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Dr. Thomas Wondrak
Magnetohydrodynamics
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Nico Krauter
Magnetohydrodynamics
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Eddy Current Flow Meter

Das Eddy Current Flow Meter (ECFM) ist ein robuster, induktiver Durchflusssensor, der bereits seit einigen Jahrzehnten für verschiedene Flüssigmetall-Anwendungen weltweit eingesetzt wird. Für die Durchflussmessung wird der Sensor direkt in die Flüssigmetallströmung eingebracht, um eine lokale Messung in Sensornähe zu ermöglichen. Am HZDR wurde in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern ein miniaturisiertes ECFM für die Anwendung bei Umgebungstemperaturen bis zu 700 °C entwickelt und getestet. Es soll in den kommenden flüssigmetallgekühlten schnellen Reaktoren der Generation IV (z.B. ASTRID) zur Überwachung der Kühlmittelströmung und der Detektion von Strömungsblockaden während dem Betrieb eingesetzt werden und besitzt einen Durchmesser von nur 11 mm. Da sich das ECFM an einer der heißesten Stellen im Reaktor - ca. 10 cm über dem Kern – befindet, sind extreme Anforderungen an jede Sensorkomponente gestellt, um über einen langen Zeitraum zuverlässige Ergebnisse zu liefern. Damit ist das ECFM ein wichtiger Bestandteil der nuklearen Sicherheitstechnik.

Abbildung 1: Aufbau des ECFM

Funktionsprinzip

Der Sensor besteht aus drei über- bzw. nebeneinander angeordneten Magnetspulen. Dabei wird mit Hilfe der mittig angeordneten Primärspule ein Magnetfeld erzeugt, das zur Induktion der namensgebenden Wirbelströme (engl. Eddy Currents) im Flüssigmetall führt, die wiederum das Magnetfeld der Primärspule deformieren. Mit den beiden verbleibenden Spulen - den sogenannten Sekundärspulen – kann das Magnetfeld und dessen Deformation gemessen werden. Für das ruhende Flüssigmetall ist diese Deformation noch symmetrisch, mit zunehmender Fließgeschwindigkeit nimmt die Asymmetrie jedoch zu, sodass sich auch die in den Sekundärspulen gemessenen Spannungen zunehmend unterscheiden. Aus diesem Spannungsunterschied kann mit sehr einfachen Methoden der Durchfluss bzw. die Fließgeschwindigkeit des den Sensor umgebenden Flüssigmetalls bestimmt werden.

Anwendung

Neben dem Einsatz in flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren kann das ECFM prinzipiell für die Durchfluss- bzw. Fließgeschwindigkeitsmessung in allen Rohrströmungen aber auch für lokale Messungen in großen, mit Flüssigmetall gefüllten Becken eingesetzt werden. Der Sensor wurde erfolgreich in Galinstan (GaInSn), Natrium, sowie einer Blei-Bismut Legierung getestet.

Kooperationen

  • Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA, Frankreich)
  • Studiecentrum voor Kernenergie - Centre d'Étude de l'énergie Nucléaire (SCK-CEN, Belgien)

Publikationen

  • Ratajczak, M.; Hernández, D.; Richter, T.; Otte, D.; Buchenau, D.; Krauter, N.; Wondrak, T.
    Measurement techniques for liquid metals
    IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 228, 2017
  • Krauter, N.; Franke, S.; Gerbeth, G.; Eckert, S.; Stefani, F.; Gastaldi, O.; Girard, M.
    Eddy current flowrate and local ultrasonic velocity measurements in liquid sodium
    Proceedings: International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles: Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR17), 2016

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