DE1589446C3

DE1589446C3 - Detector device for measuring radioactive radiation in a liquid by means of Cerenkov radiation

Info

Publication number: DE1589446C3
Application number: DE19671589446
Authority: DE
Inventors: Ove Magnus Nyköping Strindehag (Schweden)
Original assignee: AB Atomenergj, Stockholm
Priority date: 1966-06-16
Filing date: 1967-06-08
Publication date: 1976-07-22

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.The invention relates to a detector device for measuring radioactive radiation in a liquid with a measuring chamber which has an inlet and an outlet opening for the liquid and one of its walls has forming window made of a thick layer of an optically transparent substance and with a Photomultiplier optically coupled via the window to the chamber for measuring the radioactive emissions Radiation generated Cerenkov radiation.

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.This radiation measuring device is used in particular to determine fission products in the cooling liquid of a nuclear reactor, especially those fission products that are damaged by leaks from a nuclear reactor Fuel element leaked into a water-cooled nuclear reactor.

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.A measuring device of the type mentioned at the beginning, in which the multiplier not only measures the values in the liquid, but also the Cerenkov radiation released in the transparent window is from the magazine "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 33, 1965, No. 2, pp. 314 to 318, known. This known detector device but has relatively low sensitivity and poor energy resolution.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Energieauflösung einer solchen Detektor-Vorrichtung zu verbessern.The invention is therefore based on the object of the energy resolution of such a detector device to improve.

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 a detector device of the type mentioned at the beginning Art this object is achieved according to the invention in that the not formed by the window Provided the walls of the measuring chamber with a thick layer of an optically transparent material are.

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.Advantageously, the additional transparent layers attached to the walls which do not form the window improves both sensitivity and energy resolution elevated.

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 /^-Strahlung 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 j8-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 ß-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.The Cerenkov detector of the known device mentioned at the beginning is particularly suitable for measurement in reactor cooling water circuits because it can work under high pressure. However, as already mentioned, it has an unsatisfactory energy resolution. B. makes noticeable when it is necessary to distinguish the ^ radiation generated by leaked fission products from the / ^ radiation, which is generated by corrosion products and unstable isotopes that have formed during the irradiation of the water in the reactor. These unstable isotopes have a short lifespan and it is therefore possible to reduce or eliminate their influence by choosing a time of 3 to 5 minutes for the transfer of the water from the reactor to the measuring chamber. The fundamental radiation generated by the corrosion products is of fairly low energy, usually less than 2.8 MeV, and can generally be distinguished from the higher energy radiation, usually 4 to 8 MeV, generated by the fission products. For this differentiation, however, it is necessary that the detector has a fairly good energy resolution, which is achieved by the design according to the invention.
Such j8 rays, which would come into contact with the wall of the measuring chamber without the layer of optically transparent material, without having generated Cerenkov radiation, can now generate such radiation when passing through the optically transparent material due to the design provided according to the invention , whereby the energy resolution or sensitivity of the detector is increased. This increase is particularly significant with β radiation and high energy, and as a result the ability of the detector to distinguish between high and low energy radiation is also increased. The increased energy resolution also makes it possible to keep the volume of the measuring chamber smaller. A conventional measuring chamber of a volume of, for. B. 50 cm ³ can be reduced ^{to 10 cm 3} when using the invention.

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.Most solid transparent materials have been approved for use as a transparent layer as per the invention proved to be suitable. Glass, quartz or plastic, for example a polymethacrylate plastic, can be use, and the thickness of the transparent layer should be 10 to 15 mm.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; die Zeichnung stellt eine Vorrichtung zur Ermittlung von j3-StrahIung 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.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing; the drawing represents a device for determining j3 radiation in the cooling circuit of a nuclear reactor. The device has a Measuring chamber 4, which is housed in a cylindrical pressure vessel 1. An end wall 2 of the pressure vessel is attached to its cylindrical part with screws 3. Through a line 5, the measuring chamber Water fed in and discharged through a line 6. The cylindrical wall and the end wall are with coated with a white layer 7, which serves as an optical reflector. On the inside of the optical reflector a thick transparent layer is applied, which consists of a cylindrical part 8 and a circular disk 9 consists.

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 14The other end wall of the measuring chamber 4 consists of a thick window 10, for. B. made of quartz glass. Between the end wall 2 or the window 10 and the cylindrical part of the pressure vessel are seals in the form of O-rings 11 or 12. A photomultiplier 13 in a housing 14 is connected to the window 10, which is fastened to the pressure vessel 1 by means of a union nut 15. The housing 14 is with a connection 16 for a high voltage supply of the photomultiplier and also with a connection 17 to connect the photomultiplier to an amplifier. The foremost part of the photomultiplier is provided with a glass pane 21, which by the action of an elastic ring 18 against the window 10 is pressed; this ring lies between a disc 19 which is movable in the housing 14, and a ring 20 inside the housing 14

befestigt ist.is attached.

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.If desired, a transparent material can be used can be inserted in front of the window 10 in accordance with the circular disk 9, but in general this is superfluous, because the ^ radiation that hits the window also produces Cerenkov radiation in it.

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 /J-Energiemaximum von 5,3 MeV hatte, und von Y⁹⁰ gemessen, das ein jS-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.In the case of a detector of the type shown, which had a measuring chamber volume of 50 cm ³ , the transparent material consisted of a 6 mm thick wall made of polymethacrylate plastic. The optical reflector was made of a white color of the epoxy type. The radiation from Rb ⁸⁸ , which had a / J energy ^{maximum of 5.3 MeV, and from Y 90} , which had a jS energy maximum of 2.2 MeV, were measured. The measurement result showed that the sensitivity to Rb ^{88 increased} with the introduction of the transparent material. At the same time it was found that the sensitivity to the lower energy radiation of the Y ^{90 was} unchanged or slightly increased. The result was that the ratio between the sensitivities was increased by 60%, which means a considerable improvement in the energy resolution of the detector. An increase in the thickness of the transparent wall from 6 to 15 mm led to an even higher increase in the energy resolution.

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.The detector shown is used to work under high pressure, and therefore the measuring chamber is in one strong metal housing housed. In the case of a low pressure detector, the walls of the measuring chamber consist entirely of transparent material. The outer surface of this transparent measuring chamber should then coated with a light-reflecting paint and the measuring chamber housed in a dark housing being.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Detector device for measuring radioactive radiation in a liquid with a measuring chamber, one inlet and one outlet opening for the liquid and a window forming one of its walls comprises a thick layer of an optically transparent substance and with one over the Window to the measuring chamber optically coupled photomultiplier for measuring the radioactive Radiation generated Cerenkov radiation, characterized in that also the not formed by the window (10) walls of the measuring chamber (4) with a thick layer (8, 9) of a optically transparent material are provided: