DE1160957B

DE1160957B - Gap pulse counter that can be used at high temperatures to measure a neutron flux

Info

Publication number: DE1160957B
Application number: DEU7626A
Authority: DE
Inventors: John Erskine Sanders; Frederick Wade; Roy Charles Hollick; Derek Barnes
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1959-12-11
Filing date: 1960-12-05
Publication date: 1964-01-09

Description

Bei hohen Temperaturen verwendbarer Spaltimpulszähler zum Messen eines Neutronenflusses Die Erfindung bezieht sich auf einen bei hohen Temperaturen verwendbaren Spaltimpulszähler zum Messen eines Neutronenflusses, bestehend aus einer Röhre mit einem Zählerabschnitt an ihrem einen Ende und mit einem sich vom Zählerabschnitt weg erstreckenden Halterungsabschnitt, aus einer isoliert innerhalb des Zählerabschnitts angebrachten Mittelelektrode, deren zugehöriger Zuleitungsdraht koaxial innerhalb des Halterungsabschnittes gehalten ist und aus einer das Zählvolumen umgebenden, in der Röhre koaxial angeordneten und mit einer Schicht aus spaltbarem Material versehenen Elektrode sowie einer Gasfüllung, wobei die Zählerausbildung so getroffen ist, daß das Gas zwischen dem Zähler- und dem Halterungsabschuitt der Röhre zu strömen vermag.Gap pulse counter that can be used at high temperatures to measure a Neutron Flux The invention relates to one useful at high temperatures Gap pulse counter for measuring a neutron flux, consisting of a tube with a counter section at one end thereof and with one extending from the counter section away extending bracket portion, from an isolated within the meter portion attached center electrode, its associated lead wire coaxially within of the holder section is held and from a surrounding the counting volume, coaxially arranged in the tube and with a layer of fissile material provided electrode as well as a gas filling, whereby the meter training made so is for the gas to flow between the meter and support sections of the tube able.

Spaltimpulszähler dieser Art finden unter anderem Verwendung bei der Untersuchung der Neutronenflußbedingungen in verschiedenen Zonen eines Kernreaktorkerns, wobei Zähler mit kleinen Abmessungen entlang zu diesem Zweck im Reaktorkern vorgesehenen Kanälen bewegt werden. Zähler, die für diesen Zweck bei niedrigen Reaktortemperaturen geeignet sind, sind bekannt. Ein derartiger Zähler besteht im wesentlichen aus einer starren und langen, mit Argon gefüllten Röhre, von der die letzten paar Zentimeter das eigentliche Zählvolumen enthalten; der übrige Teil der Röhre dient als Halterung und ragt aus dem Reaktorkern hervor. Die Mittelelektrode des Zählers ist mit einem Draht verbunden, der sich entlang der Mittellinie der Röhre erstreckt. Gap pulse counters of this type are used, among other things, for the investigation of the neutron flux conditions in different zones of a nuclear reactor core, being provided counters with small dimensions along for this purpose in the reactor core Channels are moved. Counters used for this purpose at low reactor temperatures are suitable are known. Such a counter consists essentially of one rigid and long argon-filled tube, the last few inches of which contain the actual count volume; the rest of the tube serves as a holder and protrudes from the reactor core. The center electrode of the meter is with a Wire connected that extends along the centerline of the tube.

Bei einer derartigen Anordnung ist es vorhekannt, eine Abdichtung zwischen dem eigentlichen Zähler und dem Halterungsrohr wegzulassen. In the case of such an arrangement, a seal is provided to be omitted between the actual meter and the support tube.

Bei höheren Reaktortemperaturen, z. B. bis zu 800 oder 8500 C, sind infolge der Migration des Argons aus dem heißen Zählerabschnitt der Röhre in kühlere Regionen derartige, mit Argon gefüllte, nicht abgedichtete Zähler ungeeignet. Theoretisch kann die Migration dadurch vermieden werden, daß ein gasdichter Verschluß zwischen dem eigentlichen Zählvolumen und dem übrigen Teil der Röhre vorgesehen wird, wie es bei manchen für niedrigere Temperaturen verwendeten Zählern gemacht wird; aber bei hohen Temperaturen sind befriedigende Verschlüsse schwer herstellbar. At higher reactor temperatures, e.g. B. up to 800 or 8500 C as a result of the migration of argon from the hot meter section of the tube to cooler ones Regions of such unsealed meters filled with argon are unsuitable. Theoretically migration can be avoided by placing a gas-tight seal between the actual counting volume and the remaining part of the tube is provided as it is done with some meters used for lower temperatures; but Satisfactory closures are difficult to produce at high temperatures.

Es ist auch bekannt, in GM-Zählern Xenon als Gasfüllung zu verwenden bzw. ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Xenon besteht. Ebenfalls ist es bekannt, eine Spaltungskammer mit Xenon zu füllen. It is also known to use xenon as a gas filling in GM meters or a gas mixture that mainly consists of xenon. It is also known to fill a fission chamber with xenon.

Bei derartigen Anordnungen wird jedoch die Kammer nicht zum Messen eines Neutronenflusses bei hohen Temperaturen, sondern zum Messen des Spaltungsquerschnittes einer Spaltfolie verwendet.In such arrangements, however, the chamber is not used for measuring of a neutron flux at high Temperatures, but to measure the cleavage cross-section a split film is used.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Spaltimpulszählers zur Messung eines Neutronenflusses, der die vorstehend genannten Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet. The purpose of the invention is to create a gap pulse counter for Measurement of a neutron flux that has the aforementioned disadvantages of the known Avoids arrangements.

Die Erfindung geht demgemäß von einem bei hohen Temperaturen verwendb anm Sp alimpulszähler zum Messen eines Neutronenflusses aus, der die in der Einleitung angegebenen Merkmale aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre mit einem hauptsächlich aus Xenon bestehenden Gasgemisch gefüllt ist. The invention is accordingly based on a use at high temperatures anm pulse counter for measuring a neutron flux, which is the in the introduction has specified features, and is characterized in that the tube with a gas mixture consisting mainly of xenon is filled.

Um das Wesen der Erfindung leichter verständlich zu machen, soll sie nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher beschrieben werden, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt des Spaltimpulszählers, während Fi g. 2 die Zählrate als Funktion des Fülldruckes bei verschiedenen Werten der Diskriminatorvorspannung wiedergibt. In order to make the essence of the invention easier to understand, should they are now described in more detail on the basis of the drawing showing them for example are, namely Fig. 1 shows a longitudinal section of the gap pulse counter, while Fi g. 2 the counting rate as a function of the filling pressure at different values of the discriminator bias reproduces.

Wie zunächst aus Fig. 1 hervorgeht, besteht der Zähler aus einer äußeren Röhre 1 mit einem Außendurchmesser von etwa 0,64 cm und einer Länge von etwa 366 cm. Die Röhre 1 ist bei einem Punkt 2, etwa 3,28 cm vom Ende der Röhre entfernt, gesiekt, um eine innere Raste zum Festlegen einer Aluminiumoxydscheibe 3 zu bilden, die in der Mitte eine Aussparung aufweist, durch die das eine Ende einer Mittelelektrode 4 mit einem Durchmesser von etwa 0,10 cm hindurchführt, die einen Ansatz 5 aufweist, der wiederum an der Scheibe 3 anliegt. Eine Hülse 16, die an die Elektrode 4 punktgeschweißt ist, legt die Elektrode an der Scheibe 3 fest. Das andere Ende der Elektrode 4 ist in einem Loch in einer Scheibe 6 aus Aluminiumoxyd untergebracht, die an eine feste Aluminiumoxydscheibe 7 angrenzt, so daß die Scheiben 6 und 7 zusammen dieses Ende der Elektrode 4 halten. As can be seen first from Fig. 1, the counter consists of one outer tube 1 with an outer diameter of about 0.64 cm and a length of about 366 cm. The tube 1 is at a point 2, approximately 3.28 cm from End of the tube removed, sifted to an inner detent for fixing an alumina washer 3 to form, which has a recess in the middle through which one end a center electrode 4 with a diameter of about 0.10 cm, the has an attachment 5, which in turn rests against the disk 3. A sleeve 16 that is spot-welded to the electrode 4, the electrode is fixed to the disk 3. The other end of the electrode 4 is in a hole in a disc 6 made of aluminum oxide housed, which is adjacent to a solid aluminum oxide disc 7, so that the discs 6 and 7 hold this end of the electrode 4 together.

Die Scheiben 3 und 6 werden im Abstand voneinander gehalten durch einen Hohlzylinder 8 aus Nickel, der etwa 2,01 cm lang ist und an dessen innerer Oberfläche Uran235 aufgebracht ist. Eine Endkappe 9 schließt sich an die Scheibe 6 an und ist in die Röhre 1 eingeschweißt.The discs 3 and 6 are kept at a distance from each other by a hollow cylinder 8 made of nickel, which is about 2.01 cm long and on the inside Surface Uran235 is applied. An end cap 9 closes on the disc 6 and is welded into the tube 1.

Der Abschnitt zwischen den Scheiben 3 und 6 bildet den eigentlichen Zählerabschnitt, wobei der übrige Teil der Röhre 1 eine Halterung bildet, die aus dem Reaktorkern vorragt und einen Verbindungsdraht 10 mit einem Durchmesser von etwa 0,036 cm enthält, dessen eines Ende in ein Loch am Ende der Elektrode 4 punktgeschweißt ist. Die Röhre 1, die Endkappe 9, die Elektrode 4, die Hülse 16 und der Draht 10 sind alle aus einer Legierung von 80 O/o Nickel und 200/0 Chrom hergestellt, um hohen Temperaturen standzuhalten. The section between the disks 3 and 6 forms the actual one Meter section, wherein the remaining part of the tube 1 forms a holder that from the reactor core protrudes and a connecting wire 10 with a diameter of contains about 0.036 cm, one end of which is spot welded into a hole at the end of the electrode 4 is. The tube 1, the end cap 9, the electrode 4, the sleeve 16 and the wire 10 are all made from an alloy of 80% nickel and 200/0 chromium withstand high temperatures.

Auf dem Draht 10 sind mehrere Aluminiumoxydröhren 11, jede etwa 30,48 cm lang, aufgereiht, die Aluminiumoxydscheiben 12 in Abständen voneinander halten, die wiederum den Draht 10 in der Mittelachse halten. Jede Scheibe ist mit einem Schlitz 18 versehen, um das Auspumpen der Röhre zu erleichtern, und ebenso die Scheiben 3 und 6. On the wire 10 are several alumina tubes 11, each about 30.48 cm long, lined up, holding the aluminum oxide disks 12 at a distance from one another, which in turn hold the wire 10 in the central axis. Each disc is with one Slit 18 to facilitate evacuation of the tube and so are the discs 3 and 6.

Die Röhre 1 ist in einen Fixierflansch 17 aus Messing gelötet, an den ein zylindrisches Messinggehäuse 19 angeschraubt ist, dessen anderes Ende an das Messinggehäuse 20 gelötet ist. Das Gehäuse 20 ist wiederum an ein Messinggehäuse 13 angeschraubt, in das eine Glas-Metall-Verschmelzung bzw. -Abdichtung 14 gelötet ist, die in das Gehäuse 20 ragt. Das Gehäuse 20 enthält eine zylindrische Quarzhülse 22, die eine Feder 15 umgibt. Das eine Ende der Feder führt durch die Abdichtung 14 und ist daran angelötet; das andere Ende ist an eine kleine Nickelplatte 23 punktgeschweißt, an die auch das Ende des Drahtes 10 punktgeschweißt ist. Aufgabe der Feder ist es, temperaturabhängige Änderungen der relativen Länge der Röhrel und des Drahtes 10 aufzunehmen, und die Platte 23 stellt ein geeignetes Mittel zur Verbindung von Feder und Draht dar. Eine zweite Nickelplatte 24 ist an den Draht 10 punktgeschweißt. Sie liegt am Ende der letzten Aluminiumoxydröhre 11, um eine Bewegung dieser Röhre bei der Handhabung des Zählers zu begrenzen. Nach dem Zusammenbau werden die Verschraubungen zwischen den Gehäusen 13 und 20 und zwischen dem Gehäuse 19 und dem Flansch 17 dicht verlötet. The tube 1 is soldered into a fixing flange 17 made of brass a cylindrical brass housing 19 is screwed, the other end to the brass housing 20 is soldered. The housing 20 is in turn attached to a brass housing 13 screwed into which a glass-metal fusion or seal 14 is soldered which protrudes into the housing 20. The housing 20 contains a cylindrical quartz sleeve 22, which surrounds a spring 15. One end of the spring leads through the seal 14 and is soldered to it; the other end is spot welded to a small nickel plate 23, to which the end of the wire 10 is also spot welded. The task of the pen is to temperature dependent changes in the relative length of the tube and the wire 10 and the plate 23 provides a suitable means of connecting the spring and wire. A second nickel plate 24 is spot welded to the wire 10. It lies at the end of the last aluminum oxide tube 11 in order to move this tube limit when handling the meter. After assembly, the screw connections between the housings 13 and 20 and between the housing 19 and the flange 17 tight soldered.

Das Rohr 1 wird durch ein dicht verschließbares, in die Wand des Gehäuses 20 gelötetes Kupferrohr 21 evakuiert und mit Gas gefüllt. The tube 1 is through a tightly closable, in the wall of the Housing 20 soldered copper pipe 21 evacuated and filled with gas.

Die gewöhnliche Füllung von Spaltimpulszählern dieser Art ist Argon. Im vorliegenden Falle jedoch hat das eine Ende der Röhre 1 normalerweise eine viel höhere Temperatur als das andere Ende, das sich außerhalb des Reaktorkerns befindet. Es entsteht so eine Wanderung des Gases aus dem heißen Abschnitt der Röhre heraus dem kühlen Ende zu mit dem Ergebnis, daß die Anzahl der Gasmoleküle pro Volumeinheit im eigentlichen Zählvolumen mit zunehmender Temperatur zurückgeht. Es wurde z. B. für einen gegebenen Zähler, der auf einen Druck von 4 Atmosphären bei Zimmertemperatur gefüllt war, errechnet, daß im Zählvolumen die Molekulardichte bei 700 C wegen des Wanderungseffektes nur noch 1,3 Atmosphären bei Zimmertemperatur entsprach. The usual filling of gap pulse meters of this type is argon. In the present case, however, one end of the tube 1 normally has a lot higher temperature than the other end that is located outside the reactor core. This creates a migration of the gas out of the hot section of the tube the cool end too with the result that the number of gas molecules per unit volume decreases in the actual counting volume with increasing temperature. It was z. B. for a given meter reading 4 atmospheres pressure at room temperature was filled, calculated that in the counting volume the molecular density at 700 C because of the Migration effect only corresponded to 1.3 atmospheres at room temperature.

Es ist eine besondere Eigenschaft von Spaltimpulszählern, daß, wie es in Fig.2 gezeigt ist, die die Abhängigkeit der Zählrate vom Gasdruck bei konstanter Temperatur und bei verschiedenen Werten 15, 20, 25 und 30 V der Diskriminatorvorspannung darstellenden Kurven ein sogenanntes Plateau aufweisen. Damit der der Zimmertemperatur entsprechende Druck oberhalb des unteren Plateauendes bleibt. wenn die Temperatur des Zählvolumens steigt, muß der Fülldruck wegen des Wanderungseffektes natürlich höher sein, als er nötig wäre, wenn alle Teile der Röhre 1 bei einer gleichmäßigen Temperatur gehalten würden. Wenn man Argon verwendet, könnte der hohe Fülldruck, der zur Aufrechterhaltung einer bis zu hohen Temperaturen konstanten Zählrate eine Beschädigung des Zählers verursachen. It is a special property of gap counters that how it is shown in Fig.2, the dependence of the count rate on the gas pressure at constant Temperature and at various values 15, 20, 25 and 30 V of the discriminator bias showing curves have a so-called plateau. So that the room temperature corresponding pressure remains above the lower end of the plateau. when the temperature As the counting volume increases, the filling pressure must of course because of the migration effect be higher than it would be necessary if all parts of the tube 1 at a uniform Temperature would be maintained. If you use argon, the high filling pressure, the one to maintain a constant count rate up to high temperatures Cause damage to the meter.

Bei dem erfindungsgemäßen Zähler wird der erforderliche Druck durch die Verwendung von Xenon oder einem Gemisch von Xenon und Argon als Füllgas verringert. Um noch einmal auf Fig. 2 hinzuweisen, so sieht man, daß bei Zimmertemperatur der Druck, der erforderlich ist, um konstante Zählbedingungen zu erhalten, bei Xenon viel niedriger ist als bei Argon. Das kommt daher, daß das Xenonatom größer ist als das Argonatom und so einen größeren Wirkungsquerschnitt für die Ionisation durch die Spaltprodukte aufweist. Das »Druckplateau« ist bei Xenon kürzer als bei Argon, aber als Kompromiß können gegebenenfalls Gemische aus Xenon und Argon benutzt werden, um Plateaucharakteristiken zu schaffen, die in bezug auf Druck und Länge zwischen denen der beiden Gase liegen. In the meter according to the invention, the required pressure is through the use of xenon or a mixture of xenon and argon as filling gas is reduced. To refer again to FIG. 2, it can be seen that at room temperature the Pressure required to maintain constant counting conditions in the case of xenon is much lower than argon. This is because the xenon atom is larger than the argon atom and thus a larger effective cross-section for the ionization which has fission products. The "pressure plateau" is shorter with xenon than with argon, but as a compromise mixtures of xenon and argon can be used if necessary, to create plateau characteristics that are between those of the two gases.

Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht die Füllung aus Xenon allein, wobei der Druck 3,5 Atmosphären bei Zimmertemperatur beträgt.In the embodiment described, the filling consists of xenon alone, the pressure being 3.5 atmospheres at room temperature.

Dem Idealfall entsprechend werden Gasdruck und -zusammenstellung so gewählt, daß der Zähler bei Zimmertemperatur am Hochdruckende des Plateaus arbeitet und bei den höchsten vorkommenden Temperaturen, bei denen der der Zimmertemperatur entsprechende Druck verringert ist, am Tiefdruckende. The gas pressure and composition are corresponding to the ideal case chosen so that the meter operates at room temperature at the high pressure end of the plateau and at the highest temperatures that occur, at those of room temperature corresponding pressure is reduced at the end of the gravure printing.

Claims

Claim: Gap pulse counter that can be used at high temperatures for measuring a neutron flux, consisting of a tube with a counter section at one end and with a mounting section extending away from the meter section, from a center electrode insulated inside the meter section, their associated lead wire held coaxially within the holding portion is, and from a surrounding the counting volume, arranged coaxially in the tube and an electrode provided with a layer of fissile material and a gas filling, being the counter training is taken so that the gas between capable of flowing through the meter and the support section of the tube, characterized in that that the tube is filled with a gas mixture consisting mainly of xenon. ~~~~~~~~ Publications considered: Zeitschrift für Naturforschung, Vol. 4 a, 1950, pp. 331 and 332; Chemisches Zentralbiatt, 1953, p. 6413; Rossi and Dust: Ionization Chambers and Counters, 1949, pp. 165, 167 and 168; Korff: Electron and Nuclear Counters, 1955, p. 45; Journal of Nuclear Energy, Vol. 1, 1954, pp. 110 bis 116; Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Vol. 11, 1958, p. 503.