DE1201922B - Impuls-Spaltionisationskammer - Google Patents

Impuls-Spaltionisationskammer

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DE1201922B
DE1201922B DEV20885A DEV0020885A DE1201922B DE 1201922 B DE1201922 B DE 1201922B DE V20885 A DEV20885 A DE V20885A DE V0020885 A DEV0020885 A DE V0020885A DE 1201922 B DE1201922 B DE 1201922B
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DE
Germany
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ionization chamber
fissile material
amounts
neutrons
fissile
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DEV20885A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Fritz Peschke
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Vakutronik VEB
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Vakutronik VEB
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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
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00Measuring neutron radiation

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Description

  • Impuls-Spaltionisationskammer Die Erfindung befaßt sich mit einer Impuls-Spaltionisationskammer für schnelle und/oder langsame Neutronen, vorzugsweise zu Neutronenfluß- und Periodenmessungen im Anfahrbereich von Kernreaktoren.
  • Beim Anfahren eines Reaktors muß ein Neutronenflußbereich von etwa 10 bis 1010 n/sec cm2 meßtechnisch erfaßt werden. Impulskammern mit spaltbarem Material, z. B. Uran, Plutonium, als empfindliche Schicht werden dabei besonders bevorzugt, da sie durch Diskriminierung den Einfluß des stets vorhandenen starken Gamma-Untergrundes zu eliminieren gestatten.
  • Bei bekannten Ionisationskammern wirkt sich nachteilig die Tatsache aus, daß mit einer Impulskammer stets nur ein begrenzter Neutronenflußbereich meßtechnisch erfaßt werden kann. Es sind nun Kammern bekannt, die Empfindlichkeiten von Imp sec 0,1 n/sec . cm² besitzen und mit denen ein Neutronenflußbereich von etwa 10 bis 5 n sec cm2 erfaßt werden kann. Mit Empfindlichkeiten von etwa Imp sec 10 n/sec wird ein Neutronenflußbereich von 10õ bis 5. bis 5 n sec cm2 erfaßt.
  • In der Praxis werden für den Neutronenflußbereich 105 bis 5.1010 n/sec cm2 keine Impuls-Ionisationskammern mit der dabei nötigen aufwendigen Elektronik verwendet, sondern gammastrahlenkompensierte, im Gleichstrombetrieb benutzte Borschichtkammern. In jedem Fall sind jedoch zwei getrennte Meßkanäle zur Überbrückung des gesamten Meßbereiches erforderlich.
  • Es ist versucht worden, den gesamten Meßbereich mit einem Proportionalzählrohr zu erfassen, bei dem durch profilierte Elektroden bei Veränderung der Zählrohrspannung unterschiedliche Empfindlichkeiten erhalten werden. Dadurch wandert aber der Schwerpunkt des empfindlichen Volumens entlang der Zählrohrachse, und das Proportionalrohr erfaßt bei jeder neu angelegten Spannung den Neutronenfluß an einem anderen Ort der Meßposition und wird damit für die obige Anwendung unbrauchbar.
  • Bei anderen Detektoren, die verschieden große empfindliche Volumina hintereinander angeordnet aufweisen, macht die Schwerpunktverlagerung des empfindlichen Volumens, wie sie für das obengenannte Proportionalrohr beschrieben wurde, die Anwendung für genaue Messungen unmöglich.
  • Die für den Einsatz notwendigen Empfindlichkeitsverhältnisse können außerdem damit nicht erreicht werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Impuls-Ionisationskammer zu schaffen, die die meßtechnische Erfassung des gesamten interessierenden Neutronenflußbereiches mit nur einem Meßkanal ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in der Kammer mindestens zwei an einen gemeinsamen Meßkanal wahlweise anschaltbare Meßsysteme angeordnet sind und sich die den Meßsystemen zugehörigen Spaltstoffmengen hinsichtlich ihrer Wirkungsgrade gegenüber der Spaltung durch Neutronen derart voneinander unterscheiden, daß mit einem Meßkanal der gesamte interessierende Neutronenflußbereich erfaßt ist.
  • Für den Meßkanal eines Reaktors kann nun eine einzige erfindungsgemäß ausgebildete Impulskammer verwendet werden, die mit einer Sammelelektrode und zwei oder mehreren gegeneinander isolierten umschaltbaren Katoden oder aber mit einer Katode und zwei oder mehreren isolierten umschaltbaren Sammelelektroden ausgestattet ist. Die zu jedem wählbaren Elektrodensystem gehörenden Spaltstoffmengen unterscheiden sich in ihrem Wirkungsgrad gegenüber Spaltung durch Neutronen voneinander.
  • Durch wahlweises Anlegen des Erdpotentials (Masse) an einz cder mehrere Katoden und Anlegung des Sammelelektrodenpoteiatials an die restlichen bzw. umgekehrt des Erdpotentials an eine oder mehrere Sammelelektroden und Anlegen des Sammelelektrodenpotentials an die restlichen werden jeweils diewenigen Spaltstoffmengen unwirksam, bei deren zugehörigem Elektrodensystem sich jeweils beide Elektroden auf gleichem Potential befinden.
  • An Hand eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung nachstehend in Aufbau und Wirkungsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung mit zwei beispielsweise zylindrischen Sammelelektroden und einer als Beispiel angegebenen Schaltung, Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung mit einer Sammelelektrode und einer weiteren, wahlweise mit der Sammelelektrode zusammengeschalteten oder als Katode schaltbaren Elektrode.
  • Gemäß der F i g. 1 ist die erste Sammelelektrode mit 1 bezeichnet, die zu ihr gehörige Katode mit 5 und der auf der Katode aufgebrachte, der Sammelelektrode 1 zugeordnete Spaltstoff mit 4.
  • Zur Sammelelektrode 2 gehören ebenfalls die Katode 5 und der Spaltstoffbelag 3.
  • Mit 6 ist ein doppelpoliger Umschalter bezeichnet, dessen beide mittleren Anschlüsse über einen Widerstand 7 mit der Sammelelektrode 2, dessen äußere Anschlußklemmen über einen Widerstand 8 mit der Sammelelektrode 1 Verbindung haben. Über Koppel-bzw. Trennkondensator9 bzw. 10 werden die von den Sammelelektroden 1, 2 je nach der Schalterstellung a, b des Schalters 6 aufgenommenen Impulse einem nicht gezeigten Verstärker zur weiteren Verarbeitung zugeleitet.
  • In der Schalterstellung b gemäß Fig. 1 liegt nur die erste Sammelelektrode 1 über den Widerstand 8 an Spannung und nimmt nur die Spannungsimpulse auf, die von dem zur ersten Sammelelektrode 1 gehörenden Spaltstoffbelag 4 herrühren.
  • In der Schalterstellung a ist die Sammelelektrode 1 ohne Spannung, dagegen führt die Sammelelektrode 2 nun ein gegenüber Erde positives Potential, und es werden nun nur die Spaltimpulse registriert, die von dem Spaltstoflbelag 3 stammen. Die zwei gegeneinander isolierten Sammelelektroden und die zu jeder gehören den Spaltstoffmengen, z. B. Uran oder Plutonium, lassen sich in ihrem Wirkungsgrad gegenüber Spaltung durch Neutronen voneinander verschieden herstellen. Durch wahlweises Anlegen der Kammerspannung an eine oder mehrere der Sammelelektroden und gleichzeitiges Anlegen des Katodenpotentials (Erdung) an die restlichen Sammelelektroden werden nur die Spaltstoffmengen wirksam, deren zugehörige Sammelelektroden ein gegenüber den zugehörigen Katoden positives Potential aufweisen.
  • Die F i g. 2 läßt eine der in der Fig. 1 gezeigten ähnliche Anordnung erkennen. Die Kammer weist allerdings nun nicht mehr zwei umschaltbare Sammelelektroden 1, 2 auf gegenüber einer Katode, sondern eine Katode 11, eine Sammelelektrode 13 und eine weitere Elektrode 12, die wahlweise als Katode oder aber mit der Sammelelektrode zusammen geschaltet werden kann. Dabei müssen sich selbstverständlich die zum jeweils wirksamen Elektrodensystemll, 13 bzw. 12, 13 gehörenden Spaltstoffbelegungen 14 bzw. 15 wiederum in ihrem Wirkungs- grad gegenüber Spaltung durch Neutronen unterscheiden. Mit 16 ist ein Umschalter mit den beiden Schalterstellungen c, d bezeichnet, in dessen einer Schaltstellungc die Elektrodel2 mit der Sammelelektrodel3 zusammengeschaltet ist, die über den Arbeitswiderstand 17 am positiven Pol einer Spannungsquelle liegt, während in der anderen Schaltstellung d die Elektrode 12 mit dem geerdeten negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist. Über den Koppelkondensator 18 werden die gewonnenen Impulse einem nachgeschalteten Verstärker zur weiteren Verarbeitung oder Auswertung zugeleitet.
  • Durch wahlweises Anlegen des Erdpotentials (Masse) oder des Sammelelektrodenpotentials an die Elektrode 12 sind immer diejenigen Spaltstoffbelegungen unwirksam, bei deren zugehörigem Elektrodensystem beide Elektroden gleiches Potential haben.
  • In der Schalterstellung d nach der Fig. 2 führen die Katode 11 und die Elektrode 12 Erdpotential, und die Sammelelektrode 13 nimmt alle Spaltimpulse auf, die von den Spaltstoffbelegungen 15 und 14 erzeugt werden. In der Schalterstellung c dagegen besitzt die Elektrode 12 das gleiche Potential wie die Sammelelektrode 13. Es kann daher nur die Spaltstoflbelegung 14 auf der Katode 11 wirksam werden.
  • Bei dem in der F i g. 2 dargestellten Anwendungsbeispiel verlagert sich der Schwerpunkt des emfindlichen Volumens beim Umschalten. Es eignet sich deshalb weniger zur Messung des gesamten n-Flußbereiches. Es lassen sich jedoch auch nach dem gleichen Prinzip arbeitende Anordnungen angeben, bei denen eine solche Verlagerung des Empfindlichkeitsschwerpunktes nicht eintritt.
  • Um den gesamten interessierenden Flußbereich meßtechnisch erfassen zu können, müssen die Wirkungsgrade der einzelnen Spaltstoffmengen, die zu den verschiedenen Katoden und Sammelelektroden gehören, gegenüber Spaltung durch Neutronen in einem Verhältnis von etwa 2:1 bis 107:1 zueinander stehen.
  • Diese Wirkungsgradverhältnisse gegenüber der Spaltung durch Neutronen können durch unterschiedliche Größe der mit Spaltstoff belegten wirksamen Flächen, durch die unterschiedliche Dicke der Spaltstoflbelegung und/oder durch unterschiedliche Anreicherung eines spaltbaren Isotops erhalten werden. Die Wirkungsgrade der einzelnen Spaltstoffmengen können sich auch unterscheiden durch Verwendung von verschiedenen spaltbaren Isotopen, deren mikroskopischer Spaltquerschnitt verschieden groß ist.
  • Sämtliche möglichen Kombinationen der genannten Möglichkeiten zur Herstellung derWirkungsgradunterschiede der Spaltstoffmengen gegenüber Spaltung durch Neutronen können auch gleichzeitig benutzt werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Impuls-Spaltionisationskammer für schnelle und/oder langsame Neutronen, vorzugsweise zu Neutronenfluß- und Periodenmessungen im Anfahrbereich von Kernreaktoren, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß in der Kammer mindestens zwei an einen gemeinsamen Meßkanal wahlweise anschaltbare Meßsysteme (1, S und 2, 5 bzw. 11, 13 und 12, 13) angeordnet sind und sich die den Meßsystemen zugehörigen Spaltstoffmengen (4 und 3 bzw. 14 und 15) hinsichtlich ihrer Wirkungsgrade gegenüber der Spaltung durch Neutronen derart voneinander unterscheiden, daß mit einem Meßkanal der gesamte interessierende Neutronenflußbereich erfaßbar ist.
  2. 2. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsgrade der einzelnen Spaltstoffmengen (3, 4 bzw. 14, 15) gegenüber Spaltung durch Neutronen im Verhältnis 2:1 bis 107:1 zueinander stehen.
  3. 3. Ionisationskammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffmengen auf unterschiedlich großen Flächen aufgebracht sind und sich dadurch in ihrer Wirksamkeit gegenüber Spaltung durch Neutronen voneinander unterscheiden.
  4. 4. Ionisationskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffmengen in unterschiedlicher Belegungsdicke aufgebracht sind.
  5. 5. Ionisationskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachten Spaltstoffmengen unterschiedliche Anreicherung des spaltbaren Isotopes aufweisen.
  6. 6. Ionisationskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffmengen aus verschiedenen spaltbaren Isotopen bestehen, die sich in ihrem mikroskopischen Spaltquerschnitt voneinander unterscheiden.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 032 430; Patentschrift Nr. 19 660 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; britische Patentschrift Nr. 786 286; »Technisches Zentralblatt, Kerntechnik«, 1960, 5. 1107 und 1108; »Atompraxis«, Bd. 5, 1959, Nr. 10/11, S. 412; »Journal of Nuclear Energy«, Bd. 1, 1954, S. 117 bis 119; »Kernenergie«, Bd. 4, 1961, Nr. 2, S. 138.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19660C (de) * P. TOBERENTZ in Zerbst Löschvorrichtung an Beleuchtungsapparaten
GB786286A (en) * 1955-03-11 1957-11-13 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to ionisation counter tubes
DE1032430B (de) * 1956-07-17 1958-06-19 Gossen & Co Gmbh P Zaehlrohr mit grossem Messbereichsumfang

Patent Citations (3)

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