DE69005586T2 - Vorrichtung zur Messung der Strahlungsverseuchung von grossen Objekten. - Google Patents

Description

• Der Bereich der Erfindung ist derjenige der Kontrolle der radioaktiven Verseuchung von verseuchtem Material. Die Erfindung findet ihre Anwendung bei der Kernenergie beim Abbau von nuklearen Einrichtungen, während ihrer Handhabung, ihrer Wartung oder ihres Transportes. Das Ziel dieser Vorgänge ist, die Metalle wiederzugewinnen, um sie in den öffentlichen Bereich im Hinblick auf eine neue Verwendung zurückzuführen.
• Hierfür ist es im Rahmen des Abbaus eines Kernreaktors, wenn man Werkstoffe, wie Metalle wiederverwenden möchte, die Teil der Installation bilden, notwendig, den Beweis zu führen, daß die Höhe der Radioaktivität der zu entfernenden Abfälle nicht eine mit gewissen Verordnungen übereinstimmende Grenze überschreitet. Man kann in diesem Fall dazu geführt werden, eine geringere Radioaktivität als 1 Becquerel pro Gramm (1 Bq/g) zu verlangen. Man kann auch bei dieser Zielsetzung dazu geführt werden, das Prinzip ALARA (As Low As Reasonable Achievable) zu respektieren, daß darin besteht, aufs beste vor der Wiedergewinnung zu dekontaminieren, im Gegensatz zu dem Einschmelzen von verseuchten Metallen.
• Bisher wird die Überwachung der radioaktiven Verseuchung mit Hilfe von Erfassungseinrichtungen durchgeführt, die auf einigen Quadratzentimetern betreibbar sind. Die Überwachung der Verseuchung an großen Teilen mit Hilfe dieser Art Erfassungseinrichtung verlangt, diese letzteren über die gesamte Oberfläche des Teils zu bewegen und nach jeder Bewegung eine Messung durchzuführen. Es ist infolge dessen unabdingbar, die Ergebnisse jeder Punktmessung zu verarbeiten. Im Fall des Abbaus eines Kernreaktors, wo die Masse an zu entfernendem Material vierhundert Tonnen überschreiten kann, zeigt sich ein solches herkömmliches Verfahren auf der gesamten Oberfläche der Abfälle als viel zu kostspielig und zu unsicher.
• Die Zielsetzung der Erfindung ist, diese Nachteile zu überwinden, indem eine Meßvorrichtung für die radioaktive Verseuchung auf Teilen großer Abmessung geschaffen wird.
• Man verlangt, daß eine solche Vorrichtung gestattet, durch Vorbeiführung der Teile, deren Gewicht mehrere Kilogramm überschreitet, zu sichten. Die Zeit zur Kontrolle solcher Teile soll vier Stunden nicht überschreiten.
• Hierfür ist die Hauptzielsetzung der Erfindung eine Meßvorrichtung für die Radioaktivität von Teilen großer Abmessung durch Erfassen der Gammastrahlung. Die Vorrichtung umfaßt zumindest hauptsächlich zwei Detektoreinheiten, von denen jede von einem Detektor für Gammastrahlen mit großer Erfassungsoberfläche gebildet ist, der eine Anzahl von Protonen liefert, die der Anzahl der erfaßten Gammastrahlen proportional ist, wobei die zwei Detektoren Parallel zueinander, einander gegenüberliegend, voneinander mit einem als Funktion der Weite des zu messenden Teils einstellbaren Abstand angeordnet sind.
• Die Vorrichtung umfaßt ebenfalls eine Vorrichtung zum Positionieren der Detektoren als Funktion des zu messenden Teils, die von einer Tragstruktur gebildet ist, und eine Aufhängungs- und Verschiebungsvorrichtung für das zu messende Teil, damit es zwischen den zwei Detektoren hindurchbewegt werden kann und so gestattet, lange Teile durch Vorbeiführung zu messen.
• Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung sind zwei Sekundärelektronenvervielfacher entgegengesetzt zueinander angebracht. Dies erlaubt, die etwaige Assymetrie der Detektoren zu berücksichtigen.
• Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfassen die zwei Erfassungseinheiten jeweils wenigstens einen Sekundärelektronenvervielfacher, der die Photonen des Detektors empfängt und ein elektrisches, für die Messung charakteristisches Signal abgibt.
• Die Erfindung wird vorteilhafterweise durch einen elektronischen Rechner vervollständigt.
• Dieser letztere kann Mittel umfassen, um abmessungsmäßige Eigenschaften, sowie die Dicke der Teile und den gegenwärtigen Abstand der Detektoren zu berücksichtigen.
• Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht ein Formerkennungssystem des Teils am Einlaß der Erfassungseinrichtung auf, um eine vielseitigere Verwendung dieser letzteren zu erlauben. Vorzugsweise ist es von einem ersten, zu dem Weg des Teils senkrechten, optischen Vorhang und von zwei zweiten optischen Vorhängen gebildet, die zueinander parallel sind und von denen jeder mit einem Teil der Tragstruktur fest verbunden ist.
• Der elektronische Rechner kann das Verteilungsprofil der Radioaktivität des Teils als Funktion der Vorbeiführung desselben berechnen und die mittlere Oberflächenaktivität ausgehend von den Daten des Erkennungssystems liefern.
• Die Erfindung und ihre technischen Merkmale werden besser beim Lesen der Beschreibung verstanden, die folgt, und wobei die beigefügten Figuren jeweils darstellen:
• Fig. 1 ein erläuterndes Schema der bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Erfassung;
• Fig. 2 eine erläuternde, grafische Darstellung in bezug auf die an verschiedenen Punkten erhaltenen Ergebnisse, die sich zwischen den Detektoren bei einem besonderen Fall der Erfassung befanden;
• Fig. 3 eine Längsansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
• Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung.
• Gemäß dem Prinzip der Erfindung zeigt die Figur 1 ein Teil 2, das dabei ist, zwischen zwei Erfassungseinheiten 10A und 10B hindurchzulaufen. Das Teil 2 ist ein zwei Meter langes Blech. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann jedenfalls Messungen an Teilen durchführen, die fünfhundert Kilo überschreiten und in einem Parallelepiped eingeschrieben sind, dessen Abmessungen: 1 x 1 x 2 Meter sind. Tatsächlich sind die meisten zu messenden Teile Abfälle, die von Abschnitten großer Leitungsröhren gebildet werden, die entlang ihrer Erzeugenden durchgeschnitten sind. Der Durchmesser dieser Rohrleitungen kann 1,6 Meter erreichen. Bei dieser Art Abfälle ist es die Innenseite dieser Rohrleitungsteile, die verseucht ist. Andere Abfälle können von kompakteren Gegenständen gebildet sein, wie von Teilen großer Ventile oder von Gebläsen.
• Die zwei Erfassungseinheiten 10A und 10B haben als Meßorgane jeweils einen Detektor für Gammastrahlung 12A und 12B. Jeder dieser Detektoren weist eine Höhe von wenigstens 1 Meter und einer Breite gleich ungefähr 0,5 Meter auf. Sie sind aufrecht angeordnet und können voneinander mindestens 1 Meter beabstandet sein. Derart, daß ihre Höhe Messungen von Teilen sicherstellen kann, deren Höhe nahe 1 Meter ist, wobei ihr Abstand ihnen erlaubt, Teile mit einer Weite von ebenfalls nahe 1 Meter zu messen. Diese Detektoren für Gammastrahlung 12A und 12B erfassen die Strahlen während einiger Sekunden und liefern eine Anzahl von Protonen, die der Anzahl der erfaßten Strahlen proportional ist.
• Mit dem Ziel, die Anzahl der Gammastrahlen zu zählen, die von dem Teil 2 ausgesendet worden sind, bestimmt man die Anzahl der Photonen, die von jedem der Detektoren 12A und 12B mittels Sekundärelektronenvervielfacher 14A und 14B geliefert worden sind, die jeweils mit den Detektoren 12A und 12B verbunden sind. Jeder Sekundärelektronenvervielfacher 14A und 14B liefert ein für die Messung charakteristisches, elektrisches Signal.
• Um die Messung der radioaktiven Verseuchung bei dem zu messenden Teil durchzuführen, ist es notwendig, die Form zu kennen, und insbesondere die Dicke des zu messenden Teils 2 und den Abstand, der dieses Teil von den Detektoren 12A und 12B trennt. Diese Parameter werden in den elektronischen Rechner durch Befehl und Verarbeitung des elektrischen Signals eingegeben, das verwendet wird, um die Vorrichtung zu steuern und das Meßergebnis zu liefern. Die Tatsache, die Dicke des Teils zu kennen, gestattet, die Eigenabsorbtion aufgrund der Dicke dieses selben Teils und der Abschattungswirkung durch den Untergrund zu berücksichtigen, der durch das Einführen der Masse des Abfalls erzeugt wird.
• Mit dem Ziel, einen leichten Empfindlichkeitsverlust von oben nach unten auszugleichen, sind die Sekundärelektronenvervielfacher 14A und 14B einander gegenüberliegend angebracht.
• Die zwei Detektoren 12A und 12B sind offensichtlich parallel zueinander und einander gegenüberliegend angeordnet. Dies erlaubt, die Meßabweichungen aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Aktivitätsverteilung zu minimieren. Tatsächlich sieht, wenn sich ein Detektor relativ nahe bei einem Punkt des Teils befindet, dieser sehr gut diesen ersten, nahen Punkt. Im Gegensatz dazu sieht er weniger gut einen zweiten, in bezug auf den ersten nahen Punkt entfernten Punkt. Der zweite Detektor, der dem ersten gegenüberliegend auf der anderen Seite des Teils angeordnet ist, wird sehr gut den zweiten Punkt sehen, der von dem ersten Detektor entfernt ist, während er weniger gut den ersten Punkt sieht, der nahe bei dem ersten Detektor ist. Die Verwendung von zwei Detektoren gestattet so, die Form des zu messenden Teils zu berücksichtigen.
• Mit dem Ziel, den Untergrund, insbesondere den aufgrund der natürlichen Radioaktivität, abzuschwächen, sind die aktiven Teile der Detektoren 12A und 12B mit einer Abschirmung überdeckt. Es wird ebenfalls bevorzugt, den Arbeitsbereich der Detektoren elektronisch zu begrenzen. Dies erlaubt, das Spektrum des Untergrundes zu berücksichtigen, das auf dem Arbeitsgelände vorliegt.
• Der Durchtritt eines Abfalls mit relativ großer Dicke zwischen den zwei Detektoren 12A und 12B bringt eine Verringerung des Untergrundes mit sich, was Abschattungseffekt genannt wird. Dieser Effekt verbirgt einen Teil der auf dem zu messenden Abfall abgesetzten Verseuchung. Es ist daher von Bedeutung, die Dicke des zu messenden Teils zu berücksichtigen. Diese Dicke wird ebenfalls verwendet, um die Eigenabsorbtion der Strahlung zu berücksichtigen.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung wird vorzugsweise durch einen elektronischen Arbeitsrechner gesteuert.
• Um die unterschiedlichen Parameter zu verwerten, verwendet man den elektronischen Rechner für die Verarbeitung des elektrischen Meßsignals. In seinem Rechenprogramm umfaßt das system Mittel, die dieser Art von Messung zu eigenen, unterschiedlichen Phänomene berücksichtigen. Alle Berechnungsparameter werden von den Detektoren 12A und 12B und einem Formerkennungssystem geliefert. Der Elektronische Rechner kann ferner das Verteilungsprofil der Radioaktivität als Funktion der Vorbeiführung des Teils berechnen.
• Die Figur 2 stellt eine Kartierung der Empfindlichkeit eines Detektors dar, die mittels einer durch Blei kollimierten Quelle von Cäsium 137 gemacht worden ist. Man stellt dort eine Empfindlichkeitsabnahme an den vertikalen Rändern (0,54 wenigstens an einem Rand gegenüber 1 in der Mitte) fest. Diese Abnahme wird bei der Ausführung der Vorrichtung nach der Erfindung berücksichtigt, da die Detektoren vertikal angeordnet sind, und die zu messenden Teile horizontal vorbeilaufen.
• Die unterschiedlichen Eigenschaften der Vorrichtung gemäß der Erfindung erlauben, ein steuerbares Volumen anzuordnen, wo die Gammaphotonen in im wesentlichen homogener Weise empfangen werden.
• Das Prinzip der vorliegenden Vorrichtung, das einen Betrieb mit Vorbeiführung der zu messenden Teile verwendet, kann ebenfalls die Abfälle zählen und Messungen die Oberflächenverseuchung von jedem Teil betreffend, ausführen. Hierfür kann man beispielsweise eine Messung alle zehn Zentimeter durchführen.
• Es wird auf die Figur 3 bezug genommen, in der das zu messende Teil 2 oder der Abfall stets in der Form eines Bleches dargestellt ist. Es ist in einer ersten Position mit der Bezeichnung 2 zu dem Zeitpunkt dargestellt, wo es seinen Durchlauf in die vorrichtung gemäß der Erfindung beginnt. Es ist ebenfalls mit Punkt-Strich-Linien auf der Seite und mit dem Bezugszeichen 4 in der Position dargestellt, wo es seinen Durchlauf in der Vorrichtung beendet.
• Das Teil 2 oder 4 wird daher mit Hilfe einer Aufhängungsvorrichtung 6 aufgehängt gehalten, die von einem motorisierten Wagen gebildet ist, der mit zwei elektronischen Kraftmessern ausgerüstet ist, deren zwei Kabel 8 an den zwei Enden des Teils 2 mittels selbsthaltenden Greifern angebracht sind. In diesem System ist die Aufhängevorrichtung 6 durch einen Laufkran 16 vervollständigt, der erlaubt, mit dem Teil die Vorrichtung nach der Erfindung zu durchqueren. Am Einlaß dieser letzteren ist am Boden eine Höhenschablone 18 befestigt, um die vertikale Positionierung des Teils 2 derart zu überprüfen, daß dieses nicht gegen Teile der Struktur der Vorrichtung stößt, die sich selbst am Boden befinden. Eine Tragstruktur 20 hält gleichzeitig die Erfassungseinheiten 10A und 10B und die Teile des Formerkennungssystems 22, das weiter unten näher beschrieben wird. Die Erfassungseinheit 10A und 10B sind hier mit zwei an der Zahl, aber zusätzliche Erfassungseinheiten könnten verwendet werden. Die Tragstruktur 20 bildet ebenfalls die Positionierungsvorrichtung der Erfassungseinheiten 10A und 10B. Hierfür ist sie auf Querschienen 24 angeordnet, die parallel zu einander auf dem Boden, quer zu der Tragstruktur 20 angeordnet sind. Sie gestatten, wenigstens eine der Erfassungseinheiten 10A zu verschieben und daher quer die zwei Erfassungseinheiten 10A und 10B in bezug zueinander, als Funktion der Dicke des Teils 2 zu positionieren.
• Die Figur 4 erlaubt, diese Einrichtung näher anzugeben. Man findet dort die in der Figur 3 beschriebenen Elemente und insbesondere die Einzelheiten der Tragstruktur 20. Ein erstes Teil 20A derselben ist an dem Ende der Schienen 24 angeordnet. Das zweite Teil 20B ist in einer Zwischenlage auf den Schienen 24 angeordnet. Jedes Dieser zwei Teile ist Träger einer Erfassungseinheit 10A oder 10B. Diese Tragstruktur 20 trägt ebenfalls das Formerkennungssystem 22 für das Teil 2. Eine besondere Ausgestaltung des Formerkennungssystem 22 ist von einem ersten Lichtvorhang 26 gebildet, der sich auf dem Weg des Teils 2 befindet. Seine Aufgabe ist, das Vohandensein des zu messenden Teils zu erfassen. Das Erkennungssystem 22 umfaßt ebenfalls zwei zweite Vorhänge 28A und 28B, die zueinander parallel und senkrecht zu dem ersten Vorhang 26 sind. Sie sind jeweils an einem Teil 20A oder 20B der Tragstruktur angebracht. Ihre Aufgabe ist, das Vorhandensein des Teils in Richtung seiner Weite zu erfassen.
• In der Figur 4 kann man ebenfalls zwei Systeme mit Endlosspindel 30 unterscheiden, die erlauben, die zwei Teile 20A und 20B der Tragstruktur zu bewegen.
• Der Ablauf einer Messung kann in der folgenden Weise durchgeführt werden. Das Teil 2 wird oberhalb der Schablone 18 zugeführt, bis dieses den ersten Lichtvorhang 26 unterbricht. Dann wird es eine bekannte Strecke zurückgezogen, um dem Lichtvorhang 26 freizugeben.
• Dann werden die zwei Teile 20A und 20B der Tragstruktur mit Hilfe des Systems mit Endlospsindel 30 genähert, bis jeder der zwei Vorhänge 28A und 28B von den Seiten des zu messenden Teils 2 unterbrochen wird. Somit wird die Gesamtweite des Teils derart erfaßt, und die Meßeinheiten 10A und 10B können eine bestimmte Strecke durch geringes Auseinanderfahren der zwei beweglichen Teile 20A und 20B derart zurückgezogen werden, daß die zwei Vorhänge 28A und 28B freigegeben werden. Das Formerkennungssystem 22 gestattet somit dem Rechner die mittlere Oberflächenaktivität zu liefern. Die Bewegung des Teils vorwärts schneidet zunächst den Lichtvorhang 26 mit der Vorderseite, gibt ihn dann mit der Rückseite frei, was bedeutet, die Länge des Teils zu kennen und den Anfang und das Ende der Messung einzustellen.
• Am Auslaß der Vorrichtung nach der Erfindung kann ein Aufnahmewagen für das Teil vorgesehen sein.
• Alle die Bewegungen dieser zwei Teile der Tragstruktur 20A und 20B werden durch den Rechner gesteuert, der ein Mikrorechner sein kann. Dieser kann dann die Berechnungen der Ausbeute, der Länge des Teils, der Schattenwirkung, des Abstands zwischen den Zählern, der Abschwächung und der Berechnung der sich daraus ergebenden Aktivität vornehmen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Messung der radioaktiven Verseuchung von großen Teilen durch Detektion von Gamma-Strahlen,

dadurch gekennzeichnet,

daß sie umfaßt:

- wenigstens zwei Detektionsaufbauten (10), wovon jede einen Detektor für Gamma-Strahlen (12A, 12B) mit großer Detektionsfläche enthält, der eine Anzahl Photonen liefert, die der Anzahl der nachgewiesenen Gamma-Strahlen proportional ist, wobei die beiden Detektoren (12A, 12B) parallel zueinander angebracht sind, sich gegenüberstehend, beabstandet voneinander durch eine Distanz, die einstellbar ist entsprechend der Breite des zu messenden Teils;

- eine Einrichtung zum Positionieren der Detektionaufbauten (10A, 10B) in Abhängigkeit von dem zu messenden Teil, bestehend aus einer Trägerstruktur (20); und

- ein Aufhängungs- und Verschiebungssystem (6, 16) des zu messenden Teils (2), um dieses Teil (2) zwischen den beiden Detektionsaufbauten (10A, 10B) durchbewegen zu können, und die Messung von langen Teilen durch Vorbeiführung zu ermöglichen;

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionaufbauten (10A, 10B) einen Photovervielfacher (14A, 14B) enthalten, der die Photonen eines Detektors (12A, 12B) empfängt, und ein für die Messung charakteristisches Signal liefert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Photovervielfacher (14A, 14B) entgegengesetzt montiert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie am Eingang der beiden Detektionsaufbauten (10A, 10B) ein Formerkennungssystem (22) des Teils (2, 4) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Computer umfaßt für die Steuerung der Vorrichtung und die Verarbeitung des elektrischen Signals der Messung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer Mittel zur Berücksichtigung der Dimensionscharakteristika des Teile (2), sowie seiner Breite, und des Abstands der Detektoren (12A, 12B) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Formerkennungssystem (22) des Teils (2, 4) gebildet wird durch einen ersten optischen Vorhang (26), senkrecht zum Durchlauf des Teils (2, 4), und durch zwei zweite optische Vorhänge (28A, 28B), parallel zueinander, senkrecht zum ersten Vorhang (26), und jeder fest verbunden mit einem Teil (20A, 20B) der Trägerstruktur (20).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verteilungsprofil der Radioaktivität errechnet wird durch den Computer, entsprechend dem Durchlauf des Teils (2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer die mittlere Oberflächenaktivität liefert, ausgehend von den Daten des Formerkennungssystems (22).