DE1904407A1 - Neutronenempfindliche Ionisationskammer - Google Patents

Description

L-icentia

Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

12/154- -Wi 23. 6. 1970

Wi/kf

"ITeutr onenernpf indliche Ionisa tionskammer"

Bei der nuklearen Kerninstrumentierung zur Leistungsverteilung sine s sung benötigt man möglichst linear arbeitende, neutronenempfindliche Meßgeräte gedrängter Bauart. Man kann dazu Flußmeßsonden, die auf dem thermoelektrischen Prinzip beruhen, oder Miniatur-Ionisationskam.ern verwenden. 3s ist eine derartige Ionisationskammer bekannt, die zwei Zylinderelektroden aufweist, wobei die eine .Elektrode ein massiver Zylinder ist (Innenelektrode), der von der anderen Elektrode (.Außenelektrode) konsentrisch in einem definierten Abstand (^palt) umschlossen v/ird, In dem üpalt befindet sich ein Füllgas. Eine Elektrode, z.B. die Innenelektrode, ist mit Spaltstoff (Uran) beschichtet. Die

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Neutronen rufen Spaltungen hervor, wobei die energiereichen Spaltstoffe ihrerseits in dem Füllgas Ionisationen verursachen; durch eine an die Kammerelektroden angelegte Spannung werden die Ladungen durch die Elektroden abgeführt und mit üblichen Methoden angezeigt werden.

Daß Signal S der Kammer hängt vom Sättigungsstrom I bei

einem bestimmten Heutronenfluß und von der Rekombination der Ionenpaare im Spalt ab. Diese Rekombination wird durch den Faktor f = (Signal/Sättigungsstrom) ausgedrückt. Der Sättigungsstrom ist der Spaltbreite direkt proportional, da die Spaltprodukte bei größerem opalt einen größeren /en; im Gae zurücklegen und dabei entsprechend mehr Ionenpaare bilden können. Ebenso ist die Zahl der Rekombinationen von der Spaltbreite abhängig, im besonderen Maße bei hohen Neutronenflüssen. Da auch die Gaslichte Einfluß auf die Ionisations- und Rekombinationsvorgänge hat, ändert sich die Neutronenempfindlichkeit der kammer mit der Gasdichte, und zwar wächst sie linear mit der Dichte.

Erwünscht ist nun eine Kammer, deren Signal S linear mit de:·": Fluß wächst.

Durch die bpaltungen in der Uranschicht und duch die Afcijor;,-tion von Gammastrahlung wird jedoch die Temperatur der Innenelektrode mit steinendem Fluß beträchtlich ge^enülre:^

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der Umgebungstemperatur der Kammer (bedingt durch das Kühlmittel) erhöht, z.B. 286° C gegenüber 386° bei ■ maximalem Fluß. Dadurch tritt einmal eine ßpaltverringerung ein, zum andern eine höhere Rekombination auf, die beide eine Empfindlichkeitsabnahme bewirken. Hinzu kommt, daß unter dem Einfluß der dur.ch steigenden Neutronenfluß bedingten Temperaturerhöhung sich die Gasdichte ändert, weil das Gas durch die starke Erwärmung des massiven Innenzylinders aus der aktiven Spaltzone in W kältere Zone verdrängt wird, wodurch die Empfindlichkeit weiter abnirai.it. Da alle vorstehend genannten Einflüsse in derselben Richtung v/irl-s n, nimmt bei der bekannten Kammer daher die Empfindlichkeit mit steigendem Flusse erheblich ab, d. h. die Kammer ist stark nichtlinear (z.B. 5 ,S).

Der Erfiaiun«· liegt die Aufgabe zugrunde, die Kammer so auszubilden, dail sie eine hohe Linearität aufweist. Das gelin ;t ger.äii der Erfindung dadurch, daß die InaneIcktrode hohlzylinlritch ist und Ausgleichsöffnunren (Zylinder vom Innenraura) zum aktiven 3ssr&uci vorgesehen sind.

Anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.-j v/inl die erfindunrjsgeK&.ii'j is-arr.mer sowohl hinsichtlich der Konstruktion als aucL der- /erteile näher erläutert.

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Die mit einem Gas gefüllte Kammer weist eine zylindrische Außenelektrode 1 und eine hohlzylindrische Innenelektrode 2 auf, letztere besitzt zwei Führungszapfen 3, 4, die in Keramikführungen 5» 6 gehaltert werden. Der Zapfen 3 ist zum Zweck des Gasausgleiches hohl, während in dem Zapfen die Signalleitung 7 eingesetzt ist. Zwischen den beiden Keramikführungen ist die Innenelektrode mit Spaltstoff beschichtet; der Gasraum 8 zwischen den beiden Elektroden ist also die aktive Spaltzone. Die Keramikführung 5 besitzt zwei öffnungen 9» 10, die zum Gasausgleich zwischen den Räumen 8, 13 und 11 dienen. Eine Dichtung 12 verhindert ein Entweichen des Gases. Anhand eines Zahlenbeispieles soll nun der Einfluß der Temperatur auf die Linearität erläutert v/erden.

Der Außenzylinder sei aus Inconel 600, der Innenzylinder aus Titan und die Keramikführungen aus AIpO^; die Spaltbreite sei 0,2 mm. Die Betriebstemperatur wird mit 285 C angenommen, wobei sich die Temperatur der Innenelektrode im

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maximalen Fluß von 1,2 χ 10 cm see ca. 100 G erhöht.

Die Rechnung ergibt, daß sich der Spalt des Gasraumes 8 im Bereich 20⁰G bis 286⁰G (Kühlmittel) um 4yu erweitert, wobei sich die Erweiterung bei Erhöhung der Temperatur auf 386⁰G (durch den iieutronenfluß) um 2/i verringert; der

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Spalt; verringert sich also durch die Flußänderung von

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O - 1.2 χ 10' cm sec "' um 2,u = 1 #, d.h. die Linearität nimrnt durch die Spaltbreitenänderungen um 1,ä ab. Hinzu kommt, daß unter dem Einfluß der Itekonbination der lonenpuore die Linearität um 2/ό abnimmt» Diese Effekte sind qualitativ G"b.wch"l bei massiver als auch bei hohler Innenelektrode vorhanden, wenn auch quantitativ geringe Unterschiede entstehen, v/eil sich die massive Innenelektrode auf ca. 150 G erhitzt. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Inneneiektrode 2 als Hohlelektrode und die Ausgleichsöffnungen zur Spaltzone 8 hin hat jedoch große Bedeutung hinsichtlich des dritten .Effektes, nämlich die 5mpfindlichkeitsänderung durch die Änderung der Gasdichte. Vfie eine Temperatur-Volumbetrachtung zeigt, wird bei einer massiven Elektrode das Gas aus dem aktiven Spalt 8 durch die höhere Erwärmung in diesem Bereich verdünnt, da das Gas in kältere Zonen verdrängt wird; die 3'Sipfindlichkeitsabnahme ist ca. 2.3/0, sie wirkt aber in der F gleichen Richtung wie die LinearitätSc,bweichung durch opaltverrin^erung und Hekombination, so daß sich bei der bekannten Kammer eine Abweichung von ca. ^>,Ό ergibt.

Bei der erfindungsseniäBen Kammer ist dagegen das Gas inner-

i halb der Hohlelektrode (Raum 11) wärmer als in der SpaIt-

zone (durch die erhöhte Aui'heisung der Innenelektrode).

lus wird daher das Gas aus dem Hohlraum 11 in die übrigen t

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Zonen also auch in den aktiven Spalt verdrängt; die Empfindlichkeit nimmt durch diesen Effekt somit zu, und zwar, um ca. 3 %. Es werden dadurch in vorteilhafter V/eise die beiden anderen empfindlichste it smindernde η .uffekte im wesentlichen kompensiert, die Kammer nach der Erfindung weist also eine hohe Linearität auf.

Umgekehrt kann man in den Fällen, wo auf eine derart; hoho Linearität keinen Vert gelegt wird, eine höhere Rekombination zulassen, d.h. man kann höhere Ströme, kleinere Kam: ier spannung oder größeren ßpnlt zwischen Innen- und Außenelektrode zulassen.

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Claims (1)

1. Licentia

   Pate nt-Ver vval tungs -G. m". b. H. 6 Frankfurt/M., Theodor-Stern—

   . 12/154-71 25. 6. 1970

   Patentansprüche

   1. Neutronenempfindliche, gasgefüllte Ionisationskammer, bei der eine zylindrische -iiußenelektrode in einem definierten, den aktiven Gasraum vorgehenden Abstand eine zylindrische Innenelektrode umochließt, dadurch ge kennzeichne t, daß die Innenelektrode (2) hohlzylindrisch ict und -'msglüichsöffnungen (9j1O) vom Zylinderinnsnraum zum aktiven Gasraum vorgesehen sind.

   2. Kammer nach Ancpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenolektroie an jedem Ende einen Führungszapfen (3, 6) besitzt, der jeweils in einer Ker&r/.ikführun^· (5, 6) behältert ist, deren

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   Durchmesser (1) dem Innendurchmesser der Außenelektrode (1) angepaßt ist und daß der eine Führungszapfen (5) und die ihn tragende Keramikführung (5) zur Schaffung der Ausgleichsöffnungen (9, 10, ·3) durchbohrt ist.

   J. Kammer nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß auch der andere Führungszapfen (4) eine Bohrung trägt, in der die Signalleitung (7) befestigt ist und daß hinter der zugeordneten Keramikführung in an sich bekannter Weise eine Gasdichtung (12) angeordnet ist.

   4. Kammer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenelektrode aus Inconel 600, die Innenelektrode aus Titan ist.

   5· Kammer na ch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikführungen aus AIqO₇ bestehen.

   6. Kammer nach Anajjruch 4 oder· 5? dadurch gekennzeichnet, daß die opaltbreite C^₊ nur: ist.

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