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Einrichtung zum Messen einer Kernstrahlung Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum Messen einer Kernstrahlung, insbesondere des Neutronenflusses
in Kernreaktoren mit einer von der nachzuweisenden Strahlung beaufschlagten und
für diese empfindlichen Ionisationskammer sowie mit mindestens einem beweglichen
Schirm zur periodischen Beeinflussung der in die Kammer einfallenden Strahlung.
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Zur Vermeidung der Schwierigkeiten, die eine betriebssichere Verstärkung
des in einer unkompensierten oder kompensierten Ionisationskammer entstehenden,
der Neutronenflußdichte proportionalen, sehr kleinen Gleichstromes bereitet, und
der Schwierigkeiten hinsichtlich der Nullpunktsstabilität des Gleichstromverstärkers,
ist es bekannt, eine Ionisationskammer mit ruhenden und rotierenden Elektrodenplatten
(Rotary Plate Ion Chamber) zu verwenden. Die ruhenden Elektrodenplatten der Kammer
bestehen aus elektrisch voneinander isolierten Segmenten. Auf den rotierenden Elektrodenplatten
ist dieselbe Anzahl Segmente durch sektorförmige, einander gegenüberliegende Borbeläge
gebildet, die gleich groß sind und zusammen die halbe Plattenoberfläche bedecken.
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Ein von den Neutronen herrührender Strom fließt also nur zwischen
den Segmenten der ruhenden Elektrodenplatten und den sich jeweils an ihnen vorbeibewegenden,
mit Bor belegten Bereichen der rotierenden Platten. Infolgedessen entsteht am Ausgang
der Meßkammer ein von der Neutronenflußdichte abhängiger, pulsierender Strom. Da
andere aus dem äußeren Strahlungsfeld in die Kammer eintretende Strahlen, z. B.
schnelle Neutronen und y-Strahlen, sowie a-, ß- und y-Strahlen aus den aktivierten
Bestandteilen der Kammer und aus dem natürlichen radioaktiven Zerfall durch die
Rotation des drehbaren Systems nicht beeinflußt werden, liefern diese Strahlen nur
einen Gleichstromanteil am Ausgang der Kammer.
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Damit auch sehr kleine Ausgangsströme noch einwandfrei der Neutronenflußdichte
entsprechen, muß eine solche Kammer mit außerordentlicher Präzision hergestellt
sein. Wenn nämlich die Elektrodenplatten nicht genau parallel sind oder durch z.
B. vom Antrieb übertragene Schwingungen oder Erschütterungen flattern oder wenn
das rotierende System keinen einwandfreien Rundlauf hat, ändert sich die Kapazität
zwischen den Elektrodenplatten. Dadurch entsteht zusätzlich ein Wechselstrom, der
sich dem Ausgangsstrom der Kammer störend überlagert und das Meßergebnis fälscht.
Außerdem kann wegen der mechanischen Kupplung des rotierenden Systems mit dem Antrieb
nur eine praktisch offene Ionisationskammer verwendet werden, so daß sich bei Änderungen
der
Atmosphäre auch die Eigenschaften der Kammer ändern.
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Zur Verstärkung des in einer Ionisationskammer entstehenden, kleinen
Gleichstromes sind auch bereits sogenannte Schwingkondensatoren, das sind Kondensatoren
mit zwei gegeneinander isolierten Platten, die in mechanische Schwingungen versetzt
werden können, in Verbindung mit Wechselstromverstärkern verwendet worden. Die untere
Grenze der Brauchbarkeit einer solchen Meßeinrichtung zur Messung des Neutronenflusses
ist beim Vorhandensein von Störstrahlungen erreicht, wenn die durch die Störstrahlung
erzeugten Meßsignale von der gleichen Größenordnung sind wie das durch den Neutronenfluß
erzeugte Meßsignal. Außerdem kann der Schwingkondensator nicht in ein Strahlungsfeld
gebracht werden. Infolgedessen werden von den die Ionisationskammer mit dem Schwingkondensator
verbindenden Leitungen Gleichstromstörsignale aufgenommen. Hinzu kommt noch, daß
Schwingkondensatoren außerordentlich teuer sind.
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Es sind ferner Meßeinrichtungen bekannt, bei denen die nur aus einer
Richtung auf die Meßkammer auftreffende Strahlung durch rotierende Schirme periodisch
unterbrochen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernstrahlung, insbesondere
den Neutronenfluß beim Wiederanfahren von Reaktoren, zu messen, wenn außer der Kernstrahlung
auch Störstrahlung, z. B. y-Strahlung, von hoher Intensität vorhanden ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der
Ionisationskammer mehrere durch Unterteilung von zwei koaxialen Metallzylindern
gebildete, elektrisch voneinander getrennte Elektrodenpaare angeordnet sind und
der Schirm so ausgebildet ist, daß er bei einer Bewegung je zwei benachbarte Elektrodenpaare
periodisch abwechselnd gegen die einfallende Strahlung abschirmt, und daß ferner
die
Elektrodenpaare derart geschaltet sind, daß die Kammer infolge
der Modulation der in sie einfallenden Strahlung einen der Intensität der Strahlung
proportionalen Wechselstrom abgibt. Bei dieser Anordnung erzeugt nur die zu messende
Kernstrahlung einen Wechselstrom, während die Störstrahlungen Gleichstromsignale
liefern. Damit ist es möglich, bei der Anwesenheit von Störstrahlungen kleine Intensitäten
der nachzuweisenden Strahlung zu messen. Als Antrieb für den Schirm ist ein normaler
Motor verwendet bar, dessen Streufelder vom Meßsystem ferngehalten werdenkönnen.
VomAntriebherrührende Schwingungen wirken sich praktisch nicht auf die Elektroden
aus, so daß störende Kapazitätsänderungen in der Meßkammer nicht auftreten.
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In den Zeichnungen- ist ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung
dargestellt, an Hand dessen die Erfindung im folgenden erläutert wird. Es zeigt
F i g. 1 eine Meßkammer im Querschnitt, F i g. 2 ein Beispiel der Schaltung der
Elektroden zur Umformung des pulsierenden Stromes in Wechselspannung, F i g. 3 eine
vollständige Meßeinrichtung.
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Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Meßkammer besteht aus einem
zylindrischen Gehäuse 17 und beispielsweise vier Elektrodenpaaren 27, 28. Die Elektrodenpaare
sind durch Unterteilung von zwei koaxialen Metallzylindern gebildet und elektrisch
voneinander getrennt. Mindestens eine Elektrode jedes Elektrodenpaares ist mit einem
Borbelag 20 versehen.
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Durch zwei außerhalb des Kammergehäuses 17 rotierende, mechanisch
starr miteinander verbundene Schirme 29 aus beispielsweise borhaltigem Material
wird die Neutronenstrahlung von den jeweils abgeschirmten Elektrodenpaaren ferngehalten.
Zwischen den nicht abgeschirmten Elektrodenpaaren fließt ein dem Neutronenfluß proportionaler
Strom. Sind benachbarte Elektrodenpaare entgegengesetzt polarisiert, so wird in
der Ionisationskammer ein Wechselstrom erzeugt, dessen Amplitude der Strahlungsintensität
proportional ist. An Stelle von vier Elektrodenpaaren und zwei Schirmen können beispielsweise
ein Schirm und zwei Elektrodenpaare vorgesehen sein, die abwechselnd abgeschirmt
werden. Zur Verhütung mechanischer Schwingungen, die sich nachteilig auf die Kammer
auswirken, muß dann der Schirm einen Massenausgleich erhalten. Die Schirme können
auch aus Neutronen reflektierendem Material bestehen.
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Es kann auch eine mit Bortrifluorid gefüllte Tonisationskammer verwendet
werden.
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Eine mögliche Schaltung ist in F i g. 2 dargestellt.
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Zwischen den äußeren und inneren Elektroden wird eine Gleichspannung
aufrechterhalten, deren Polarität bei benachbarten Elektrodenpaaren wechselt. Außer
den Elektrodenpaaren 27, 28 und einer Gleichspannungswelle 23 enthält die Schaltung
Widerstände 30, 31, Kopplungskondensatoren 32 und eine Verstärkerröhre 26.
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Die Meßkammer kann beispielsweise in einen- entsprechend der deutschen
Patentschrift 1 055 145 gestalteten Meßkopf eingebaut sein, dessen Ummantelung aus
verschieden wirkenden Schichten, z. B. einer Moderatorsubstanz 21- (D2O, Beryllium
oder Kohlenstoff) und einer Reflektorsubstanz 22 (Polyäthylen oder Paraffin) besteht.
Neutronen, die in F i g. 3 von rechts kommend in den Moderator des Meßkopfes eintreten,
werden dort gebremst, wenn sie nicht schon thermisch sind, und gelangen dann zur
Ionisationskammer. Die Meßkammer ist auf einem Stopfen befestigt, mit dem sie zusammen
aus dem Meßkopf herausgezogen oder in diesen eingesetzt werden kann.
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Der die..Schirme antreibende Motor 16 ist in den Meßkopf eingebaut.