgasrück- leitung angeschlossen ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c b g e k e n n z e i c h n e t , dass der Absorptionsflasche eine normalerweise von Absorptionsflüssigkeit freie Sicherheitsflasche gasströmungsmässig vorgeschaltet ist, deren Gaszuführleitung an den Flaschenkopf angeschlossen ist und deren Gasverbindungsleitung zur nachgeschalteten Absorptionsflasche aus einem mit dem Xessgas- einleitrohr kommunizierenden, in etwa zentrisch in der Sicherheitsflasche angeordnetem Verbindungsrohr besteht, welches kurz oberhalb des Flaschenbodens eine Einlass- itindung hat und durch den Flaschenkopf herausgefUhrt ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Absorptionsflasche in ihrem Halsbereich zwecks De- und Remontage mit einer lösbaren, gasdichten Flanschverbindung versehen ist, welche als Sicherung gegen Verbacken der aufeinandergepressten Dichtflächen dazwischengelegte Teflon Dichtungsscheiben aufweist. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Messgaseinleitrohr an seinem unteren Ende einen tellerförmigen Gasverteilkopf trägt, welcher mit einem nach oben gerichtete Auslassöffnungen aufweisenden Misen- kranz versehen ist, und dass die Auslassöffnungen unterhalb des Mundstücks einer Gasverzögerungsspirale angeordnet sind, welche das Messgaseinleitrohr umschlingt und im oberen Flaschenbereich und im Normalfall noch unterhalb des Spiegels der Absorptionsflüssigkeit seine AuslaB Öffnung aufweist. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens zwei zueinander parallel geschaltete Ansaugzweige vorgesehen sind, wovon der eine normalerweise eingeschaltet ist und der andere als Reserve dient und im Falle der Störung und Abschaltung des erstgenannten Ansaugzweiges aktivierbar ist. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einem in der Messleitung nach dem Stellventil angeordneten #endurchflussmesser, welcher eine dem Mistndurchfluss analoge Messspannung erzeugt, ein elektronischer Regler nachgeschaltet ist, dem die Messspannung, gegebenenfalls nach Verstärkung, als Durchfluss-Istwert und ein mittels eines Sollwertpotentiometers einstellbarer Durchfluss-Sollwert zugeleitet wird, und dass die im Regler gebildete Soll-Istwert-Differenz als Stellgrösse für das Stellventil dient. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine zwischen Massendurchflussmesser und Regler geschaltete Auswerte-Elektronik sit einer mindestens dreistelligen Digitalanzeige für den Momentan- wert des Nassendurchflusses und einen der Auswerte Elektronik nachgeschalteten spannung/Impul s-t#andl er zur Steuerung eines elektromechanischen Zähiwerkes, welches die Durchflussmenge der Messperiode aufsu¯a:iert. 9. Einrichtung nach Anspruch 8 sowie 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an die Auswerte-Elek tronik mindestens zwei Alarmeinrichtungen angeschlossen sind, die bei Über- bzw, Unterschreiten eines einge- stellten Durchflussmengenwertes Störieldung geben, wobei eine Umschaltung auf den zweiten Ansaugzweig erfolgt. 10. Einrichtung nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen thermischen Massendurchfluss- messer. 11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Mesbranserdichter-Vakuuu- pumpen als Gaspumpen.

Inventors: BLEIER, ALOIS, DIPL.-ING., REDMANN, ECKHARD, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: G21C17
IPC codes: G01T7, G21C19, G01N1