DE1589446B2 - Detektor-Vorrichtung zum Messen radioaktiver Strahlung in einer Flüssigkeit mittels Cerenkov-Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektor-Vorrichtung zum Messen radioaktiver Strahlung in einer Flüssigkeit mit einer Meßkammer, die eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für die Flüssigkeit und ein eine ihrer Wände bildendes Fenster aus einer dicken Schicht eines optisch transparenten Stoffes aufweist sowie mit einem über das Fenster an die Kammer optisch angekoppelten Photovervielfacher zur Messung der durch die radioaktive Strahlung erzeugten Cerenkov-Strahlung.

Diese Strahlungsmeßvorrichtung dient insbesondere der Ermittlung von Spaltprodukten in der Kühlflüssigkeit eines Kernreaktors, und zwar vor allem von solchen Spaltprodukten, die durch Lecks aus einem beschädigten Brennelement in einem wassergekühlten Kernreaktor ausgetreten sind.

Eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher der Vervielfacher nicht nur die in der Flüssigkeit, sondern auch die in dem transparenten Fenster ausgelöste Cerenkov-Strahlung erfaßt, ist aus der Zeitschrift »Nuclear Instruments " and Methods«, Bd. 33, 1965, Nr. 2, S. 314 bis 318, bekannt. Diese bekannte Detektor-Vorrichtung weist aber relativ geringe Empfindlichkeit und schwache Energieauflösung auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Energieauflösung einer solchen Detektor-Vorrichtung zu verbessern.

Bei einer Detektor-Vorrichtung der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auch die nicht durch das Fenster gebildeten Wände der Meßkammer mit einer dicken Schicht eines optisch transparenten Stoffes versehen sind.

In vorteilhafter Weise wird durch die zusätzlichen transparenten Schichten, die an den Wänden angebracht sind, welche das Fenster nicht bilden, sowohl die Empfindlichkeit verbessert als auch die Energieauflösung erhöht.

Der Cerenkov-Detektor der eingangs genannten bekannten Vorrichtung ist besonders für die Messung in Reaktor-Kühlwasserkreisläufen geeignet, weil er unter hohem Druck arbeiten kann. Er weist jedoch, wie schon erwähnt, eine unbefriedigende Energieauflösung auf, die sich z. B. bemerkbar macht, wenn es notwendig ist, die durch ausgetretene Spaltprodukte erzeugte ^-Strahlung von der /3-StrahIung zu unterscheiden, die von Korrosionsprodukten und unbeständigen Isotopen erzeugt wird, die sich bei der Bestrahlung des Wassers im Reaktor gebildet haben. Diese unbeständigen Isotopen haben kurze Lebensdauer, und es ist deshalb möglich, ihren Einfluß dadurch herabzusetzen oder auszuschalten, daß man für die Überführung des Wassers vom Reaktor zur Meßkammer eine Zeit von 3 bis 5 Minuten wählt. Die Grundstrahlung, die durch die Korrosionsprodukte erzeugt wird, ist von ziemlich niedriger Energie, gewöhnlich weniger als 2,8 MeV, und kann im allgemeinen von der Strahlung höherer Energie, gewöhnlich 4 bis 8 MeV, die von den Spaltprodukten erzeugt wird, unterschieden werden. Für diese Differenzierung ist es jedoch notwendig, daß der Detektor eine ziemlich gute Energieauflösung besitzt, welche durch die Ausbildung gemäß der Erfindung erzielt wird.
Solche j3-Strahlen, die ohne die Schicht aus optisch transparentem Stoff mit der Wand der Meßkammer in Kontakt kommen würden, ohne eine Cerenkov-Strahlung erzeugt zu haben, können jetzt durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung beim Durchgang durch den optisch transparenten Stoff eine solche Strahlung erzeugen, wodurch die Energieauflösung bzw. Empfindlichkeit des Detektors gesteigert wird. Diese Steigerung ist besonders bei ^-Strahlung und hoher Energie erheblich, und infolgedessen wird die Fähigkeit des Detektors zur Unterscheidung zwischen Strahlung von hoher und niedriger Energie ebenfalls erhöht. Die gesteigerte Energieauflösung ermöglicht es auch, das Volumen der Meßkammer kleiner zu halten. Eine übliche Meßkammer von einem Volumen von z. B. 50 cm³ kann bei Anwendung der Erfindung auf 10 cm³ verkleinert werden.

Die meisten festen transparenten Werkstoffe haben sich für die Anwendung als transparente Schicht gemäß der Erfindung als geeignet erwiesen. So lassen sich Glas, Quarz oder Kunststoff, beispielsweise ein PoIymethacrylat-Kunststoff, verwenden, und die Dicke der transparenten Schicht soll bei 10 bis 15 mm liegen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; die Zeichnung stellt eine Vorrichtung zur Ermittlung von ß-Strahlung im Kühlkreislauf eines Kernreaktors dar. Die Vorrichtung weist eine Meßkammer 4 auf, die in einem zylindrischen Druckgefäß 1 untergebracht ist. Eine Stirnwand 2 des Druckgefäßes ist an dessen zylindrischem Teil mit Schrauben 3 befestigt. Durch eine Leitung 5 wird der Meßkammer Wasser zugeleitet und durch eine Leitung 6 abgeführt. Die zylindrische Wand und die Stirnwand sind mit einer weißen Schicht 7 überzogen, die als optischer Reflektor dient. Auf der Innenseite des optischen Reflektors ist eine dicke transparente Schicht angebracht, die aus einem zylindrischen Teil 8 und einer Kreisscheibe 9 besteht.

Die andere Stirnwand der Meßkammer 4 besteht aus einem dicken Fenster 10, z. B. aus Quarzglas. Zwischen der Stirnwand 2 bzw. dem Fenster 10 und dem zylindrisehen Teil des Druckgefäßes befinden sich Dichtungen in Form von O-Ringen 11 bzw. 12. An das Fenster 10 ist ein Photovervielfacher 13 in einem Gehäuse 14 angeschlossen, das an dem Druckgefäß 1 mittels einer Überwurfmutter 15 befestigt ist. Das Gehäuse 14 ist mit einem Anschluß 16 für eine Hochspannungsversorgung des Photovervielfachers und ferner mit einem Anschluß 17 zur Verbindung des Photovervielfachers mit einem Verstärker versehen. Der vorderste Teil des Photovervielfachers ist mit einer Glasscheibe 21 versehen, die durch die Wirkung eines elastischen Ringes 18 gegen das Fenster 10 gepreßt wird; dieser Ring liegt zwischen einer Scheibe 19, die in dem Gehäuse 14 beweglich ist, und einem Ring 20, der im Innern des Gehäuses 14

befestigt ist.

Gewünschtenfalls kann ein transparentes Material entsprechend der Kreisscheibe 9 vor dem Fenster 10 eingesetzt werden, aber im allgemeinen ist dies überflüssig, weil die ^-Strahlung, die auf das Fenster trifft, auch darin eine Cerenkov-Strahlung erzeugt.

Bei einem Detektor der dargestellten Art, der ein Meßkammervolumen von 50 cm³ hatte, bestand das transparente Material aus einer 6 mm dicken Wand aus Polymethacrylat-Kunststoff. Der optische Reflektor be- ίο stand aus einer weißen Farbe vom Expoxytyp. In dem Detektor wurde die Strahlung von Rb⁸⁸, das ein jS-Energiemaximum von 5,3 MeV hatte, und von Y⁹⁰ gemessen, das ein j3-Energiemaximum von 2,2 MeV hatte. Das Meßergebnis zeigte, daß die Empfindlichkeit für Rb⁸⁸ durch die Einführung des transparenten Materials anstieg. Gleichzeitig wurde gefunden, daß die Empfindlichkeit für die energieärmere Strahlung des Y⁹⁰ unverändert oder noch etwas erhöht war. Die Folge war, daß das Verhältnis zwischen den Empfindlichkeiten um 60% gesteigert war, was eine beträchtliche Verbesserung in der Energieauflösung des Detektors bedeutet. Eine Erhöhung der Dicke der transparenten Wand von 6 auf 15 mm führte zu einer noch höheren Steigerung der Energieauflösung. .

Der dargestellte Detektor dient zur Arbeit unter hohem Druck, und deshalb ist die Meßkammer in einem starken Metallgehäuse untergebracht. Bei einem Niederdruckdetektor können die Wände der Meßkammer gänzlich aus transparentem Material bestehen. Die Außenfläche dieser transparenten Meßkammer soll dann mit einer lichtreflektierenden Farbe überzogen und die Meßkammer in einem dunklen Gehäuse untergebracht sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Detektor-Vorrichtung zum Messen radioaktiver Strahlung in einer Flüssigkeit mit einer Meßkammer, die eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für die Flüssigkeit und ein eine ihrer Wände bildendes Fenster aus einer dicken Schicht eines optisch transparenten Stoffes aufweist sowie mit einem über das Fenster an die Meßkammer optisch angekoppelten Photovervielfacher zur Messung der durch die radioaktive Strahlung erzeugten Cerenkov-Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß auch die nicht durch das Fenster (10) gebildeten Wände der Meßkammer (4) mit einer dicken Schicht (8,9) eines optisch transparenten Stoffes versehen sind.