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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur näheren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung ist in Fig.
1 eine Meßanordnung mit zwei Ionisationskammern dargestellt.
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Fig. 2 zeigt den Querschnitt entsprechend der Linie A-A durch eine
Ionisationskammcr.
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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.