DE1912982A1 - Vorrichtung zur zerstoerunsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Pruefkoerper - Google Patents

Vorrichtung zur zerstoerunsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Pruefkoerper

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    • G21C17/063—Burn-up control
    • G—PHYSICS
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Description

10. März 19 69 GtSM· Go/To
- int. im -
INTERATOM. "
Internationale Atomreaktorbau GmbH
Bensberg/Köln
Vorrichtung zur zerstörungsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Prüfkörper
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Prüfkörper, z.B. dem Brennstoffstab oder dem Brennstoffelement eines Kernreaktors, bei welcher der Prüfkörper in einem schweren Moderator angeordnet und mit Neutronen bestrahlt wird, indem in dem Moderator ein gegenüber der Abbremszeit im Moderator kurzer Impuls monoenergetischer schneller Neutronen erzeugt und die Zahl der prompten Spaltneutronen, welche bei den durch die Bestrahlung hervorgerufenen Kernspaltungen im Prüfkörper auftreten, in verschiedenen Zeitintervallen, entsprechend unterschiedlichen, mittleren Energien der im
009840/066«;
Moderator abgebremsten bestrahlenden Neutronen, bestimmt wird.
Die US-Patentschrift 3 222 521, das Kanadische Patent 666 943. und die deutsche Auslegeschrift 1 2 75 794- beschreiben ein nach diesem Prinzip arbeitendes Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse des Spaltstoffgehaltes, insbesondere in Kernreaktor-Brennstoffelementen. Es wird ein schwerer Moderator vorgeschlagen, in welchem die Neutronen bei jedem Stoß relativ wenig Energie verlieren. Bei einem solchen schweren Moderator sinkt die Energie der Neutronen mit der Zeit ab, und zwar derart, daß die Abbremszeit proportional 1/ VE ist, wenn E die mittlere Neutronenenergie im Bremsspektrum ist. Nach Abbrems zeiten, die Energien von 0,3 eV und 0., 025 eV entsprechen, werden den Gesamtspaltraten im Brennstoff proportionale Zählraten prompter Neutronen gemessen, die bei diesen Neutronenenergien durch die Spaltung von U235 und Pu239 frei werden. Da sich die Anteile der Spaltungen in U235 und Pu239 an der Gesamtspaltrate infolge der stark unterschiedlichen Spaltquerschnitte unabhängig voneinander und in verschiedenem Maße mit der Neutronenenergie ändern, lassen sich aus diesen Zählraten und den Zählraten, die an einem Vergleichskörper mit den bekannten Konzentrationen der gesuchten spaltbaren Stoffe gemessen werden, die unbekannten Konzentrationen dieser Stoffe im Prüfkörper berechnen.
009840/0661
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses in den obengenannten Patentschriften beschriebenen Verfahrens zu schaffen« ·
Der Erfindung liegt speziell die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Auswahl der angewandten Mittel eine optimale Meßgenauigkeit zu erreichen. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art den Moderator so zu wählen, daß er gute nukleare Eigenschaften (z.B. geringen Absorptionsquerschnitt) besitzt, eine relativ lange Abbremszeit ergibt, so daß die Energiebereiche, in denen die Messung der Zählraten erfolgt, mit den vorhandenen elektronischen Mitteln genau und reproduzierbar erfaßt werden können, und einigermaßen preisgünstig in der erforderlichen Qualität und Reinheit hergestellt werden kann.
Der Erfindung liegt weiter die spezielle Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art einen Detektor für den Nachweis der prompten Spaltneutronen auszuwählen, der bei diesem Verfahren ein optimales Nutzsignäl im Vergleich zum Untergrund liefert.
ORIGINAL IMSPECTED
0098AO/0681
-If-
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Moderator Blei ist und daß als Detektor für die Spaltneutronen wenigstens ein Rückstoßprotonenzähler, vorzugsweise ein Plastikszintillator, vorgesehen ist.
Es hat sich gezeigt, daß eine Anordnung der vorliegenden Art mit Blei als Moderator optimale Ergebnisse liefert. Anordnungen, hei denen ein Impuls monoenergetischer, schneller Neutronen in einem Bleimoderator erzeugt und abgebremst wird, sind als "Bleispektrometer" an sich bekannt. Die Erfindung beruht jedoch auf der Erkenntnis, daß ein solches Bleispektrometer im vorliegenden Zusammenhang besonders geeignet ist, also praktisch in der Auswahl dieses Mittels zur Erzeugung der gewünschten Energiespektren der Neutronen aus der Vielzahl der sonstigen zur Verfügung stehenden Mittel. In ähnlicher Weise hat sich ein Plastikszintillator speziell für den vorliegenden Zweck als optimaler Detektor erwiesen. Maßgebend für diese Auswahl ist unter anderem, daß bei möglichst hoher Nachweiswahrseheinlichkeit für schnelle Neutronen (Spaltneutronen) der Detektor andererseits unempfindlich gegen den gleichzeitig vorhandenen und die Spaltungen bewirkenden thermischen und epithermischen Neutronenfluß sein soll.
Schließlich sollen auch bestrahlte Brennelemente auf ihren Spaltstoffgehalt untersucht werden können, was eine Gamma-
009840/06-61 ■
unempfindlichkeit des Detektors bis zu hohen Dosisleistungen verlangt.
Vorteilhafterweise ist der Detektor durch eine Bleischicht gegen die hohe Gammastrahlung eines bestrahlten Prüfkörpers abgeschirmt.
Diese Bleischicht wird so gewählt, daß bei vorgegebener Gammastrahlung an der Oberfläche des Prüfkörpers, z.B. eines bestrahlten Brennstoffelements, die Gamma-Aktivität am Ort des Detektors gerade auf den maximal zulässigen Wert abgeschwächt ist. Das bringt auch eine gewisse Abschwächung des Flusses schneller Neutronen. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Umständen ein spezieller Plastikszintillator vom Skarvag-Typ im Vergleich zu anderen Detektortypen ,eine maximale Spaltneutronen-Zählrate liefert.
Als zweckmäßiger apparativer Aufbau hat es sich erwiesen, daß als Moderator ein quaderförmiger, kubischer oder zylindrischer Bleiblock dient, der zwei sich annähernd im Hittelpunkt des Bleiblockes treffende Kanäle aufweist, wobei einer der Kanäle zur Aufnahme eines Prüfkörpers eingerichtet ist und in den zweiten Kanal eine Neutronenquelle bis in die Nähe des Kanaltreffpunktes eingeführt ist. Senkrecht zu dem ersten Kanal können eine Mehrzahl weiterer
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Meßkanäle längs des Prüfkörpers vorgesehen s6.iTi3 die je wenigstens einen Detektor aufnehmen. Die Messung erfolgt vorteilhafterweise in der Form, daß jeder Szintillatxonsmeßkopf auf einen Zählkanal geschaltet ist, daß jeder Zählkanal einen Integraldiskriminator zur Unterscheidung von Impulsen, die durch schnelle Neutronen erzeugt worden sind, und von solchen Impulsen, die von Gammaquanten hervorgerufen worden sind, enthält und daß ferner in jedem Zählkanal eine zeitgesteuerte Torstufe vorgesehen ist, und die Torstufen in unterschiedlichen Zeitintervallen und Zeitabständen nach dem besagten Impuls monoenergetischer, schneller Neutronen den Impuls durchgang zu je einem Zähler freigeben.
Die Anzahl der gezählten Impulse hängt vom Neutronenfluß ab, der insgesamt auf den Prüfkörper zur Einwirkung gekommen ist und die Kernspaltungen zur Erzeugung der zu zählenden schnellen Neutronen hervorruft. Um daher vergleichbare Meßergebnisse bei der Messung an verschiedenen Prüf- und Vergleichskörpern zu erhalten, enthält die Vorrichtung wenigstens einen auf den gesamten Neutronenfluß der Neutronenquelle ansprechenden Monitor-Meßkanal, bestehend aus Detektorsystem und einem die Torstufen bei Erreichen einer vorgegebenen Impulszahl sperrenden Vorwahlzähler«
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:
Fig.. 1 zeigt im Schema eine Anlage zur Messung des Uran- und Plutoniumgehaltes von Reaktorbrennstoffelementen mit einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt Diagramme, welche die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulichen.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der Meßanordnung.
Fig. 4 zeigt Diagramme, welche die erfindungsgemäße Auswahl des Neutronendetektors begründen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Bleiblock als Moderator, der in Figur 1 mit 10 bezeichnet ist. ■ Teil 11 bezeichnet die Abschirmung, beispielsweise aus Beton oder Festholz. Der Bleiblock 10 enthält einen ersten Kanal 12 und einen zweiten Kanal 14. Der Kanal 12 dient zur Aufnahme eines Prüfkörpers 16, beispielsweise eines Reaktorbrennelementes. Das als Neutronenquelle dienende Target 18 des "Neutronengenerators 2'0 ist mittels einet: Strahlrohres 22 in den Kanal 14 eingeführt. Die Neutronen
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werden in einer Deuterium-Tritium-Kernreaktion erzeugt. Dabei enthält das Target 18 Tritium, auf das beschleunigte Deuteriumionen geschossen werden. Die Deuteriumionen werden in einer Hochfrequenzquelle erzeugt und durch ein gepulstes Fokussier- und Beschleunigungssystem auf das Target 18 beschleunigt, so daß man im Zentrum des Bleiblocks 10 einen Impuls monoenergetischer Neutronen mit einer Energxe von 14MeV erhält (Neutronengenerator 20).
In der horizontalen Mittelebene des Bleiblocks, also an der Stelle des maximalen Neutronenflusses, sind mehrere Meßkanäle 24 angeordnet. Die Meßkanäle sind mit Detektoren 26 bestückt, welche den Prüfkörper 16 nach dem Einsetzen in die Meßposition 30 sternförmig umgeben. Werden unbestrahlte Prüfkörper 16 auf ihren Spaltstoffgehalt untersucht, dann werden aus Geometriegr,ünden die Detektoren unmittelbar um den Prüfkörper 16 angeordnet. Sind bestrahlte Prüfkörper 16 zu analysieren, dann werden die Detektoren 26 durch eine Bleischicht geeigneter Dicke gegen die Gammastrahlung abgeschirmt.
Das gute geometrische Auflösungsvermögen der Meßapparatur erlaubt die Bestimmung der axialen Verteilung des Spaltstoffgehaltes (Abbrandanalyse), wobei zwei Verfahrensweisen möglich sind:
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a) Schrittweises Messen des Prüfkörpers 16 durch schrittweises Vorbeischieben des Prüfkörpers an den Detektoren 26 mittels der Vorrichtung 28. Dabei ist der Prüfkörper 16 zwischen der Vorrichtung 28 und dem Bleiblock 10 von der Abschirmung 29 umgeben.
b) Einsetzen des Prüfkörpers 16 in den Bleiblock 10 und .Anordnen der Detektoren 26 in mehreren Ebenen senkrecht zur Achse des Prüfkörpers 16.
Die Detektoren 26 in den Meßkanälen 21I einer Ebene sind zusammengeschaltet.
Beide Verfahrensweisen erlauben
1. den Gesamtgehalt an U235 und Pu239 im Prüfkörper 16 (Brennstoffelement) und
2. die Konzentrationsverteilung der Spaltstoffe längs der Achse des Prüfkörpers 16 zu bestimmen.
Die von der Neutronenquelle 18 ausgehenden monoenergetischen schnellen Neutronen verlieren durch elastischen Stoß mit Bleiatomen im Verlaufe der Zeit ihre Energie bis auf thermische Energie. Durch diesen Neutronenfluß werden in dem Prüfkörper 16 Kernspaltungen hervorgerufen. Diese Kernspaltungen erzeugen prompte Neutronen, die von den Plastikszintillatoren 26 in den Meßkanälen 24 nachgewiesen werden»
- ίο -
Die Anzahl dieser Spaltprozesse pro Zeiteinheit und damit die Detektor-Zählraten sind eine Funktion der Energie der die Spaltprozesse auslösenden Neutronen und damit abhängig von der Zeit, die nach dem besagten Impuls monoenergetischer Neutronen vergangen ist. Da die Spaltquerschnitte von U2 3 5 und Pu239 in unterschiedlicher Weise von der Energie der Neutronen abhängen, wird der zeitabhängige Verlauf der Zählraten auch von den Konzentrationen an U235 und Pu2 39 im Prüfkörper bestimmt. Werden die Zählraten der Plastikszintillatoren in zwei verschiedenen Energiebereichen, d.h. bei der vorliegenden Anordnung in zwei verschiedenen Zeitintervallen gemessen, so läßt sich daraus und aus einer entsprechenden Messung an einem Vergleichskörper bekannter Konzentrationen der Gehalt an U23 5 und Pu23 9 bestimmen.
Die Verhältnisse sind in Figur 2 schematisch dargestellt. ■ Es sind dort übereinander dargestellt: Die Impulse 64 monoenergetischer Meutronen von der Neutronenquelle 18 5 der Verlauf der Zählraten, aufgeteilt in Spaltneutronen 6 8 und Untergrundstrahlung 66, die Meßzeit in einem ersten Meßkanal und die Meßzeit in einem zweiten Meßkanal. Der Impuls 64 führt zunächst bei 66 zu einer starken Untergrund Strahlung schneller Neutronen, die aber bei 70 sehr schnell auf einen konstanten Wert abklingt.
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- ii -
Der Flächenbereich 6 8 gibt die schnellen Neutronen an, die durch Kernspaltung von U235 und Pu239 entstehen, und an den Detektoren wirksam werden. Man sieht, daß dabei ein Maximum im Bereich einer mittleren Neutronenenergie von 0,3 eV auftritt, die von einer Resonanz des Pu239 in diesem Bereich herrührt. In diesem Bereich 7 2 erfolgt die Messung der Zählraten in einem ersten Meßkanal, während in einem zweiten Meßkanal die Messung der Zählraten im Bereich thermischer Energien 74 erfolgt.
Figur 3 zeigt das Blockschaltbild der Meßapparatur. Die Impulse jedes Rückstoßprotonen-Szintillationszählers oder Detektors 26 werden über einen Linearverstärker und einen Integraldiskriminator 3 8 der Mischstufe 40 zugeführt. Von der Mischstufe 40 werden die Impulse der Detektoren in den Meßkanälen 24 einer Ebene addiert. Die Integraldiskriminatoren 38 sind an sich bekannte Schaltungen, die auf Grund _ der verschiedenen Impulshöhen zwischen solchen Impulsen unterscheiden können, welche durch Spaltneutronen erzeugt werden und solchen Impulsen, die durch Gammaquanten induziert wurden. Die Einstellungen am Integraldiskriminator 38 werden so gewählt, daß nur Impulse von schnellen Neutronen die Mischstufe 40 erreichen. Die beiden Ausgänge der Mischstufe führen über je eine Torstufe 42 an die elektronischen Zähler 44. Die beiden Torstufen 42 werden von den Delay-Generatoren 46 zeitlich
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so angesteuert, daß sie gemäß den Rechteckkurven 72 und 74 in Figur 2 öffnen, also nach einer Zeit Td2 für eine '". Zeitdauer T^2 bzw. nach einer Zeit T31 für eine Zeitdauer Tkl· Die Zeiten T^1 und Td2 werden dabei jeweils vom Erzeugen des schnellen monoenergetischen Neutronenimpulses 64 an (Fig. 2) gemessen. Da das Erzeugen des Neutronenimpulses periodisch wiederholt wird, werden die Torstufen tf2, wie in Figur 3 angedeutet, vom Tastfrequenzgeber 48 des Neutronengenerators 20 gesteuert. Sind die Torstufen 42 auf, werden die Impulse auf die Zähler 44 gegeben.
Ein Monitorsystem, bestehend aus einem Neutronendetektor 47, ladungsempfindlichem Vorverstärker 50, Linearverstärker 52, Integraldiskriminator 54 und Zähler 58 registriert eine dem Produkt aus Neutronenfluß und Meßzeit proportionale Impulszahl.
Der Zähler 58 ist ein Vorwahlzähler, der bei Erreichen einer bestimmten, vorgegebenen Impulszahl den Meßvorgang stopt,
also den Neutronengenerator 20 abschaltet. Das Monitorsystem normiert die Messungen auf gleiche Neutronenflußzeit. Am Ende der Messung wird das von den Zählern 44 registrierte Meßergebnis vom Drucker 60 angegeben und in geeigneter Weise weiterverarbeitet. Anstelle des Druckers 60 kann auch
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ein Prozeßrechner 62 eingesetzt werden, der neben der Auswertung der Meßdaten auch die Steuerung des gesamten Meßvorganges übernimmt.
Figur 4 veranschaulicht die Auswahl.des für den vorliegenden Zweck günstigsten Detektors.
Für die zu verwendenden Detektoren für schnelle Neutronen erhebt sich zunächst die Forderung nach einer möglichst hohen Nachweiswahrscheinlichkeit für schnelle Neutronen (Spaltneutronenspektrum). Andererseits muß der Detektor unempfindlich gegen den gleichzeitig vorhandenen und die Spaltungen bewirkenden thermischen und epithermischen Neutronenfluß sein. Ein drittes Kriterium für die Auswahl der Detektoren ergibt sich aus der Forderung, auch bestrahlte Brennstoffelemente auf ihren Spaltstoffgehalt untersuchen zu können, was Gammaunempfindlichkeit des Detektors bis zu hohen Dosisleistungen verlangt. Keiner der üblichen Detektortypen für den Nachweis schneller Neutronen, vorzugsweise Plastikszintillatoren, He-3-Zählrohre, Spaltkammern usw. erfüllt alle drei Bedingungen gleichzeitig.
Es mußte daher ein Vergleich dieser Detektoren im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit für die gestellte Aufgabe anhand
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ORIGINAL. INSPECTED
der experimentell bestimmten Neutronen- und Gammaempfindlichkeiten verschiedener Plastikszintillatoren und eines He-3-Zählrohres sowie der Herstellerangaben über Spaltkammern mit verschiedenen Elektrodenbelegungen angestellt werden. Die wesentlichen Daten dieser Detektoren sind dazu in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt:
Nachweiswahrscheinliehkeiten verschiedener • Detektoren für schnelle (PoBe-)Neutronen(.£ ) und für Co6O- /-Strahlung
Detektoren Literatur-,
Hersteller-
Angaben
fn
cps/FE		 N
£n
cps/FE		 achweiswahi
Exper:
ef
cps/mr/h		 ? s ehe ir
Lmente!
D,"
-- max
r/h		 llichkeiten
Ll -
Bemerkungen
Plastikszinti .llatoren
NE 150
(2"0x16mm)
NE 213
(2"0x2")		 2
2 '		 0,1
0,2		 0,002
0,008		 0,1
0,025		 Pulsform-
diskrimi-
nierung
NE H51
(2"0xl6 mm)		 0,5 0,3 10"5 10 Pulshöhen
diskrimi
nierung
He-3-
Zählrohr		 5.1O"3 l,5.1O"3 0 .%, 10 ti
U238-Spalt-
kammer
Np-237-
Spaltkammer		 3,4.10
2,9.10 H 		- 0
0		 10^
Maximalwert für kommerzielle Spaltkammertype
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Die Dosisleistung D/ ist als derjenige Grenzwert definiert, oberhalb dessen die ί-Empfindlichkeit des betreffenden Detektors infolge "pile up" stark über den in der Tabelle angegebenen V7ert ansteigt.
Die Tabelle zeigt4 daß Detektoren mit guter Nachweiswahrscheinlichkeit für schnelle Neutronen = auch hohe Gamma-
cn
empfindlichkeit besitzen, während ganunaunempfindliehe Detek toren auch ein schlechtes <f aufweisen. Mit Ausnahme der
Spaltkammern erfordern alle Detektoren eine etwa 20-25 cm dicke Bleiabschirmung gegen den Prüfkörper, um die hohe
Λ-Dosisleistung an der Oberfläche bestrahlter Brennstoffelemente auf die zulässige Grenzdosisleistung D^i herabzusetzen. Da die Ä-AbSchwächung in Blei um Größenordnungen höher ist als die Neutronenabschwächung, werden dadurch
Detektoren mit hoher Neutronen-Nachweiswahrscheinlichkeit für das beschriebene Meßverfahren begünstigt.
Es war derjenige Detektortyp zu suchen, welcher bei vorgegebener Oberflächen- /-Aktivität DQ des zu untersuchenden
Brennstoffelementes die höchste Spaltneutronen-Zählrate bei möglichst kleiner Untergrundzählrate liefert. Bei vorgegebenem Spaltneutronenfluß an der Oberfläche des Brennelements ist die Nachweisempfindlichkeit c multipliziert
009840/0661 original inspected
mit einem Geometriefaktor fixeo s der die Abschwächung des Neutronenflusses in Abhängigkeit von der Bleidicke zwischen Brennelementoberfläche und Detektor angibt, direkt der Spaltneutronen-Zählrate proportional. Das Produkt f * χ wurde unter Zuhilfenahme von bekannten Abschwachungsfaktoren für ein typisches Spaltprodukt-/-Spektrum in Blei und des gemessenen Abschwächungsfaktors f für Spaltneutronen in Blei mit den - -Werten aus der vorstehenden Tabelle für
- η
die einzelnen Detektoren wie folgt berechnet:
Zu jeder Oberflächenaktivität Dn wurde zunächst diejenige Bleidicke ermittelt, durch welche Dn auf den für den betreffenden Detektor maximal zulässigen Wert D/ abgeschwächt wird. Der zu dieser Bleidicke dp, gehörige Wert von ίσ ergibt dann multipliziert mit,- die gesuchte Größe. Der Geometriefaktor f ist dimensionslos und so
geo
normiert, daß er an der Oberfläche des Brennelements den Wert 1 annimmt. In Figur 4 ist die Abhängigkeit des Produktes f xc von der Gamma-Dosisleistung Dn an der geo "η υ
Oberfläche des Brennelements dargestellt. An jeder Kurve in diesem Diagramm ist die jeweils zugrundegelegte Gamma-Dosisleistung am Ort des Detektors angegeben. Figur 4 zeigt, daß unabhängig von der Oberflächenaktivität des Brennelements der Plastikszintillator NE 451, also ein Plastikszintillator vom Skarvag-Typ stets die höchste Spaltneutronen-Zählrate liefert. Mehr als eine Größenordnung unempfindlicher als alle organischen Szintillatoren sind sowohl He-3-
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ORIGINAL INSPECTED
Zählrohre als auch Spaltkammern. Ein weiterer Vorteil der Szintillatoren ist ferner die Tatsache, daß sie kaum noch den Neutronenfluß am"Ort des Brennelementes beeinflussen, da sie wegen ihrer Gamma-Empfindlichkeit im Mittel 20-30 cm xtfeit von der Brennelementoberfläche entfernt angeordnet werden müssen.
Der Szintillator von Skarvag-Typ liefert auch gute Ergebnisse hinsichtlich der Untergrundzählrate. Für den Brems· zeitbereich der Pu239-Resonanz bei 0,3 eV und für optimale Schwelleneinstellung an dem Integraldiskrimxnator ergab sich bei gepulstem Meutronengenerator (Betrieb mit maximaler Quellenstärke) eine Untergrundzählrate von 0,2 cps pro Detektor, von der 0,05 cps auf die natürliche Untergrundzählrate entfallen.
Im selben Energiebereich ergab eine Eichprobe eine Spaltneutronen-Zählrate von etwa 20 cps, so daß für das Signalzu-Untergrund-Verhältnis ein Wert von ca. 100 erreicht wurde.
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ORIGINAL INSPtCTED

Claims (9)

18 - 10. März 1969
- IKT.
Patentansprüche
fl·) Vorrichtung zur zerstörungsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Prüfkörper, z.B. dem Brennstoffstab oder dem Brennstoffelement eines Kernreaktors, bei welcher der' Prüfkörper in einem schweren Moderator angeordnet und mit Neutronen bestrahlt wird, indem in dem Moderator ein gegenüber der Abbremszeit im Moderator kurzer Impuls monoenergetischer schneller Neutronen erzeugt und die Zahl der prompten Spaltneutronen, welche bei den durch die Bestrahlung hervorgerufenen Kernspaltungen im Prüfkörper auftreten, in verschiedenen Zeitintervallen, entsprechend unterschiedlichen mittleren Energien der im Moderator abgebremsten bestrahlenden Neutronen mit Detektoren bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Moderator Blei ist und daß als Detektor (26) für die Spaltneutronen wenigstens ein Rückstoßprotonenzähler, vorzugsweise ein Plastikszintillator, vorgesehen ist.
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2. 'Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (26) durch eine Bleischicht gegen die hohe Gammastrahlung eines bestrahlten Prüfkörpers (16) abgeschirmt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor (26) ein Plastikszintillator vom Skarvag-Typ dient.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Moderator ein annähernd quaderförmiger, kubischer oder zylindrischer Bleiblock (10) dient, der zwei sich annähernd im Mittelpunkt des Bleiblocks treffende Kanäle (12, I1O aufweist und daß ein erster der Kanäle (12) zur Aufnahme eines Prüfkörpers (16) eingerichtet und in den anderen, zweiten Kanal (14) das Target (18) eines Neutronengenerators (20) bis in die Nähe des Kanaltreffpunktes eingeführt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu dem ersten Kanal (12) eine Mehrzahl v/eiterer
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ORIGINAL INSPECTED
Meßkanäle (24) längs des Prüfkörpers (16) vorgesehen sind, die je wenigstens einen Detektor (26) aufnehmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, " dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoren (26) weiterer Meßkanäle (24) stern- . förmig in einer Ebene senkrecht zum Prüf körper-, (16.) angeordnet sind und der Prüfkörper (16) schrittweise an der Detektoranordnung vorbeischiebbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßkanäle (24) zur Aufnahme der Detektoren (26) in mehreren parallelen Ebenen senkrecht zum Prüfkörper (16) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Meßkanal (24) einen Integraldiskriminator (38) zur Unterscheidung der Impulse, die von schnellen Neutronen hervorgerufen sind, von solchen Impulsen, die von Gammaquanten herrühren, enthält, und daß ferner in jedem Meßkanal eine zeitgesteuerte Torstufe (42) vorgesehen ist und die Torstufen (42) in unterschiedlichen Zeitintervallen und Zeitabständen (T,,, , T,J nach dem besagten Impuls (64) monoenergetischer schneller Neutronen den Impulsdurchgang zu je einem Zähler (44) freigeben.
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ORIGINAL IN^fefefig
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch vienigstens einen auf den gesamten Neutronenfluß der Neutronenquelle ansprechenden Monitor-Zählkanal mit einem Detektor und einem die Torstufen (42) bei Erreichen einer vorgegebenen Impulszahl sperrenden Vorwahlzähler (58).
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DE19691912982 1969-03-14 1969-03-14 Vorrichtung zur zerstoerunsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Pruefkoerper Pending DE1912982A1 (de)

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