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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die für den Einsatz notwendigen Empfindlichkeitsverhältnisse können
außerdem damit nicht erreicht werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur Sammelelektrode 2 gehören ebenfalls die Katode 5 und der Spaltstoffbelag
3.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Sämtliche möglichen Kombinationen der genannten Möglichkeiten zur
Herstellung derWirkungsgradunterschiede der Spaltstoffmengen gegenüber Spaltung
durch Neutronen können auch gleichzeitig benutzt werden.