DE1160116B - Anordnung zum Messen einer Neutronenflussverteilung - Google Patents

Anordnung zum Messen einer Neutronenflussverteilung

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DE1160116B
DE1160116B DEL38536A DEL0038536A DE1160116B DE 1160116 B DE1160116 B DE 1160116B DE L38536 A DEL38536 A DE L38536A DE L0038536 A DEL0038536 A DE L0038536A DE 1160116 B DE1160116 B DE 1160116B
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DE
Germany
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chambers
collector
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tube
ionization
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Application number
DEL38536A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Juergen Beck
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/12Neutron detector tubes, e.g. BF3 tubes
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/10Structural combination of fuel element, control rod, reactor core, or moderator structure with sensitive instruments, e.g. for measuring radioactivity, strain
    • G21C17/108Measuring reactor flux
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

  • Anordnung zum Messen einer Neutronenflußverteilung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Neutronenflußverteilung, bestehend aus Neutronen-Ionisationskammern, insbesondere für die Messung des Neutronenflusses in Kernreaktoren.
  • Für den Betrieb von Kraftwerksr,-aktoren ist es notwendig, die Neutronenflußverteilung im Reaktorkern genau zu kennen. Um den Kernreaktor wirtschaftlich bis an seine Grenze der Leistungsfähigkeit ausnutzen zu können, muß der Neutronenfluß über den Reaktorkern möglichst gleichmäßig verteilt sein, damit die Brennstoffelemente voll ausgenutzt werden können und eine untereinander gleiche Lebensdauer haben. Im Innern des Reaktorkerns ist der Neutronenfluß relativ hoch. Zur Messung eines solchen Neutronenflusses sind bisher zwei Methoden bekannt. So werden beispielsweise Thermoelemente, die mit einem Borbelag versehen sind, zur Flußmessung verwendet. Diese Elemente sind hierfür im Innern des Reaktorkerns angeordnet. Die durch die Bestrahlung im Borbelag der Thermoelemente hervorgerufene Erwärmung wird als Maß für den Neutronenfluß verwendet. Ein großer Nachteil dieses Meßverfahrens besteht darin, daß mit den Thermoelementen auch gleichzeitig die Reaktortemperatur gemessen wird und daß dadurch bei eventuellen Temperaturschwankungen des Reaktors der Neutronenfluß nicht richtig ermittelt wird. Hieraus folgt besonders bei höheren Reaktortemperaturen eine relativ große Ungenauigkeit der Bestimmung des Neutronenflusses. Durch die Verwendung von zusätzlichen, nicht mit Bor belegten Thermoelementen zur Kompensation der Reaktortemperatur kann zwar der Meßfehler verringert, jedoch nicht ganz vermieden werden.
  • Bei einem anderen bekannten Neutronenflußmeßverfahren werden Ionisationskammern im Reaktor verwendet. Diese Meßmethode ist wesentlich genauer als die zuvor beschriebene. Bei der Messung mit Ionisationskammern ergeben sich jedoch im Reaktor besondere Schwierigkeiten; so ruft jede Ionisationskammer, die sich im Reaktorkern befindet, eine Störung des Neutronenflusses bzw. der Neutronenflußverteilung hervor, da wegen der relativ großen Raumverdrängung der lonisationskammern eine gewisse Menge Moderatorsubstanz verdrängt wird, so daß das Moderator-Brennstoffverhältnis verändert wird.
  • Es wird daher angestrebt, die Ionisationskammern und die Zuführungskanüle so klein wie möglich auszuführen; darüber hinaus ist es vorteilhaft, auch die Anzahl der Zuführungskanäle für die Kammern gering zu halten. Da die Lebensdauer der Ionisationskammern bei einem Neutronenfluß von beispielsweise 1014 Neutronen/cm=2 sec auf etwa 1 Jahr begrenzt ist, müssen diese Kammern von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Bei der Auswechselung der bisher bekannten Kammern muß der Kernreaktor abgeschaltet werden. Für die Wirtschaftlichkeit eines Leistungsreaktors ist das Abschalten jedoch sehr nachteilig, da der Abschaltvorgang eine relativ lange Zeit in Anspruch nimmt und unter Umständen mehrere Tage dauert.
  • Um ein leichtes Auswechseln der Ionisationskammern zu gestatten, wurde bisher für jede Ionisationskammer im Reaktor ein eigener Meßkanal vorgesehen. Durch diese Anordnung mußte man somit viele Störstellen - bezogen auf den thermischen Neutronenfluß im Reaktorkern - in Kauf nehmen.
  • Mit der Erfindung werden die obengenannten Nachteile vermieden. Der Erfindung liegt daher unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Ionisationskammeranordnung zu schaffen, die möglichst klein ist, wenige Meßkanäle im Reaktorkern beansprucht, um den Neutronenfluß wenig zu beeinflussen, die ferner eine große Lebensdauer besitzt und die auch im Reaktor ausgewechselt werden kann, ohne daß dieser abgeschaltet werden muß.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß gemäß der Erfindung bei einer Anordnung zum Messen einer Neutronentlußverteilung, insbesondere in Kernreaktoren, mit Hilfe mehrerer Ionisationskammern mindestens zwei Ionisationskammern durch Metallröhrchen axial verbunden sind, ein mit Kapillarröhrchen zur Aufnahme der Kollektoranschlüsse versehenes Isolierstoffrohr durch die Ionisationskammern und die Metallröhrchen führt und daß alle Anschlüsse an einem Ende des Isolierstoffrohres herausgeführt sind. Damit ist erreicht, daß der Durchmesser der Einführungskanäle in das Reaktordruckgefäß lediglich die Größe des Außendurchmessers einer einzigen Ionisationskammer zu haben braucht. Die Anordnung gemäß der Erfindung gestattet es überdies, die Meßstellen verschiedener Ebenen jeweils exakt auf einer einzigen Achse anzuordnen und die erforderliche Zahl der Einführungskanäle zu verringern.
  • Das Isolierstoffrohr, das nach der Erfindung durch sämtliche miteinander verbundene Ionisationskammern führt, ist innerhalb einer jeden Kammer von einem Metallrohr als Kollektor umgeben. Innerhalb einer jeden Ionisationskammer besitzt das Isolierstoffrohr in vorteilhafter Weise eine Bohrung, so daß die in einem Kapillarröhrchen befindliche Kollektorzuleitung durch diese Bohrung zu dem entsprechenden Kollektor geführt werden kann. Sowohl auf der Außenfläche des als Kollektor ausgebildeten Metallrohres als auch auf der Innenfläche der Kammerhülle ist ein Bohrbelag aufgetragen. Das mit mehreren Kapillarröhrchen versehene Isolierstoffrohr besteht zweckmäßigerweise aus Aluminiumoxyd. Die Verbindungsrohre der Ionisationskammern und die Außenhüllen der Kammern bestehen aus Aluminium, V 2A-Stahl oder aus einer Zirkonlegierung. Das Isolierstoffrohr ist so durch die die Ionisationskammern verbindenden Metallröhrchen geführt, daß es sich leicht verschieben läßt. Die die Kammern verbindenden Metallröhrchen sind dagegen fest und vakuumdicht mit den Kammern verschweißt. An der obersten Kammer befindet sich ein Pumpstutzen, durch den das ganze System einschließlich der Kapillarröhrchen evakuiert und dann mit beispielsweise reinem Stickstoff gefüllt werden kann. Die Zuführungsdrähte werden durch die Isolierstoffröhrchen und die Außenhülle so weit aus dem Reaktor herausgeführt, bis genügend Platz zur Verfügung steht und bis. außerdem der Neutronenfiuß örtlich wesentlich abgeklungen ist. An dieser Stelle werden die Zuführungsdrähte vakuumdicht aus der Anordnung herausgeführt und mit Hilfe eines Steckkontaktes über normale Kabel zu einem Gleichstromverstärker weitergeführt.
  • Zur näheren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung ist in Fig. 1 eine Meßanordnung mit zwei Ionisationskammern dargestellt.
  • Fig. 2 zeigt den Querschnitt entsprechend der Linie A-A durch eine Ionisationskammcr.
  • Die Kammeraußenhülle 1 dient gleichzeitig als äußere Elektrode. Auf der Innenfläche der Kammerhülle 1 ist ein Borbelag aufgetragen. Das Isolierstoffrohr 2, das aus Keramik bestehen kann, ist von einem Metallröhrchen 3 als Elektrode und insbesondere als Kollektor innerhalb der Ionisationskammer umgeben. Am oberen Ende des Metallröhrchens 3 ist in dem Isolierstoffrohr 2 eine Öffnung 4 vorgesehen, die als Durchführung für den Anschluß zur Elektrode dient. Am unteren und/oder oberen Ende der Ionisationskammer befindet sich ein Metallstutzen 5, der mit der Kammer fest verschweißt ist. Durch ein Metallröhrchen 6, das mit dem Metallstutzen verschweißt ist, werden jeweils zwei Ionisationskammern miteinander verbunden. Zweckmäßigerweise wird an das Metallröhrchen 3 die Spannung angelegt, während die Kammerhülle geerdet wird. Am oberen Ende der obersten Ionisationskammer befindet sich ein Pumpstutzen 7. Der Querschnitt der Ionisationskammer nach Fig. 2 zeigt die Außenhülle 1 und das Metallröhrchen 3, das über dem Isolierstoffrohr 2 als Kollektor angebracht ist. Im Isolierstoffrohr 2 befmden sich Kapillarröhrchen 8, die zur Aufnahme der Zuleitungen für die Elektroden dienen.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zum Messen einer Neutronenflußverteilung, insbesondere in Kernreaktoren, mit Hilfe mehrerer Ionisationskammern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ionisationskammern durch Metallröhrchen (6) axial verbunden sind, ein mit Kapillarröhrchen (8) zur Aufnahme der Kollektoranschlüsse versehenes Isolierstoffrohr (2) durch die Ionisationskammern und die Metallröhrchen (6) führt und alle Anschlüsse an einem Ende des Isolierstoffrohres herausgeführt sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch sämtliche miteinander verbundene Ionisationskammern führende Isolierstoffrohr innerhalb einer jeden Kammer mit einem Metallrohr (3) als Kollektor umgeben ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffrohr innerhalb einer jeden Ionisationskammer eine Öffnung (4) zu einer Kapillare besitzt und daß die in einem Kapillarröhrchen befindliche Kollektorzuleitung durch diese Öffnung zu dem entsprechenden Kollektor führt.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl auf der Außenfläche des als Kollektor ausgebildeten Metallrohres (3) als auch auf der Innenfläche der Kammerhülle (1) ein Borbelag aufgetragen ist. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Kapillarröhrchen versehene Isolierstoffrohr aus Aluminiumoxyd besteht. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß. die Verbindungsrohre der Ionisationskammern und die Außenhüllen der Kammern aus Aluminium, Stahl oder einer Zirkonlegierung bestehen. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern mit reinem Stickstoff gefüllt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Atompraxis, Bd.5, 1959, Nr. 10/11, S.410/411; Nuclear Science and Engineering, Bd.6, 1959, Nr.
  5. 5, S. 381.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2379908A1 (fr) * 1977-02-04 1978-09-01 Alexeev Viktor I Chambre d'ionisation

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FR2379908A1 (fr) * 1977-02-04 1978-09-01 Alexeev Viktor I Chambre d'ionisation

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