專利名稱：從核裝置的反應堆安全容器內的氣氛中取樣的方法和采樣系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于從核裝置的反應堆安全容器內的氣氛中提取樣品的采樣系統。另外，本發明還涉及用于提取這種樣品的方法。
背景技術：
在核裝置中，由喪失冷凍劑的故障引起的故障情況和特別是事故情況中，可能會發生重大的放射性泄漏。此時，特別是在包圍反應堆芯的安全容器或安全殼的內部將產生氫氣并且這些氫氣會被泄漏，其中，由于可能會形成的爆炸性混合氣體，反應堆安全容器會由于所出現的難以控制的氫氣反應而出現危險。
為了預防在核裝置的安全殼或反應堆安全容器中產生這種爆炸性的混合氣體，這里公開了不同的構思，在這些構思中，根據需要將反應堆安全容器內的氣氛進行惰化。在此，舉例來說，將在安全殼內形成的氫氣成分進行可控制的點燃或者燃燒。由于超出點燃極限時可能會出現難以控制的氫氣反應，從而，在混合氣體中的氫氣成分超過點燃極限之前，要有效地降低氫氣成分。可選地或附加地，也可以向反應堆安全容器的氣氛中可控制地輸入惰性氣體，如氮氣，從而由于已經在安全殼氣氛中的較高的惰性氣體含量，避免了混合氣體的點燃。
為了可控制地和根據需求來處理這種事故情況，例如為了針對性地輸入惰化氣體，必須有效地確定出安全殼氣氛內的各種當前的實際狀態。由于輻射負荷和/或氣氛組成成分可能的化學反應，基于在上述的故障情況中預期的組件和部件較為攻擊(aggressive)的條件，通過反應堆安全容器內的測量或分析系統直接獲取的實際測量值，不能足夠精確和可靠地檢測出安全殼氣氛及其組成成分。為了仍然能夠適當地考慮安全殼氣氛的當前的實際狀態來作為控制所需相應措施的適當前提條件，可以提供所謂的采樣，在采樣中，將從反應堆安全容器中提取少量的安全殼氣氛的成分(也稱為樣品)，并且將該樣品輸送給設置在安全容器之外的分析和評估工作站。例如在DE 41 26 894 A1中公開了一種用于提取這種樣品的適合方法及實施該方法的適合裝置。
在這種已知的采樣系統中，通常，在反應堆安全容器之外設置的分析柜中進行測量氣體的干燥，隨后通過導熱性分析器來測量已干燥的氣體的氫氣濃度。為了根據這個測量值確定出反應器安全容器中的實際氫氣濃度，要利用安全殼氣氛中的蒸汽含量來進行校準。這種校準通常在假定安全殼的壓力和安全殼的溫度都飽和的條件下進行。安全殼氣氛中的真實蒸汽含量和實際氫氣濃度會由于可能存在的過熱而只能以不足的精確度被確定出。從飽和條件下的氣氛狀態到“極度過熱”的狀態這之間的極大的差異是由位于氣氛內的活性惰性氣體成分和浮質形式的裂解產物成分而造成的，這些活性惰性氣體成分和裂解產物成分根據事故進程會使后衰變功率(或者說剩余衰變功率)(Nachzerfallsleistung)從幾千瓦(kw)增加到幾百千瓦(kw)以上。此外需要考慮的是，在安全容器內的不同的空間區域和高度區域中，由于結構、外壁、冷卻系統等的冷卻效果，會造成明顯的溫度差異。因此，實際的氣氛溫度與飽和溫度偏差的偏差量可以為例如0到大于100℃，因此，不能可靠地反映實際的蒸汽局部增壓。
可選地，也可以在反應堆安全容器中直接安裝氫氣傳感器，這些傳感器根據熱效應原理工作。這種反應器可以借助防故障導線而不是防事故導線與反應堆安全容器之外設置的測量電子設備連接。然而利用這種測量裝置只能單獨地測量氫氣，在氧氣成分降低時以及特別是在中期和長期的高的輻射載荷時則不再起作用。因此，在惰性條件下，不再能可靠地測量出氫氣濃度，此外，相對而言形成了對一氧化碳相對高的反常敏感性，該一氧化碳會在混凝土與反應堆芯熔融物的相互作用下泄漏。因此，該系統在主動管理故障情況方面并對相應措施進行有目的的控制方面還是存在不足的。
此外，在公開的采樣系統中通常只能分析一種氣體成分，例如氫氣成分或氧氣成分，其中，不能通過直接測量蒸汽含量或二氧化碳含量而直接確定出安全殼氣氛的惰化狀態。
發明內容
本發明的目的在于，提出一種用于從核裝置的反應堆安全容器內的氣氛中提取樣品的采樣系統，利用該系統來提供合適的樣品，該樣品用于確定出安全殼氣氛的氣體成分的特別有效及精確的測量值。另外還提出了提取這種樣品的特別適合的方法。
根據本發明的相關于采樣系統的目的這樣實現該采樣系統具有與負壓系統和分析系統連接并通入反應堆安全容器中的采樣管道，該采樣管道在與反應堆安全容器中的氣氛連接的氣體一側前接有節流裝置。
因此，本發明基于這種構思，即為確定表征安全殼氣氛的當前實際狀況的特別精確的測量值，所提供的樣品應能以特別高的精度來描述安全殼內的氣氛條件。此外，應該始終避免，可能引起與當前安全殼中的氣氛的實際組分相比之下樣品組分失真的那些影響。如所強調的那樣，安全殼內的假定飽和的條件下通常進行的對測量氣體的干燥和隨后考慮到的蒸汽含量的影響，將可能會是構成所提取的樣品的屬性與在事故情況下的實際安全殼氣氛的屬性之間的這種偏差的原因。在重大的放射物質泄漏和氫氣泄漏時，以及基于已測量的氣氛溫度假設飽和的蒸汽條件時，將容易導致無法識別到引發爆炸的氣氛條件，并且會采取不恰當的相應措施，這些都有可能會破壞安全容器的完整性。
為了避免這種假設的邊界條件，取而代之為了能夠在可能存在的過熱或其他的惡化條件下直接進行安全殼內真實的氣氛條件的確定，應當使這些包含在氣氛中的及進而也帶入到采樣管道內的樣品的蒸汽成分，即使在橫穿較冷的安全容器空間區域時進而在到達用于評估(分析)的指定測量位置之前，盡可能避免冷凝。為了保證以特別高的運行安全性并以被動的方式(即無需來自外部的控制干涉)實現這一點，采樣系統設計為，能在通過采樣管道進行樣品輸送時維持過熱的狀態。這一點通過在輸送提取的樣品時在采樣管道中始終保持負壓狀態來實現。因此，通過在入口區域對采樣管道進行適當的節流，在抽取實際樣品之前已由于輸送原因而在采樣管道中設置的負壓即使當樣品在采樣管道中輸送時也能夠保持。
為了在通過采樣管道輸送樣品時以特別簡單并可靠的方式來保持預設負壓，采樣管道優選為標稱內徑最高為15mm的小管道，特別優選的設計為標稱內徑為大約1mm到5mm的毛細管道。此外，通過采樣管道的這種結構將保證，使所提取樣品的體積能維持到很小，從而即使在安全殼氣氛中泄漏的放射量相對高時，由于采樣而在反應堆安全容器外部所產生的總放射性可以保持地非常少。另外，這種幾何尺寸的采樣管道也具有對損害非常高的內在安全性，因為即使在次要(或者說從屬)的采樣管道被完全拆除時，由此而形成的額外從反應堆安全容器到其外界的泄漏與由設計條件所決定的必然會產生的泄漏相比僅僅是微不足道的。
因此，在常規的采樣系統中由于可能較大的泄漏橫截面而規定的在安全容器穿透區域(穿墻區域)中的雙重隔斷裝置，以及將其結合在反應堆保護系統中一般是可以避免的。此外，直徑為例如3mm和僅0.5mm壁厚度的毛細管道已經具有大約50bar以上的設計壓力，該設計壓力在安全容器設定壓力例如為5bar時，能從根本上提高對于發生故障的安全性。假設例如來自安全容器的采樣樣品為5到10個時，將會進一步節約10到20個安全容器隔斷保護件。這一個方面引起了成本大幅降低，并且通過避免了在這個區域中安裝保護件，能夠實現穿透區域中的樣品過熱的優化。
節流裝置可以是單一節流閥，例如具有較大的入口直徑，也可以是多級節流閥或多孔體節流閥。節流裝置優選具有為0.05mm到2mm，優選大約0.5mm的開放流通橫截面。恰好與采樣管道的尺寸設置相結合，確保了在這類構造的采樣系統中在直接抽取樣品之后，采樣管道中的壓力通過被動手段下降到小于大約反應堆安全容器內的壓力的50％。因此，通過節流確保了在反應堆安全容器內的采樣管道的全部區域中的直接氣體干燥和相對于周圍環境的過熱。甚至在穿過安全容器的外壁的穿透區域中也為明顯有利的條件，因為甚至在多個bar的較高的蒸汽局部壓力時，特別是通過借助于低溫加熱件的額外加熱，能夠輕易地例如從50℃加熱到80℃，因此，可以始終保持在臨界溫度之下，對于混凝土而言例如大約80℃到100℃之間。
此外，節流裝置有利地對應設置有一個過濾單元，以使得即使在出現粗顆粒污染或類似情況時自動地排除對于工作模式的損害。該過濾單元也可以特別設計為用于阻擋粗浮質，在此該過濾單元有利地包括一種多孔的過濾材料，例如燒結金屬或金屬纖維編織網。通過借助于壓力優選例如從＞10bar到100bar的壓力瓶中的壓縮空氣或氮氣的額外的、短時間的反吹(或者說反沖洗)，進一步實現了對可能被污染的節流閥橫截面的可靠的清除沖洗。
為了能夠可靠地評估所獲得的樣品，特別是相對精確的分析樣品所攜帶的氣體成分，安全容器外的樣品輸送管道具有直接加熱器，并且后接于采樣管道的分析系統有利地具有加熱箱形式的可加熱的外部殼體。該外部殼體是以適當的方式這樣設計，使得能夠在大約120℃的溫度范圍內或者在反應堆安全容器內較高的過壓時在最高達160℃的溫度下對提取的樣品進行分析。因此即使評估所獲得的樣品時也能有效地避免蒸汽的冷凝，從而可以確定出安全殼氣氛的各個氣體成分的特別精確的測量值。
通過將采樣管道有利地鋪設在保護管中，采樣系統可以實現特別高的工作安全性和機械穩定性。
為了基于特別高的運行安全性，將反應堆安全容器中的多種活性組分保持為極少的量，采樣系統的負壓系統有利地設置在反應堆安全容器的外部。因此，可以特別設計出設置在反應堆安全容器外的泵裝置，例如薄膜式真空泵或噴射泵來作為負壓系統。可選地或附加地，為了產生快的真空脈沖，可以設置借助于快速打開的閥門來接通的真空容器。在采樣系統的多管道的實施例中，也就是在并聯多個采樣管道時，將設置用于每個采樣管道的單獨的負壓泵，特別是微真空泵，用以代替中央泵單元。
分析系統優選相對靠近于反應堆安全容器設置，以便保持盡量短的所需輸送路程。分析系統尤其可以包括多個吸附柱(Adsorptionssaeulen)，其中，在不同的吸附柱中可以實現氣體成分的分離，并且隨后在柱出口旁的熱導檢測器上可以進行氣體組分的選擇性檢測。在此，甚至在故障情況的條件下，以少量的如少于1L的氣體體積，能夠借助于被流過的吸附柱來進行關于水蒸汽含量以及借助于并聯的吸附柱(或者說吸收柱)進行關于氫氣含量、氧氣含量、二氧化碳含量和/或一氧化碳含量以及可能的惰性氣體含量的全面的氣體分析。從這些分析值中，除了獲得安全容器氣氛的潛在風險之外，還可以例如在CO-檢測(Nachweis)時獲得關于反應堆芯狀況可能的損害狀況及其位置的具體信息。可選地或作為不同的測量，為了提高安全性，可以在加熱柜中借助于熱導探測器直接在測量氣體中輕易地確定出氫氣濃度，并且借助電容型的聚合物確定出蒸汽成分。評估單元的相應的對輻射和對溫度敏感的多個微處理電子元件在加熱柜之外分開單獨安裝。
因此，系統優選這樣運行，即測量傳感器在每次完成分析之后將通過非活性氣體沖洗，以便分析器區域中的輻射載荷相對于連續的分析而明顯地下降。系統和裝置的控制有利地借助于可自由編程的數字化控制裝置來實現，從而例如根據設備中的實際安裝情況，在考慮不同的輸送時間的情況下可以通過在(安裝)位置之前改變參數來調節相應的真空脈沖。通過高質量的隔離，管道和箱區域中的熱損失從＜100W/m2的持續功率降低到最小＜5kW的持續功率，以使得即使在斷電時也能夠有利地通過蓄電池網絡或單獨的備用電源柴油機發電機機組確保始終供電或短期內供電。
為了能夠針對性的將提取的樣品輸送到分析系統中，采樣隔離容器優選在采樣管道進入分析系統之前或之時與采樣管道連接。另外，該采樣隔離容器可以前接緩沖容器或管道緩沖器，在有利的設計方案中，前接緩沖容器或管道緩沖器的容積比采樣隔離容器的容積大約2到10倍。通過這種方法可以確保，在采樣管道的無損失的負壓運行階段之后，直到隨后的壓力形成階段中的安全殼穿透區域(可能低于安全容器內的毛細管道中的露點)，可以使得輸送到測量氣體容積體(采樣隔離容器)的是未發生變化的測量氣體。接下來用干燥氣體，例如氮氣進行回吹，實現了在下一個采樣之前的對這部分的干燥。可選的，也可以通過輸入氣體開始對測量氣體的壓縮，其中，由于前接的容積體和在小的尺寸時管道中出現的活塞式流動(Kolbenstroemung)再次避免了在樣品供給容器中輸入已發生變化的測量氣體。
為了在通過采樣管道對所提取的樣品進行輸送期間能確保根據設計提出的過熱維持，采樣管道優選在反應堆安全容器外的區域中設計為可加熱的。為了能夠確保在反應堆安全容器的內腔中無需調整(anbringen)活性組分，可以根據需要通過針對性地對采樣管道的單一區域加熱，即使在相對長的輸送路程中也能避免蒸汽的冷凝。
在另一個有利的設計方案中，為了盡可能地在采樣時保持極少的放射性物質泄漏到外部區域中，在采樣管道上連接有通到反應堆安全容器中的回流管道。因此，借助于壓縮機單元和/或通過設置惰性氣體延遲路徑(Edelgasverzoegerungsstrecke)，例如以活性炭或沸石為基礎，尤其能夠將所獲得的放射性物質進行回送。通過優選借助于氣體噴射器或至少通過臨時從壓力瓶提取的壓縮氣體來驅動進行運輸和產生真空，這一點可以通過特別簡單手段來實現，所述類型的取樣的方法這個目的以如下方式實現在采樣管道中產生了與反應堆安全容器中的壓力相比的負壓，其中，在樣品流入到采樣管道中后，采樣管道中的壓力限制為最大為反應堆安全容器內壓力的大約60％。這一點有利地以這種方式來確保，即對進入到采樣管道中的樣品入流進行節流和/或對進入到采樣管道中的氣氛成分的入流進行節流。
所描述的用于采樣和隨后進行分析的構思，考慮到可實現的精確度和可靠性基本上不依靠在反應堆安全容器內的實際氧氣濃度來工作。但通過這種根據氧氣的濃度來工作的方法與用于測量反應堆安全容器中氫氣濃度的所謂的熱效應方法相結合，可以有利地進一步提高可靠性及運行安全性。
在此根據熱效應原理，優選額外在反應堆安全容器內的一些位置上以不同(多樣性)冗余的形式來進行氫氣濃度的測量。為此提供的兩個方法的測量位置有利地設置在反應堆安全容器的相同的空間區域中，從而特別是在可能的事故進程的早期，通過互相比較由兩種方法所提供的測量值，可以相對精確地確定可燃氣體濃度、氧氣濃度和實際的氫氣濃度。
在熱效應方法中，在傳感器頭上安置了催化活性絲和非催化作用的熱絲。該傳感器頭直接安裝在反應堆安全容器的氣氛中。在周圍的氣氛中存在氫氣時，將根據存在的氧氣濃度，在催化活性絲上進行氧化，該纖維絲將通過電纜與設置在反應堆安全容器外的電子設備進行連接。
在這里，由于使用時的溫度升高所引起的電阻的變化將通過橋電路來進行電流補償。補償電流是對完成的氫氣氧化反應的一個直接的(衡量)尺度，并且可以作為氫氣測量信號或可燃氣體濃度輸出。
這里得到的信號將另外在兩種分析方法中所使用的控制和評估單元中進行適當地處理。
通過借助于上述方法進行的測量并根據導熱能力而確定出的氫氣濃度與實際濃度(不依靠實際的氧氣濃度)相應。通過比較兩種方法確定的氫氣濃度值，可以由此而確定出實際的氫氣濃度(導熱能力)并且附加地在氧氣過量時通過熱效應以冗余方式確定氫氣濃度。
在可能的重大安全技術事故的情況下在相對較高的氫氣濃度中，在氧氣濃度降低同時，可以根據導熱原理確定出最大的氫氣濃度，根據傳感器熱效應方法確定出可燃氣體濃度并且附加地確定出氧氣濃度。
此外，通過監控所獲得的測量值，借助于采樣分析儀中適合的計算電路以及與傳感器/電纜方法的測量值的持續比較，可以確定并算出氫氣泄漏率并且根據反應堆安全容器中限定的氧氣量額外確定并算出(bilanziert)氫氣氧化率。因此，除了當前對設備潛在的損害之外，還特別得出故障進程的重要結論，例如是否能停止燃燒棒氧化，使得能夠采取有針對性的、相應的對應措施。
所述方法特別有利于在短暫的前期事故階段中使用，因為在進一步的事故進程中氧氣將在安全容器中反應。因此，傳感器/電纜-方法的電纜鑒于制造費用和安裝費用，在放棄全陶瓷電纜設計的情況下，有利地設計為塑料電纜，其中工作持續時間在平均的輻射負載下最高達24小時可視為是足夠的。在事故進一步發展時，基于反應堆安全容器中持續的高輻射負荷，電纜會失靈，這種失靈也能為電子儀器所識別到，從而接著僅僅還要考慮到用于測量的采樣方法和采樣分析方法。
根據本發明實現的優點尤其在于，即通過在采樣管道中設置合理選擇的負壓，并且通過在樣品流入到采樣管道中時以及該樣品從采樣位置輸送到反應堆安全容器外設置的分析系統時進行節流來保持該負壓，可以持續地維持所提取樣品的過熱狀態。因此，排除了可能在輸送提取的樣品時由蒸汽的冷凝引起的分析結果的失真。因此，該樣品可以在一種狀態下分析，在該狀態中該樣品將特別精確地反映出反應堆安全容器內的實際情況。因此，可以確定出關于當前安全殼氣氛的實際狀態特別精確的測量結果，而不必依賴于概括的數據或估算值。通過由此而可實現的安全殼氣氛的特別精確的實際值確定，尤其能根據需要對相應措施進行引導和控制，并且即使在故障情況管理時能夠實現特別安全的運行引導。
此外，通過適當地選擇出的采樣管道和其它部件的尺寸，甚至相對嚴重的事故情況中，在采樣時放射性物質的泄漏也會保持地非常小，使得到周圍環境中的放射性泄漏可以保持地特別少。通過高質量的隔離，管道和柜區域中的熱損失從＜100W/m2的持續功率最小降低到＜5kW的持續功率(或者說持續輸出功率)，以使得即使在斷電時也能夠通過蓄電池網絡或單獨的備用電源柴油機發電機組始終或短期內保證供電。在可能的事故過程的早期，通過在反應器安全容器中額外安裝的氫氣傳感器與這里所述的方法的適當結合，將實現氫氣濃度的長期測定。在此，額外地在反應堆安全容器內的一些位置上，將根據熱效應原理來進行氫氣濃度的測量。因此在傳感器頭上安置了催化活性絲和非催化作用的熱絲。在氫氣積累時會在催化活性絲上進行氧化，該催化活性絲通過電纜與設置在反應堆安全容器外的電子設備連接。所發生的電阻變化將通過橋式電路進行電平衡。所得到的信號將在兩種方法中所使用的控制單元和評估單元中另外進行處理。因此可以在短期內產生的持續的氫氣信號，并且使用當前的分析和通過熱導能力獲得的氫氣測量值，可以獲得氣氛的氧氣含量的結果。
通過監測所得到的測量值并且與傳感器/電纜方法相比，可以額外地監測到基于電纜區域內的超常的輻射負荷的故障時間點。
本發明的實施例將通過附圖來詳細描述。示出了圖1示出了采樣系統，
圖2示出了采樣系統的一個替換實施例，以及，圖3示出了在圖1或圖2的采樣系統中應用的節流裝置。
具體實施例方式
相同的部件在所有的附圖中采用相同的標號。
圖1的采樣系統1設置用于從核裝置(未示出)的安全殼或者反應堆安全容器2內的氣氛中提取樣品。另外，采樣系統1包括連通到反應堆安全容器2中的、通過一個穿墻件(穿墻套管)4并穿過該反應堆安全容器外壁6的多根采樣管道8。多根采樣管道通過閥塊10與負壓系統12和分析系統14連接，其中通過該閥塊可以選擇性地且具體選擇出任一采樣管道8。在此，分析系統14包括設計為加熱柜形式的可加熱外殼16，在該外殼中額外為閥塊10設置有被包圍的氣體分析器18。例如設計為電容型傳感器的氣體分析器18與第一測量電子儀器20連接，用于測量蒸汽含量，與第二測量位置22連接，用于測量氫氣含量，優選根據熱效應原理測量氫氣含量，并且與第三測量位置24連接，用于測量氧氣含量。測量位置20、22、24在輸出端一側與中央評估電子單元26連接，該中心評估電子單元也承擔完整的系統控制，并且在可能的情況下與多樣的傳感器信號比較。在一個實施例變體(未示出)中可以省略冷卻器，并且也可以在加熱柜16中設置測量裝置22、24。
采樣系統1設置用于獲取在反應堆安全容器2內部的氣氛中的各氣體含量的特別精確和可靠的測量結果。為此提出了，當將樣品從反應堆安全容器2的內室轉送到氣體分離器18中時有針對性地避免了所攜帶的蒸汽的冷凝，從而可以在下面的評估中定性和定量地檢測和考慮到所攜帶的蒸汽。為了能夠實現這一點，采樣系統1設計為能將加熱狀態中的樣品轉送到分析系統14的氣體分離器18中。通過在采樣管道8中傳送樣品時要設定和維持適當選擇的負壓，此時該加熱狀態通過被動的手段，也就是無需外部主動干預來設定及維持。為此采樣管道8在其通入到反應堆安全容器2的端部分別具有節流裝置30。
因此節流裝置30為了避免阻塞且還為了阻擋粗浮質前接有過濾器32，該過濾器如由多孔的過濾材料例如燒結材料或者金屬纖維編織物構成，節流裝置30針對性地設置用于即使從反應堆安全容器2的內腔中流出的氣氛流入時在各根采樣管道8中都保持負壓，特別是該負壓小于安全殼壓力的約50％。為了以相對簡單的手段使之實現，各根采樣管道8一方面設計為比內徑約為3mm的較小的毛細管道。另一方面，各個前接的節流裝置30都設計合適尺寸，并且設置有約0.5mm的流通橫截面。基于毛細管道中的高的負壓，樣品優選以大于5m/s至50m/s的速度來進行輸送，從而可以實現很短的輸送時間。
額外地，采樣管道8設計為在反應堆安全容器2的外壁6外部的區域中是可加熱的。反應堆安全容器的穿透部分利用低溫部件加熱到小于80°。由此確保了，即使在比較長的管道輸送時，確保所采樣品的過熱狀態一直維持到抵達分析系統14時。
為了將與樣品一起提取出的放射性物質盡可能地回流到反應堆安全容器2的內室中，各根采樣管道8與通入反應堆安全容器2中的回流管道40連接。回流管道40此處具有設計為負壓系統12的真空泵，其中在該回流管道中為了根據需求的緩沖作用接有回流箱42，從而安裝該真空泵除了用于各根采樣管道8的抽真空，也可以用于反應堆安全容器2中的回流。
在根據圖2的實施例中，采樣系統1′具有分析系統14′，該分析系統基本上模塊式地構成。在此，分析系統14′包括采樣模塊50和測量模塊52，該分析系統設置在設計為加熱柜的可加熱外殼16中。在該實施例中，樣品隔離容器54設置在采樣模塊50中，在該樣品隔離容器中通過采樣管道8從反應堆安全容器2中采樣的樣品可以臨時存放(緩存)，或直接地分析或保存以便準備下一步的評估。此外，該采樣模塊50可能包括必要的探針、微型多端口閥、微型節流閥、可快速打開的真空閥和節流閥和/或減壓閥。
通過在采樣管道8中的樣品隔離容器54上前接的附加容積體55可以確保了，在負壓運行后，在隨后的壓力形成階段中，由于可能低于在反應堆安全容器2內部的毛細管道中的露點而已改變的測量氣體可以不被輸送到測量氣體容積中。可選地，通過關閉接到采樣管道8中的閥90并通過供氣裝置92形成壓力，以及通過流過附加容積體55，以同樣的方法，使得在測量氣體不失真的情況下實現了在樣品隔離容器54中形成壓力。通過干燥的氣體(例如氮氣)的回吹，在下一個采樣之前完成了這個部分的干燥。可選地，可以通過供氣裝置92和關閉閥90而開始測量氣體的壓縮，其中由于前接的附加容積體55以及在管道中的活塞式流動再次避免了已改變的測量氣體輸入到樣品供給容器中。
因此，附加容積體55特別是還可以作為緩沖容積來應用，并且其容積比樣品隔離容器54的內部容積大大約二到五倍。
在后接的測量模塊52中包括有多個樣品計量部件(Probendosierkomponenten)、對于實際測量所需的吸附柱和測量位置以及傳感器20、22、24。該測量模塊52通過排放管道56與廢氣系統60連接，在該排放管道中接有負壓通風設備58。
此外，為了在采樣系統1′中確保保持特別少量的放射性泄漏，回流管道40與惰性氣體延遲路徑(特別是以活性炭或沸石為基礎)連接。也如圖2所示，與采樣系統結合設置或者不同于該采樣系統設置的另一氫氣測量裝置。該氫氣測量裝置包括多個安裝在反應堆安全容器2中的氫氣傳感器94，這些氫氣傳感器在數據一側上連接到一起設置在反應堆安全容器2外部的評估裝置96上。另外。在該評估裝置中獲得的信號輸送到用于這兩種方法的控制和評估電子單元26中。
圖3中示出了一個前接到每根采樣導管上的節流裝置30的實施例的放大橫截面圖。該節流裝置包括基體70，該基體通過合適尺寸并選擇的托架72固定在反應堆安全容器2的外壁部件上。此外，基體70與采樣管道8的接入端連接。
為了確保對進入采樣管道8中的氣氛入流進行節流，節流裝置30包括節流體74，該節流體與設計為毛細導管的采樣管道8約3mm的內徑相比具有較小的約0.5mm的自由流通橫截面。節流體74的流入區域由基本上圓柱形構成并設計為粗去霧器形式的液滴或固體物質分離器76包圍。為了形成過濾裝置，在分離器76的內部設置由燒結金屬或者金屬纖維編織物制成的過濾體78。由多個組件形成的裝置由設計為噴射保護罩的環繞外殼80包圍。
參考標記列表1、1′ 采樣系統2 反應堆安全容器4 穿墻套管6 外壁8 采樣管道10 閥塊12 負壓系統14、14′分析系統16 外殼18 氣體分析器/樣品隔離容器中的氣體分離器20，22，24 測量位置26 評估-電子單元和過程控制裝置30 節流裝置32 過濾器40 回流管道42 回流箱50 采樣模塊52 測量模塊54 樣品隔離容器55 附加容積體56 導出管道58 負壓通風設備60 廢氣系統62 惰性氣體延遲路徑70 基體72 托架74 節流體
76液滴-或固體物質分離器78過濾體80環繞外殼90閥92供氣裝置94氫氣傳感器96評估單元
權利要求
1.一種用于從核裝置的反應堆安全容器(2)內的氣氛中提取樣品的采樣系統(1、1′)，所述采樣系統具有與負壓系統(12)和分析系統(14)連接并通入所述反應堆安全容器(2)中的采樣管道(8)，所述采樣管道在與所述反應堆安全容器(2)中的氣氛連接的氣體一側前接有節流裝置(30)。
2.根據權利要求1所述的采樣系統(1、1′)，其采樣管道(8)設計為標稱內徑最高為15mm的小管道，優選是標稱內徑為大約1mm到5mm的毛細管道。
3.根據權利要求1或2所述的采樣系統(1、1′)，其節流裝置(30)具有0.05mm到2mm，優選為大約0.5mm的開放流通橫截面。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其節流裝置(30)相應設置有過濾器單元(32)。
5.根據權利要求1到4中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其分析系統(14)配備有可加熱的外殼(16)。
6.根據權利要求1到5中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其中，外部隔離將熱損失限制到小于100W/m2，優選為小于50W/m2。
7.根據權利要求1到6中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其供電裝置為了防止電流中斷包括蓄電池網絡和/或單獨的備用電源柴油機發電機組。
8.根據權利要求1到7中任一項所述的采樣系統(1、1′)，所述采樣系統為了進行控制和調節對應設置有可自由編程的數字控制單元。
9.根據權利要求1到8中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其采樣管道(8)鋪設在防護管道內。
10.根據權利要求1到9中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其負壓系統(12)設置在所述反應堆安全容器(2)外部。
11.根據權利要求1到10中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其采樣管道(8)中，在進入分析系統(14)之前連接有樣品隔離容器(54)。
12.根據權利要求11所述的采樣系統(1、1′)，其樣品隔離容器(54)具有比前接的緩沖容積體小二到五倍的內部容積。
13.根據權利要求1到12中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其采樣管道(8)在所述反應堆安全容器(2)外的區域中的部分可被加熱。
14.根據權利要求1到13中任一項所述的采樣系統(1、1′)，其用于分析氣體的成分氫氣和/或蒸汽含量和/或一氧化碳的分析系統(14)包括多個電容式聚合物傳感器和/或熱導探測器。
15.根據權利要求1到14中任一項所述的采樣系統(1、1′)，在其采樣管道(8)上連接有通入到所述反應堆安全容器(2)中的回流管道(40)。
16.根據權利要求1到15中任一項所述的采樣系統(1、1′)，包括多個根據熱效應原理設計的氫氣傳感器(94)，所述氫氣傳感器設置在所述反應堆安全容器(2)的內部的數據一側并與外部評估單元(96)連接，并且通過所述外部評估單元與總的評估電子單元(26)連接。
17.一種用于從核裝置的反應堆安全容器內的氣氛中提取樣品的方法，其中，采樣管道(8)之內形成了與所述反應堆安全容器(2)內的壓力相比的負壓，其中，在樣品流入所述采樣管道(8)之后，所述采樣管道(8)中的壓力被限制為最大約為所述反應堆安全容器(2)內的壓力的60％。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，所述負壓通過快速打開的閥以及來自負壓/回流箱的抽吸體積被自動施加。
19.根據權利要求17或18所述的方法，其中，在實現采樣之后，進行壓力變化，來對分析設備和采樣管道進行反沖洗。
20.根據權利要求17到19中任一項所述的方法，其中，將通過單次分析的樣品體積限制為＜1L和/或將放射性物質含量限制為＜1010Bq。
21.根據權利要求17到20中任一項所述的方法，其中，所述樣品進入到所述采樣管道(8)中的入流被節流。
22.根據權利要求17到21中任一項所述的方法，其中，在多個bar的蒸汽局部壓力時，在所述取樣位置上通過分析單元中的壓降優選降低到1bar，避免了檢測氣體低于露點。
23.根據權利要求17到22中任一項所述的方法，其中，根據熱效應方法確定出反應堆安全容器(2)中的氫氣濃度的額外測量值。
全文摘要
本發明涉及一種采樣系統(1)，用于從核裝置的反應堆安全容器(2)內的氣氛中提取樣品，該采樣系統具有與負壓系統(12)和分析系統(14)連接并通入反應堆安全容器(2)中的采樣管道(8)。該采樣系統能夠提供樣品，該樣品適合于確定出安全殼氣氛的氣體成分的特別可靠及精確的測量值。此外，根據本發明，采樣管道(8)在與反應堆安全容器(2)內的氣氛連接的氣體一側前接有節流裝置(30)。由此，反應堆安全容器(2)內的過熱狀態中的樣品可以被運送到分析系統(14)中。
文檔編號G01N1/22GK101040348SQ200580035239
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月13日 優先權日2004年10月14日
發明者阿克塞爾·希爾, 貝恩德·埃卡特 申請人:阿雷瓦核能有限責任公司