DE1205206B - Schaltungsanordnung zur Messung des Kehr-wertes der Periode eines Kernreaktors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES M^ PATENTAMT Int. α.:

G21d

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 21g-21/31

N 22135 VIII c/21g
25. September 1962
18. November 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung des Kehrwertes der Periode eines Kernreaktors mit einem Nachweisgerät, das ein dem Neutronenfluß proportionales elektrisches Signal liefert.

In der Kernreaktor-Technik tritt das Problem auf, das sich sehr langsam anhebende oder absenkende Leistungsniveau eines Reaktors zu messen. Dieses Problem wurde bisher so gelöst, daß der Neutronenstrom im Kernreaktor mit einem Zählrohr gemessen wird und die dadurch erhaltenen Ausgangssignale einem komplizierten Digitalrechner zugeführt werden.

Die Definition der Periode P eines Kernreaktors ist in Formel (1) dargestellt, bezogen auf den Neutronenfluß N (ί) des Kernreaktors, wobei dieser Neutronenfluß eine Funktion der Zeit ist:

P =

N	1
dN	dlnN
dt	dt

(D

Das bisher ausgeübte Verfahren, um die Periode P eines Kernreaktors zu erhalten, besteht in folgendem: Die Periode P wird in Form der inversen Reaktorperiode dadurch gemessen, daß die Zeitableitung eines Signals erhalten wird, welches dem Logarithmus des Neutronenflusses N proportional ist; der Neutronenfluß wird mit Hilfe einer Umwandlungsschaltung — als »Log-iV-Verstärker« abgekürzt — erhalten. Bei dieser bisher üblichen Methode wird ein gutes Ansprechen auf eine schnelle Änderung erreicht, wenn eine Differentiationsschaltung zur Anwendung kommt. Wenn daher der Neutronenfluß N extrem langsam absinkt oder steigt, kann das auf die Periode eines Kernreaktors zurückgehende Signal nicht gemessen werden, da das auf der Fluktuation des Neutronenflusses beruhende Signal das der Periode eines Kernreaktors entsprechende Signal überdeckt.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die erwähnte Fluktuation mit Hilfe einfacher Schaltungsmittel auszuglätten.

Dies wird dadurch erreicht, daß dem Nachweisgerät unmittelbar ein oder zwei Oszillatorkreise nachgeschaltet sind, deren Schwingungsfrequenz oder Periode proportional dem Logarithmus des dem Neutronennuß proportionalen Eingangssignals ist, und daß Mittel vorgesehen sind, welche die Ableitung der Oszillatorfrequenz oder -perioden nach der Zeit liefern.

Dadurch werden folgende Vorteile erzielt:

Schaltungsanordnung zur Messung des Kehrwertes der Periode eines Kernreaktors

Anmelder:

Nihon Genshiryoku Kenkyu Sho, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 22

Als Erfinder benannt:

Noboru Amano,

Tomozo Furukawa, Mito (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 7. November 1961 (40 174)

a) Die Messung der Periode eines Kernreaktors wird durch eine außerordentlich einfache Anordnung auf die Messung der Frequenzdifferenz zweier Oszillatoren zurückgeführt.

b) Als Signalquelle kann der Ausgangsstrom einer Ionisationskammer benutzt werden.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen

A b b. 1 und 2 Blockdiagramme bevorzugter Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen unter Verwendung von Frequenzumwandlung und

Abb. 3 ein Schaltungsdiagramm eines Oszillators, wie er in der Anordnung gemäß A b b. 2 verwendet wird.

In Abb. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Eingangspunkt für ein Signal, welches dem Neutronenfluß proportional ist; Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnen Oszillatoren für die Erzeugung einer Frequenz, die dem Logarithmus des Eingangssignals am Eingangspunkt 1 proportional ist; Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Mischstromkreis, welcher den von den Oszillatoren 2 und 3 herrührenden Ausgang mischt; Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Filter, welches nur eine Komponente des Ausganges des Mischkreises 4 einem Steuertor 6 zuführt, wobei diese Komponente die Differenz der Frequenz zwischen Oszillator 2 und Oszillator 3 ist; das Steuertor 6 verbindet den Ausgang des Filters 5 mit einem Digital-Frequenz- und

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-Periodenmesser 7; Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Steuerstromkreis zur Steuerung der Anordnung.

Im allgemeinen wird die in Formel (2) dargestellte Beziehung hergestellt.

Z = K₁InN. (2)

Es bedeutet

Z = Frequenz des Oszillators,
N = Neutronenfluß,
K₁ = eine Konstante.

Unter der Annahme, daß der Neutronenfluß zu den Zeiten t_x und t₂ die Werte N₁ bzw. iV₂ annimmt, ist die Periode P eines Kernreaktors durch Formel (3) gegeben:

InAf₂ -InJV₁

Aus Formel (2) folgt für die Frequenz Z₁ und Z₂

U₂:

^ = Z₁InJV₁,

()
zu den Zeiten t_t und t₂:

(4)

Infolgedessen modifiziert sich die Periode P, wie in Formel (5) dargestellt:

P =

f2 —

(5)

Es bedeutet

Die Periode P kann gemessen werden, indem die Frequenzdifferenz in dem Oszillator bei einer Zeitdifferenz Δ t gewonnen wird. Die Frequenz der Oszillation kann durch dieselbe Methode gemessen werden, durch die auch die Periode der Oszillation gemessen wird. Wenn die Beziehung (6) hergestellt wird, kann die Periode P durch die Periodendifferenz in dem Oszillator zu der Zeitdifferenz Δ t erhalten werden, wie dies in Formel (7) dargestellt ist:

T = K₂InN, (6)

P =

AT At

(7)

Es bedeutet

T = Periode des Oszillators,

N = Neutronenfluß,
K₂ = eine Konstante,
Δ T = Periodendifferenz.

Formel (7) zeigt, daß die Periode P gemessen werden kann, indem die Periodendifferenz in dem Oszillator in der Zeitdifferenz Δ t gewonnen wird.

Die Grundzüge der Ausführangsformen von Frequenzwandler-Meßanordnungen zur Messung der Periode eines Kernreaktors, wie sie in Abb. 1 und 2 dargestellt sind, werden wie folgt erklärt:

In A b b. 1 werden die Oszillationsfrequenzen der Oszillatoren 2 und 3 so eingestellt, daß sie unter demselben Eingang des Neutronenflusses gleich sind.

Die Frequenz des Oszillators 2 wird temporär mit der Frequenz Z₁ fixiert, welche dem Neutronenfluß zur Zeit t_x entspricht, und zwar mit Hilfe eines Signals 9, welches zur Zeit t_x von dem Steuerstromkreis 8 herkommt. Hierauf wird auch die Frequenz des Oszillators 3 mit der Frequenz Z₂ fixiert, welche dem Neutronenfluß zur Zeit t₂ entspricht, und zwar mit Hilfe eines Signals 10, welches von dem Steuerkreis 8 herrührt. Dabei ist t₂ == t_t +Δ t. DieEingangs-

signale, von denen jedes die Frequenz Z₁ und Z₂ aufweist, werden im Mischkreis 4 gemischt; man gewinnt am Ausgangspunkt des Mischkreises 4 ein Ausgangssignal aus vier Komponenten mit den Frequenzen Z₁, Z₂₅ /i + /₂> h~~/2· Durch die Verwendung

des Filters 5 wird lediglich die Komponente mit der FrCqUeHzZ₁-Z₂ dem Steuertor 6 zugeführt; der Ausgang des Filters 5 wird durch Öffnen des Steuertores 6 in den Digital-Frequenz- und -Periodenmesser 7 eingespeist. Das Steuertor 6 wird dabei durch ein von

so dem Steuerkreis 8 herkommendes Signal 11 geöffnet. Wenn der Digital-Frequenz- und -Periodenmesser 7 mit Hilfe des von dem Steuerkreis 8 herrührenden Signals 12 als Frequenzmesser benutzt wird, zählt der Frequenzmesser die Frequenz Z₁ -Z₂ für ^{em vor}"

gegebenes Zeitintervall. Der von dem Digital-Frequenz- und -Periodenmesser 7 gezählte Wert ist der inversen Periode des Reaktors proportional. Wenn alternativ der Digital-Frequenz- und -Periodenmesser 7 mit Hilfe eines von dem Steuerkreis 8 herrührenden Signals als Periodenmesser betrieben wird, zählt der Periodenmesser den Ausgang des Zeitgeber-Oszillators für eine Periode oder mehrere vorgegebene Perioden des Ausgangs am Filter 5. Infolgedessen wird die Periode der FrCqUeHzZ₁-Z₂ gewon-

nen, wobei diese Frequenzperiode Z₁-Z₂ der Periode des Kernreaktors proportional ist.

Als nächstes wird die temporäre Fixierung des Oszillators 2 gelöst, während die Frequenz Z₂ des Oszillators 3 fixiert ist; hierauf wird die Frequenz des Oszillators 2 temporär zur Zeit t_z bei der Frequenz Z₃ fixiert, wobei die Frequenz Z₃ ein Wert ist, der dem Neutronenfluß zur Zeit t₃ entspricht; die Zeit t₃ ist eine Summe aus der Zeit t₂ und der Zeitdifferenz Δ t, d. h. t_a = t₂ + Δ t. Die inversen Perioden

oder die Perioden des Reaktors für die Frequenzen Z₂ und Z₃ werden mit Hilfe einer Prozedur gewonnen, welche dem oben angegebenen Vorgehen ähnlich ist. Auf die oben beschriebene Weise kann durch erneutes Fixieren der Frequenzen der Oszillatoren 2

und 3 wahlweise in jeder Zeitdifferenz Δ t die Periode ■ eines Kernreaktors fortlaufend gemessen werden. Wenn weiterhin ein Druck- oder Schreibmechanismus mit dem Digital-Frequenz- und -Periodenmesser gekoppelt wird, läßt sich eine sukzessive Aufzeichnung durchführen.

In Abb. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, welche eine Frequenzdifferenz zwischen den beiden Frequenzen verarbeitet, welche dem Eingang zu jeder Zeitdifferenz Δι entsprechen. In Abb. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Eingangspunkt eines Signals, welches dem Neutronenfluß proportional ist; Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Oszillator zur Erzeugung einer Frequenz, die dem Logarithmus des Eingangssignals proportional ist; die Bezugszeichen 13 und 14 bezeichnen Steuertore, welche den Ausgang des Oszillators 2 mit Zählwerken 15 bzw. 16 verbinden. Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Anzeigegerät und Bezugszeichen 8 einen

Steuerkreis, der das in Abb.2 dargestellte System zur Messung der Periode eines Kernreaktors steuert.

In Ab b. 2 sind die Oszillationsfrequenzen des Oszillators 2 bei Werten fixiert, welche dem Neutronenfluß bei jeder Zeitdifferenz Δ t entsprechen, und zwar mit Hilfe eines von dem Steuerkreis 8 herrührenden Steuersignals 9. Zu diesem Zeitpunkt ist im Zählwerk 15 eine Information gespeichert, welche der Frequenz des Oszillators 2 zu einer Zeit früher als die Zeitdifferenz Δ t entspricht. Zunächst wird die Anzahl der Zählungen, welche in dem Zählwerk 15 gespeichert sind, auf das Zählwerk 16 mit Hilfe von Signalen 12 und 13, die von dem Steuerkreis 8 herkommen, übertragen. Hierauf werden die Steuertore 13 und 14 für ein vorgegebenes Zeitintervall mit Hilfe von Signalen 100 und 111, die wiederum von dem Steuerkreis 8 herrühren, geöffnet, so daß der Ausgang des Oszillators 2 auf die Zählwerke 15 bzw. 16 übertragen wird. Hierauf wird die Anzahl der Zählungen, welche einer Frequenz zu dieser Zeit entsprechen, im Zählwerk 15 gespeichert, wobei diese Zählungen auf das Zählwerk 16 eine Zeitdifferenz Δ t später übertragen werden sollen. Im Zählwerk 16 wurden Zählungen, die der um eine Zeitdifferenz Δ t früher gespeicherten Zählung entsprechen, gespeichert, und zu dieser Zählung wird eine Zählung addiert, die einer Frequenz des Oszillators im gegenwärtigen Zeitpunkt entspricht; infolgedessen ist eine Anzahl von Zählungen gespeichert, welche der Differenz der beiden Frequenzen des Oszillators 2 zwisehen einer Zeitdifferenz Δ t entspricht. Dieser Inhalt wird auf das Anzeigegerät 7 übertragen, so daß die inverse Periode des Reaktors digital angezeigt wird.

Die Frequenz und die Periode einer Oszillation können durch dieselbe Meßmethode gemessen werden; es ist deshalb möglich, daß das von dem Steuerkreis 8 herrührende Zeitgebersignal von den Zählwerken 15 und 16 dadurch gezählt werden kann, daß die Oszillationsperiode des Oszillators 2 proportional zum Neutronenfluß gemacht wird, und dadurch, daß die Steuertore 13 und 14 unter Verwendung eines von dem Oszillator 2 in Abb. 2 herrührenden Signals geöffnet werden.

Eine Ausführungsform eines Oszillators mit einer dem logarithmischen Wert eines analogen Einganges proportionalen Frequenz läßt sich dadurch realisieren, daß die Charakteristik zwischen dem Drehwinkel und der Kapazität eines variablen Kondensators unter der Bedingung entsprechend bemessen wird, daß die Beziehung zwischen dem Drehwinkel des variablen Kondensators und der Frequenz der Schwingung logarithmisch wird.

In Abb. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Oszillationsperiode proportional dem Logarithmus eines analogen Einganges ist, und zwar in Gestalt eines frei schwingenden Transistor-Multivibrators. In Abb. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Eingangspunkt eines Signals, welches dem Neutronenfluß proportional ist; das Bezugszeichen 18 bezeichnet Transistoren mit derselben Charakteristik. Widerstände 19 weisen gleiche Widerstandswerte auf; die Kondensatoren 20 haben gleiche Kapazitätswerte. Unter der Annahme, daß die Spannung der elektrischen Quelle 102 und die am Eingangspunkt 1 angelegte Spannung E_B bzw. E₀ seien, wird die Periode T der Oszillation des frei schwingenden Multivibrators durch Formel (8) dargestellt.

T=KAn

K_z ist eine Konstante.

Wenn die Spannung E₀ dem Neutronenfluß proportional gemacht wird, wird ein Oszillator mit einer dem Logarithmus des Neutronenflusses proportionalen Oszillationsperiode erhalten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung des Kehrwertes der Periode eines Kernreaktors mit einem Nachweisgerät, das ein dem Neutronenfluß proportionales elektrisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nachweisgerät unmittelbar ein oder zwei Oszillatorkreise nachgeschaltet sind, deren Schwingungsfrequenz oder -periode proportional dem Logarithmus des dem Neutronenfluß proportionalen Eingangssignals ist, und daß Mittel vorgesehen sind, welche die Ableitung der Oszillatorfrequenzen oder -perioden nach der Zeit liefern.

2. Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorkreis ein frei schwingender transistorisierter Multivibrator ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorkreis einen variablen Kondensator enthält, bei dem die Beziehung zwischen dem Kondensatordrehwinkel und der Frequenz oder der Periode der Schwingung logarithmisch ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. L. Chese, Nuclear Pulse Spectrometry, 1961, New York, S. 103, 104.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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