DE1297244B - Einrichtung zum Messen der Energie von Gamma- oder Roentgenstrahlung mit einem Primaerstrahlungs-Detektor und einem oder mehreren mit demselben in Koinzidenz geschalteten Sekundaerstrahlungs-Detektoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum und Wartezeit des Reaktors im voraus die Intensität Messen der Energie von Gamma- oder Röntgen- der einzelnen Gamma-Linien untereinander vorausstrahlung mit einem Kollimator für die zu messende gesagt werden kann. Umgekehrt gibt die Kenntnis Primärstrahlung, mit einem hinter dem Kollimator der Intensität der verschiedenen Spaltprodukte die angeordneten Primärstrahlungs-Detektor und einem 5 Möglichkeit des Rückschlusses auf den Reaktoroder mehreren im Bereich der vom Primärstrahlungs- betriebsfall. Dieser kompliziertere Vorgang wird wohl Detektor gestreuten Strahlung oder der von ihm aus- nur vorwiegend für Kontrollzwecke Anwendung gehenden Sekundärstrahlung angeordneten Sekun- finden. Hingegen erlaubt die Messung einer einzigen därstrahlungs-Detektoren, mit einer mit dem Primär- Spaltproduktenlinie, wie etwa des langlebigen detektor oder dem oder den Sekundärdetektoren ver- io Cäsiums 137, die Feststellung, einer wie hohen Gebundenen Koinzidenzschaltung und einer dieser samtneutronendosis und damit wie hohem Abbrand nachgeschalteten Meßschaltung. das Brennelement ausgesetzt worden war. Schon

Es sind Compton- und Paarbildungsspektrometer diese Information allein ist für die Programmierung bekannt, bei denen sowohl die Primär- als auch die des Brennstoffes technisch-wirtschaftlich von großer Sekundärdetektoren durch Szintillationskristalle ge- 15 Bedeutung. Bislang konnten ähnliche Informationen bildet werden. Auch die Verwendung von Halbleiter- nur durch Zerstörung des Brennelements und radiodetektoren in der Gammaspektroskopie ist bekannt. chemische Analyse gewonnen werden, ein Verfahren, Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine das wegen der äußerst hohen Aktivitäten, die dabei Einrichtung zum Messen von Quantenstrahlung mit auftreten, äußerst umständlich und auch kostspielig erhöhtem Energieauflösungsvermögen zu schaffen. 20 sowie ungenau ist.

Die Aufgabe wird bei einer Einrichtung der ein- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge- Zeichnungen näher erläutert, löst, daß der Primärstrahlungs-Detektor ein Halb- Fig. 1 und 2 zeigen schematisch den Aufbau der

leiterdetektor ist. erfindungsgemäßen Einrichtung für verschiedene

Es hat sich gezeigt, daß bei der Einrichtung nach 25 physikalische Messungen;

der Erfindung das erforderliche gute zeitliche Auf- F i g. 3 veranschaulicht eine Anordnung zur

lösevermögen gegeben ist und die erzielten Er- Messung der energetischen Zusammensetzung der gebnisse eine außerordentlich hohe Genauigkeit Strahlung;

haben. F i g. 4 und 5 lassen in einander zugeordneten

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungs- 30 Schnitten den Halbleiterdetektor erkennen; in den gemäßen Einrichtung liegt auf dem Gebiet der F i g. 6 und 7 sind Diagramme dargestellt, an

Messung der Strahlung von Brennelementen bei Hand derer die Wirkungsweise des Gegenstandes Kernreaktoren. Es ist dabei in äußerst vorteilhafter der Erfindung einfach erklärt werden kann; Weise möglich, eine solche zerstörungsfreie Messung F i g. 8 veranschaulicht ein besonderes Ander Strahlung von Brennelementen durchzuführen. 35 Wendungsbeispiel, teilweise im Schnitt; Die Messung erstreckt sich dabei auf verschiedene F i g. 9 stellt eine diesbezügliche Einzelheit in ver-

Abbrandzustände der Brennelemente wie auch auf größertem Maßstab dar.

verschiedene Abbrandvorgänge. Es können so beim Aus den F i g. 1 und 2 ersieht man, daß die von

zerstörungsfrei untersuchten Brennelement nicht nur einer Strahlungsquelle 14 kommende Strahlung zuRückschlüsse auf den Abbrandzustand im Zeitpunkt 4° nächst zur Ausblendung eines Strahlenbündels 2 der Messung, sondern auch Rückschlüsse auf den durch einen Kollimator 1 hindurchgeht, bisher abgelaufenen Abbrandvorgang gezogen wer- Die Strahlung 2 trifft dann auf einen Halbleiterden, detektor 3. Von dieser auf den Halbleiterdetektor 3

Bei Kernanlagen, die zur technischen Energie- auftreffenden Strahlung wird durch Comptoneffekt gewinnung benutzt werden, ist es aus wirtschaft- 45 ein Teil der Energie an ein Elektron weitergegeben, liehen Gründen wünschenswert, den Abbrandzustand während der andere Teil der Energie eine Sekundärvon Brennelementen in verschiedenen Zeitphasen strahlung 4 hervorruft. Diese Sekundärstrahlung 4 möglichst genau zu kennen. Eine derartige Kenntnis gelangt dann zu einer Auffangeinrichtung S in Form erlaubt eine optimale Programmierung der Brenn- eines Szintillationskristalls, der z. B. ein NaJ-Kristall elemente im Reaktorcore und damit eine Erzielung 50 sein kann. Wie man aus F i g. 1 ersieht, ist die Richvon höheren Energieausbeuten. Überdies ist es im tung der Sekundärstrahlung 4 gegenüber der der Zusammenhang mit Kontrollmaßnahmen geboten, Primärstrahlung 2 etwa um 180° verschieden, da bei eine meßtechnische unabhängige Kontrollmöglich- diesem Winkel der rückgestrahlte Energiebetrag keit der Angaben des Reaktorbetreibers zur Ver- nahezu konstant bleibt. Die in den Detektorfügung zu haben. Bei Spaltprozessen in Kernbrenn- 55 Elementen 3 und 5 durch die Strahlung erzeugten stoffen entstehen über hundert verschiedene radio- Impulse werden einer Koinzidenzschaltung zugeaktive Isotope, die mehr oder weniger lange Halb- führt, so daß sich dann auf einer Meßeinrichtung 7 wertszeiten und charakteristische Gamma-Energien das gesuchte Resultat ergibt, besitzen. Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung Fig. 2 zeigt praktisch die gleichen Verhältnisse,

kann eine bestimmte Zahl von günstigen Spalt- 60 Abweichend beträgt hier aber der Winkel zwischen produkten zur Beurteilung des Abbrandzustandes der Sekundärstrahlung 4 und der Primärstrahlung 2 und der Abbrandgeschichte herangezogen werden. etwa 90°; diese Anordnung findet zur Messung der Es ist hierfür nur erforderlich, durch gammaspektro- linearen Polarisation Verwendung. Dabei werden in skopische Methoden eine Auflösung der Gamma- erster Linie die Zählraten in Abhängigkeit von einer Energien der in Frage kommenden Spaltprodukte 65 Rotation um die Achse der einfallenden Strahlung zu erreichen. Ist das gelungen, genügt ein Vergleich (z. B. Gamma-Strahlung) gemessen, der relativen Intensitäten der gemessenen Gamma- In allen diesen Fällen wird jeweils durch die

Linien, da ja aus der Spaltausbeute und der Betriebs- Verwendung des Halbleiterdetektors eine hohe

Energieauflösung erreicht. F i g. 3 gibt den wesentlichen Teil der F i g. 1 vergrößert wieder. Hier sind, wie man sieht, mehrere Auffangeinrichtungen 5 vorgesehen. Fernerhin sieht man, daß die Strahlung 2 nahe der positiven Elektrode des Halbleiterdetektors 3 in diesen eingestrahlt wird.

Ebenfalls vergrößert zeigen die F i g. 4 und 5 den Halbleiterdetektor 3 im Schnitt. Der Detektor ist von einem Bronzegehäuse 8 umgeben, das ein Aluminiumfenster 9 aufweist, damit die Strahlung eintreten kann. Das Gehäuse 8 ist dabei mit einem inerten Gas gefüllt, z. B. getrocknetem Stickstoff. Mit 11 ist der leitende Bereich des Halbleiters bezeichnet. Der Halbleiterdetektor 3 wird gekühlt, z. B. durch einen Kupfer sockel, der in flüssige Luft getaucht ist. Eine Kühlung durch äquivalente Mittel, z. B. unter Verwendung des Peltier-Effektes, ist ebenfalls denkbar. Die Kühlung hält den Störpegel dieses Detektors auf einem Mindestmaß. Hinsichtlich abweichender Konstruktionen derartiger Halbleiterdetektoren 3 wird nochmals auf F i g. 3 zurückgegriffen. Hier ist zusätzlich noch ein Gehäuse 10 aus Plexiglas vorgesehen, das ein Mylarfenster besitzt und das Gehäuse 8 umgibt. Zwischen den beiden Gehäusen zirkuliert getrocknete Luft, so daß dadurch jedwede Feuchtigkeitskondensation verhindert wird.

Die F i g. 6 und 7 zeigen Energiespektren, aus deren Vergleich die Wirkung der Einrichtung nach der Erfindung ersichtlich ist. F i g. 6 zeigt ein Cobalt-60-Spektrum, wie es direkt von einem Halbleiterdetektor erhalten wird. Man sieht, daß die Photopeaks in einem verhältnismäßig hohen Untergrund versteckt sind. Im Gegensatz dazu zeigt F i g. 7 eine Aufnahme, bei der gemäß der Erfindung ein Halbleiterdetektor in Koinzidenzschaltung Verwendung findet.

Dabei sind die Photopeaks deutlich über dem Untergrund abgezeichnet.

F i g. 8 veranschaulicht eine Einrichtung, die zur Messung von Reaktorbrennelementen Verwendung findet. Die Meßeinrichtung (in der Figur links) liegt außerhalb des Reaktortanks 21. Die Meßvorrichtung ist beweglich angeordnet. Die Brennelemente 22 liegen innerhalb des Tanks. Anschließend an das Brennelement 22 ist der Vorderteil 23 eines Kollimators vorgesehen, dann folgt bereits außerhalb des Tanks der Mittelteil 24 des Kollimators, der in einer Abschirmung 25 vor dem Tank liegt. Endlich gelangt man zum Endteil 26 des Kollimators außerhalb dieser Abschirmung. Eine vom Brennelement ausgehende Strahlung wird dann in der oben beschriebenen Weise zum Halbleiterdetektor 3 geführt und von dort (nicht dargestellt) weiterhin so gemessen, wie dies oben auseinandergesetzt ist. In F i g. 8 sieht man deutlich die Kühlung des Halbleiterdetektors 3 durch Eintauchen eines Kupferstabes 29 in ein Gefäß 30 mit flüssiger Luft. Um das von der Meßeinrichtung bestrichene Gebiet in Umgebung der Brennelemente 22 von Störungen freizuhalten, wird bei 27 Gas bzw. Luft eingeblasen. Im vorliegenden Fall erfolgt das Einblasen aus einem Lufttank 31; das Brennelement 22 ist von Wasser umgeben. Um weiterhin Störungen nach Möglichkeit auszuschalten, ist der Abstand 28 zum Brennelement

22 und dem Vorderteil des Kollimators 23 klein gehalten. Die wesentlichen konstruktiven Teile dieser Meßeinrichtung sind verstellbar und feststellbar ausgebildet, um allen denkbaren Gegebenheiten genügen zu können.

Endlich zeigt Fig. 9 nochmals vergrößert die wesentlichen Teile der Einrichtungen zur Durchführung dieser Messung. Dieselben Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß sich hier eine nochmalige Erklärung erübrigt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen der Energie von Gamma- oder Röntgenstrahlung mit einem Kollimator für die zu messende Primärstrahlung, mit einem hinter dem Kollimator angeordneten Primärstrahlungs-Detektor und einem oder mehreren im Bereich der vom Primärstrahlungs-Detektor gestreuten Strahlung oder der von ihm ausgehenden Sekundärstrahlung angeordneten Sekundärstrahlungs-Detektoren, mit einer mit dem Primärdetektor und dem oder den Sekundärdetektoren verbundenen Koinzidenzschaltung und einer dieser nachgeschalteten Meßschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahlungs-Detektor ein Halbleiterdetektor (3) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der oder die Sekundärstrahlungs-Detektoren (5) Halbleiterdetektoren sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der energetischen Zusammensetzung der Strahlung der oder die Sekundärstrahlungs-Detektoren (5) unter einem Winkel von nahezu 180° gegen die Primärstrahlungsrichtung relativ zum Primärstrahlungs-Halbleiterdetektor (3) angeordnet sind (Fig. 1 und 3).

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der linearen Polarisation der Primärstrahlung der oder die Sekundärstrahlungs-Detektoren (5) unter einem Winkel von etwa 90° gegenüber der Primärstrahlungsrichtung relativ zum Primärstrahlungs-Halbleiterdetektor (3) angeordnet sind (Fig. 2).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Strahlung von Reaktor-Brennelementen der vor dem Primärstrahlungs-Halbleiterdetektor (3) liegende Kollimator aus einem innerhalb des Reaktortanks (21) liegenden Vorderteil (23), einem innerhalb einer Abschirmung (25) vor dem Tank liegenden Mittelteil (24) und einem außerhalb dieser Abschirmung liegenden Endteil (26) besteht, wobei das zu untersuchende Brennelement (22) unmittelbar vor der öffnung des innerhalb des Tanks (21) liegenden Kollimatorteiles (23) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der öffnung des im Tank (21) liegenden Kollimatorteiles (23) hinter dem Brennelement (22) ein sich in Richtung des Kollimators erstreckender gas- oder luftgefüllter Behälter (31) vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen