DE1246131B - Neutronen-Ionisationskammer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOlj

GOlt

DeutscheKl.: 21g-18/01

Nummer: · 1246131

Aktenzeichen: E 27631 Vffl c/21 g

Anmeldetag: 18. August 1964

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Neutronen-Ionisationskammer mit mehreren in einem gasgefüllten, abgeschlossenen Gefäß parallel und äquidistant zueinander angeordneten und mit Vorrichtungen zum Anschluß an eine Spannungsquelle elektrisch verbundenen Polarisations-Plattenelektroden, mit mehreren, unter sich und zu den Polarisationselektroden parallel und äquidistant und mit den Polarisationselektroden abwechselnd angeordneten und miteinander und mit einer Vorrichtung zur Abnahme des Signalstromes leitend verbundenen Kollektor-Plattenelektroden, von denen jede auf einer Seite mit einem auf Neutronen durch Emission geladener Teilchen ansprechenden Material belegt ist, und mit geerdeten, elektrisch leitenden und die Kollektorelektroden umgebenden, aber von diesen isolierten Schutzringen.

Ionisationskammern, die in einem geschlossenen, gasgefüllten Gefäß eine Reihe plattenförmiger positiver, negativer und Kollektorelektroden aufweisen, wobei die Kollektorelektroden auf einer Seite mit neutronenempfindlichem Material versehen sind und wobei Anschlüsse für die Spannungselektroden und die Kollektorelektroden vorhanden sind, sind bereits bekannt. Ferner ist die Verwendung eines auf einem Messingring befestigten Kupferdrahtgitters, das von zwei Bemsteinperlen getragen wird, als ein die Kollektorelektrode umgebender, aber von dieser isolierter geerdeter Schutzring bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines Schutzringes die an den Rändern der Kollektorelektroden auftretenden Feldverzerrungen auszugleichen. Der Abstand zwischen Schutzring und Kollektorelektrode muß hierzu sehr genau und haltbar eingestellt werden. Diese Aufgabe wird bei einer Neutronen-Ionisationskammer der obengenannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Kollektor-Plattenelektrode aus einem Paar paralleler elektrisch leitender Sammelplatten besteht, die miteinander leitend verbunden und auf einer Stützscheibe aus Isolierstoff, deren Durchmesser größer ist, als der der Sammelplatten, fest angebracht sind und von denen die eine auf ihrer von der Stützscheibe abgekehrten Oberfläche mit dem auf Neutronen ansprechenden Material belegt ist, und daß auf jeder Seite der Stützscheibe je ein Schutzring konzentrisch.und in einer Ebene mit je einer der Sammelplatten angebracht ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Stützscheibe aus Alurniniumoxyd erwiesen.

Weitere VorteUe und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Äusführungsform einer Ioriisationskam-' Neutronen-Ionisationskammer

Anmelder:

The English Electric Company Limited, London
Vertreter:

Dipl.-Ing. C Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Kyung Ho Hyun,

Whetstone, Leicestershire (Großbritannien)

Beanspruchte Prioritätr -

Großbritannien vom 23. August 1963 (33 410)

mer nach der Erfindung zur Verwendung zur Messung des Neutronenflusses in einem Kernreaktor; die Beschreibung erfolgt an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt

F i g. 1 eine. Aufrißdarstellung der Ionisationskammer im Schnitt längs der Linie I-I in F i g. 2,
F i g. 2 eine Grundrißdarstellung im Schnitt längs der Lime Π-Π aus Fig. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von F i g. 1, mit einer .Gruppe von Elektroden in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ionisationskammer, wobei der Stromfluß in den Elektroden beim. Betrieb der Ionisationskammer in dem Reaktor schematisch angedeutet ist.

Die Ionisationskammer ist in dem Reaktor angebracht, und zwar innerhalb des Reaktordruckgefäßes, das aus Beton bestehen kann und den Moderator und den Brennstoff des Reaktors enthält. Der Reaktor selbst ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Ionisationskammer dient dem Zweck, den örtlichen Neutronenfluß zu messen und ein diesem Fluß entsprechendes elektrisches Ausgangssignal an außerhalb des Druckgefäßes vorgesehene Anzeigeinstrumente oder sonstige Apparaturen zu liefern, welche einen Teil des Meßsystems bilden.
Die Ionisationskammer - weist ein geschlossenes

'. zylindrisches Gefäß bzw. Gehäuse 11 auf, das aus einem-Material mit einem ausreichend niedrigen Neutroneneinfang-Wklmngsquefsclinitt besteht und in-welchem-zwölf in gleichen Abständen angeordnete,

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in Längsrichtung verlaufende elektrisch leitende ter285 verbundene Kabel 29 5 seinerseits ist selbst

Säulen 12, 13, 14, 15 angebracht sind; die Säulen ebenfalls abgeschirmt. Das Gefäß 11 ist über eine

sind gegen den Behältern mittels Isolatoren 16 Gasfiilleitung 31 an der oberen Stirnseite 30 der

isoliert. In dem Gehäusekörper ist eine Anzahl kreis- Kammer mit Helium gefüllt.

förmiger flacher Plattenelektroden 17, 18, 19 ange- 5 Im folgenden wird die Wirkungsweise der Ionisaordnet, deren jede drei in gleichen Winkelabständen tionskammer im Betriebszustand des Reaktors beverteilte radiale Ansätze 20 aufweist. Jeder dieser schrieben. Zwischen den positiven Elektroden 17 Ansätze 20 ist mit einer Öffnung 21 versehen, durch und den Kollektorelektroden 18 sowie zwischen den welche je eine der Säulen hindurchtritt: die Ansätze Kollektorelektroden und den negativen Elektroden sind dabei elektrisch leitend mit den betreffenden io · 19 wird eine Polarisationsspannung angelegt. Aus Säulen verbunden. Die Platten sind in Gruppen dem die Ionisationskammer unmittelbar umgebenden angeordnet, deren jede (in dieser Reihenfolge von Raum des Reaktors treten Neutronen in das Gefäß der einen Stirnseite der Kammer aus gesehen) eine 11 ein. Auch vorhandene Gammastrahlung dringt in positive Polarisatioms-Plattenelektro.de 17, eine als das Kammerinnere ein. Beim Beschuß durch diese Ganzes mit 18 bezeichnete Kollektor-Plattenelek- 15 Neutronen erzeugt das auf Neutronen ansprechende trode, eine negative Polarisations-Plattenelektrode 19 Material, mit welchem die Platten 23 auf der einen sowie eine weitere Kollektor-Plattenelektrode 18 um- Seite der Kollektorelektroden 18 überzogen sind, faßt. Die Abstände zwischen den aufeinanderfolgen- energiereiche geladene Teilchen, welche das Helium den Elektroden sind sämtlich gleich. Im beschriebe- in der Kammer ionisieren. Es fließt daher ein Ioninen Ausführungsbeispiel sind 25 derartige Gruppen 30 sationsstrom von jeder der positiven Polarisationsübereinander angeordnet; allerdings sind zur Ver- elektroden 17 zu der entsprechenden Kollektorelekeinf achung und aus Gründen der Übersichtlichkeit trode 18, wobei dieser Strom proportional zur Ioniin Fig. 1 tatsächlich nur 2 vollständige Gruppen sation des Heliums und damit zum Neutronendargestellt. Die sämtlichen positiven Elektroden 17 nuß ist.

werden von den drei Säulen 12 und entsprechend die 25 Das Gas in den Zwischenräumen zwischen jeder

sämtlichen negativen Elektroden von den drei Säulen der Kollektorelektroden 18 und der entsprechenden

13 getragen. negativen Elektrode 19 wird durch Gammastrahlung

Jede der Kollektor-Plattenelektroden 18 (die in ionisiert. Wenn nun I_n bzw. I_y die durch den Neu-F i g. 3 mit näheren Einzelheiten dargestellt sind) tronenfluß bzw. durch die Gammastrahlung hervorweist eine Mittelplatte 22 auf, welche die oben- 30 gerufenen Ionisationsströme darstellen, so ist der erwähnten radialen Ansätze 20 trägt und auf den drei durch jede der negativen Elektroden 19 fließende Säulen 14 montiert ist, sowie Kollektorplatten 23 Strom durch I_Y, und der durch jede der positiven und 24, die gleichen Durchmesser wie die Platte 22 Elektroden 17 fließende Ström durch (I_Y+I_N) gehaben und zu deren beiden Seiten parallel zu ihr geben. Dies ist schematisch in F i g. 3 angedeutet, in fest angeordnet sind. Die Platten 22, 23, 24 sind 35 welcher drei von den Elektroden einer Gruppe gesämtlich elektrisch miteinander verbunden, beispiels- zeigt sind. Die Polarisationsspannung (äußere Feldweise mittels eines in der Mitte vorgesehenen Blocks spannung) kann so eingerichtet werden, daß der Sät-ISA (Fig. 3); die der positiven Elektrode 17 zu- tigungswert des zur Kollektorelektrode 18 fließenden gewandte Seite der Platte 23 ist mit einem auf Neu- Stroms (I_N+I_Y)—I_Y, d. h. gleich I_n wird. Der Betrag tronen ansprechenden Material überzogen. Auf den 40 des vom Kollektor 18 abgeführten Überschußstroms drei Säulen 15, die (durch nicht dargestellte Mittel) üefert daher ein Maß des Neutronenflusses und ist dageerdet Sind_i· sind zwei Schutzringelektroden 25 an- bei automatisch ' bezüglich der Wirkungen von gebracht, welche elektrisch leitende, die Platten 23 Gammastrahlung zwischen den drei Elektroden kom- und 24 konzentrisch umgebende Ringplatten auf- pensiert. Diese Kompensation kann" entweder vollweisen. Der Raum zwischen den beiden Schutzring- 45 kommen gewählt werden, oder es läßt sich auch elektroden 25 und zwischen den drei Platten 22, 23, eine nur teilweise Kompensation in jedem ge-24 ist mit einer Isolierschicht 26 aus Aluminiumoxyd wünschten beliebigen Maß erzielen. In gleicher gefüllt. Weise kann auch die Wirkung der Gammastrahlung

Auf den einzelnen Säulen sind zwischen den selbst gemessen werden, nämlich durch den von der

radialen Ansätzen 20 benachbarter Elektroden je- 50 negativen Elektrode 19 wegfließenden Strom. Da die

weils Äbstandshülsen 27 vorgesehen. Jeweils vom Elektrodengruppen elektrisch parallel zueinander

oberen Ende (in der Darstellungsweise nach Fig. 1) liegen, sind die durch die Leiter 285 und die Kabel

von je einer der Säulen 12, 13 bzw. 14 führen drei 295 fließenden Ströme jeweils gleich der Summe

elektrische Leiter 28, 28^4 und 285 zu drei Kabeln der in sämtlichen Kollektorelektroden fließenden

29, 29^4 und 295, welche an der oberen Stirnseite 30 55 Ströme. Der in den einzelnen Kabeln 295 fließende

aus dem Kammergefäß herausgeführt sind. Die Kabel Signalstrom betätigt über den obenerwähnten Ver-

29 und 29 A sind mit dem positiven bzw. negativen stärker die Anzeigevorrichtung.

Anschluß einer (nicht dargestellten) Vorspannungs- Die geerdeten Schutzringelektroden 25 dienen da-

quelle verbunden. Das Kabel 295 dient als Aus- zu, eine Verzerrung (d. h. einen »Randeffekt«) des

gangskabel zur Fortleitung eines elektrischen Signals 60 elektrischen Feldes an den Rändern der Kollektor-

zu dem obenerwähnten Anzeige- oder sonstigen elektroden 18 im wesentlichen auszuschalten.

Instrumentarium, das nicht dargestellt ist, und das Bei der in F i g. 1 dargestellten Ionisationskammer

einen Verstärker zur Verstärkung der elektrischen kann entweder die Platte 23 oder aber die Platte 24

Signale aus der Ionisationskammer aufweist. der Kollektorelektrode 18 mit einem spaltbaren oder

Die Säulen 14, welche die Kollektor-Plattenelek- 65 sonstwie auf Neutronen ansprechenden Material

trodenl8 tragen sowie der zugehörige Leiter 285 überzogen sein. Im letzteren Fall fließt dann (unter

sind mittels metallischer Abschirmungen32 elek- Zugrundelegung der Darstellung von Fig. 3) der

irisch abgeschirmt. Das mit dem abgeschirmten Lei- StromZ_w zwischen der negativen Elektrode 19 und

Claims (2)

der Kollektorelektrode, und der Kollektorelektroden-Strom hat dann die entgegengesetzte Richtung gegenüber der in F i g. 3 angegebenen. Bei Verwendung der Kammer als Gammastrahlungskompensierte Ionisationskammer, d. h. als eine Kammer, welche eine nur vom Neutronenfluß abhängige und somit bezüglich der Wirkungen der Gammastrahlung kompensierte Ausgangsgröße liefert, kann der Überzug aus Bor oder aus einem spaltbaren Material, beispielsweise Uranisotopen, wie U235 oder ein Gemisch aus U235 und U238 oder U233, bestehen. Aluminiumoxyd ist, wie erwähnt, ein geeigneter Isolator zur Verwendung in der Kollektorelelctrode 18; jedoch kann jeder beliebige harte Stoff hierfür Verwendung finden, der zur Anwendung als Isolator unter den thermischen und chemischen Bedingungen, wie sie beim Betrieb der Kammer in dem Realctor vorliegen, geeignet ist, unter der Voraussetzung, daß der betreffende Stoff Neutronen nur in einem vernachlässigbaren Maße absorbiert. Beispielsweise kann die Isolation aus Keramik mit 99,5% Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd hoher Reinheit bestehen. Die Ionisationskammer kann jede beliebige Anzahl von Elektrodengruppen aufweisen: Je mehr Gruppen vorhanden sind, desto empfindlicher wird die Vorrichtung. Als Gasfüllung für die Kammer kommt jedes geeignete ionisierbare Gas. in Frage, beispielsweise ein Edelgas, wie HeUum oder Argon; oder Wasserstoff, Stickstoff oder Xenon; oder schließlich ein beliebiges Gemisch dieser Gase unter der Voraussetzung, daß die Gase eines derartigen Gemisches sich chemisch zur Mischung miteinander eignen und zufriedenstellende Sättigungseigenschaften besitzen. Die Anzahl der Säulen 13, 14, 15 braucht nicht zwölf zu betragen; jeder Satz von elektrisch miteinander verbundenen Elektroden kann auf zwei, drei oder mehr Säulen oder sonstigen geeigneten Vorrichtungen gehaltert sein. Ionisationskammern der vorstehend beschriebenen Art gemäß der Erfindung können in jeder Lage und für beliebige Anwendungszwecke Verwendung finden, wo eine Messung des Neutronenflusses oder einer Gammastrahlung, oder beider Größen, erforderlich ist, und nicht nur in Kernreaktoren. Bei Anwendung in einem Kernreaktor mit einem Stahldruckgefäß brauchen die Ionisationskammern nicht innerhalb des Druckgefäßes angeordnet zu werden. Die elektrischen Ausgangsgrößen jeder derartigen Ionisationskammer in einem Kernreaktor können, wie erwähnt, Anzeigevorrichtungen, Alarmvorrichtungen oder Vorrichtungen zur Betätigung von Reaktivitäts-, Steuer- bzw. Regelvorrichtungen, wie beispielsweise Regelstäben in dem Reaktor, zugeführt werden, beispielsweise um eine Zunahme oder Abnahme des Neutronenflusses an einem -bestimmten Punkt zu kompensieren oder zur Schnellabschaltung des Reaktors. Als Material für das Gefäß und die Elektroden der Ionisationskammer kommen beispielsweise chemisch reines Vanadium bzw. Titan in Frage. Soll die Kammer bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen verwendet werden, so kann sowohl für das Gefäß 11 als auch für die Elektroden Alunrinium verwendet werden. Patentansrüche:

1. Neutronen-Ionisationskammer mit mehreren in einem gasgefüllten, abgeschlossenen Gefäß parallel und aquidistant zueinander angeordneten und mit Vorrichtungen zum Anschluß an eine Spannungsquelle elektrisch verbundenen Polarisations-Plattenelektroden, mit mehreren, unter sich und zu den Polarisationselektroden parallel und äqüidistant und mit den Polarisationselektroden abwechselnd angeordneten und miteinander und mit einer Vorrichtung zur Abnahme des Signalstroms leitend verbundenen Kollektor-Plattenelektroden, von denen jede auf einer Seite mit einem auf Neutronen durch Emission geladener Teilchen ansprechenden Material belegt ist, und mit geerdeten, elektrisch leitenden und die Kollektorelektroden umgebenden, aber von diesen isolierten Schutzringen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kollektor-Plattenelektrode (18) aus einem Paar paralleler elektrisch leitender Sammelplatten (23, 24) besteht, die miteinander leitend verbunden und auf einer Stützscheibe (26) aus Isolierstoff, deren Durchmesser größer ist, als der der Sammelplatten (23, 24), fest angebracht sind und von denen die eine auf ihrer von der Stützscheibe (26) abgekehrten Oberfläche mit dem auf Neutronen ansprechenden Material belegt ist, und daß auf jeder Seite der Stützscheibe (26) je ein Schutzring (25) konzentrisch und in einer Ebene mit je einer der Sammelplatten (23 bzw. 24) angebracht ist.

2. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (26) aus Aluminiumoxyd besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1039 143;

»Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Genf, 1958, Bd. 11, S. 511;

Β. Β. Rossi und Η. H.· Staub, Ionization Chambers and Counters«, 1949, S. 159/160.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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