DE1925981C - Thermische Neutronenquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Neutronenquelle, deren Neutronen vom Kern eines thermischen Atomkernreaktors geliefert werden und deren Neutronenenergiespektrum durch elektrische Heizung einer Moderatorzone regelbar ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 062 354 ist für einen Forschungsreaktor bereits eine Einrichtung zur Beeinflussung des Energiespektrums langsamer Neutronen durch Variation der Temperatur der Moderatorzone mittels in dieser Moderatorzone angebrachter regelbarer elektrischer Widerstandsheizelemente bekannt. Dabei befindet sich die heizbare Moderatorzone innerhalb einer ringförmig angeordneten Spaltzone im Core des Forschungsreaktors. Die zu untersuchenden Prüflinge bzw. Meßeinrichtungen werden in den rin Core vorgesehenen Meßkanal eingeschoben. Nachteilig bei dieser bekannten Einrichtung ist, daß durch die Anordnung sowohl der Heizeinrichtung als auch der Meßeinrichtungen bzw. der Halte- und Verpackungseinrichtungen für die Prüflinge innerhalb des temperaturgeregelten Moderatorringes in nicht erwünschter Weise koaxiale elektrische Leitungen und Fremdstoffe in den Bereich des Reaktorcores eingebracht werden, wodurch keine optimalen Testbedingungen mehr gegeben sind. Außerdem sind die Prüflinge während der Bestrahlung nur schwierig und durch evfwendige Fernbedienungseinrichtungen zu handhaben.

Weiterhin ist es schon bekar it, innerhalb eines Reaktors in der Nähe seiner biologischen Abschirmung und vor einem diese Abschirmung durchdringenden Stopfen mit einem darin vorgesehenen rohrförmigen Neutronenleiter einen Block aus Moderatormaterial anzubringen und diesen Block mit einer den Stopfer) verlängernden dichten Hülle zu umgeben (»Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 14, 1958, S. 241).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermische Neutronenquelle mit einer Einrichtung zur Regelung des Neutronenenergiespektrums zu finden, die die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten temperaturgeregelten Neutronenquellen vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer thermischen Neutronenquelle der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise innerhalb des Reaktors, in der Nähe »einer biologischen Abschirmung vor einem eine durch diese Abschirmung führende Zugangsöffnung verschließenden Stopfen ein Block aus Moderatormaterial angeordnet ist, der von einer den Stopfen im Inneren des Reaktors verlängernden dichten Hülle umgeben ist, und daß ein Wellenleiter für elektromagnetische Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist, der einen axial durch den Stopfen führenden Ab' schnitt aufweist und von einem außerhalb der biologischen Abschirmung angeordneten Mikrowellenstrahler erzeugte elektromagnetische Leistung in Richtung auf den Moderatorblock leitet.

Die aus dem Core des Kernreaktors austretenden, vom Moderatorblock gebremsten Neutronen werden nach Durchgang durch den Wellenleiter einer außerhalb der biologischen Abschirmung angeordneten Meß- oder Versuchsanordnung zugeführt, wobei die B'vergie dieser Neutronen durch Veränderung der Temperatur des Moderatorblocks, die durch die vom Wellenstrahlcr zu diesem Block ausgesandten und von übm absorbierten Wellen erzeugt wird, eingestellt werden kann.

Der mit der Erfindung erzielbare technische Fortschritt besteht insbesondere in der Verwendung einer außerhalb des Reaktorcores, vorzugsweise außerhalb des Kernreaktors installierten Heizvorrichtung aus einem Mikrowellenstrahler und einem Wellenleiter für die elektromagnetische Heizstrahlung, der gleichzeitig als Kanal für den thermischen Neutrom nfluß in dient. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die nachteilige Anbringung einer Heizwicklung unmittelbar im Moderator und die Einführung elektrischer Leitungen in den Kernreaktor vermieden.

Abgesehen von diesem Hauptmerkmal besitzt eine Neutronenquelle gemäß der Erfindung weitere zusätzliche Merkmale, die im folgenden genauer erläutert werden und insbesondere die folgenden, einzeln oder in Kombination zu beachtenden Punkte betreffen:

^ao a) Der Wellenstrahler ist ein Zentimeterwellensender, dei insbesondere aus einem Magnetron für technische Heizung mit kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Emission besteht und eine einstellbare Hochfrequenzleistung liefert;

b) der Welleustrahler ist ein Mikrometerwellenstrahler, bestehend aus einem Laserstab;

c) der Wellenstrahler besteht aus einem Lichtbodenofen, der mit einem seine Strahlung zum Moderatorblock lenkenden Parabolumlenkspiegel zusammenwirkt;

d) der Wellenleiter ist an seinem der dichten Hülle entgegengesetzten Ende verschlossen und über eine Absaugleitung mit einer Vakuumpumpanlage verbunden;

e) der Wellenleiter ist an seinem in die dichte Hülle mündenden Ende mit einem einen Übergang zu dieser Hülle bildenden Übergangsstück versehen;

f) der Moderatorblock ist am Boden der dichten Hülle angeordnet und seitlich von einer Schicht aus Wärmeisolationsmaterial umgeben;
g) der Wellenleiter ist teilweise in einem massiven schützenden Halter angebracht, der einen den durch den Stopfen der Abschirmung führenden axialen Abschnitt des Wellenleiters verlängernden Neutronenaustrittskanal aufweist.

Die Erfindung wird genauer erläutert durch die

folgende, eine nur als Beispiel angegebene Ausführungsform betreffende Beschreibung, die sich auf die Zeichnung bezieht, deren einzige Figur einen schematischen Schnitt durch eine Neutronenquelle gemäß der Erfindung zeigt.

Die in dieser Figur gezeigte Neutronenquelle soll thermische Neutronen mit veränderbarer Energie liefern. Diese Neutronen treten aus dem Core eines in der Zeichnung rechts von einer biologischen Abschirmwand 1 gelegenen (nicht gezeigten) Kernreaktors aus. Diese Abschirmwand besitzt eine Zugang zum Core gebende öffnung 2, die normalerweise durch einen Stopfen 3 aus einem Material hoher Dichte verschlossen ist, der eine Sperre für die erzeugten Neutronen bildet. Der Stopfen 3 ist in Rich-

tung des Cores axial durch eine vorzugsweise zylindrische Metallkappe 4 verlängert, die insbesondere aus Aluminium hergestellt und durch Befestigungsschrauben 5 starr und fest mit dem Stopfen 3 ver-

bunden ist. Am Boden 6 dieser Kappe ist ein Block 7 aus einem die Neutronen moderierenden Material angebracht, der insbesondere aus Graphit geformt ist. Vorteilhafterweise ist dieser Block 7 von einer geeigneten Schichte aus einem wärmedämmenden Material umgeben, das aus Graphitfilz oder einem anderen ähnlichen Material hergestellt ist. An der Außenseite des Kernreaktors ist in der Nähe der Abschirmungswand 1 gegen den Stopfen 3 ein massiver Halter 9 angebracht, der ebenfalls aus einem neutronenabsorbierenden Material, insbesondere Blei oder Beton, besteht. Dieser massive Halter 9 ist mit einem Wellenstrahler verbunden, der im betrachteten Ausführungsbeispiel aus einem Magnetron 10 für technische Heizzwecke besteht, das mit einer dauernd einstellbaren Leistung Zentimeterwellen in das Innere eines Wellenleiters 11 liefert. Dieser besitzt einen ersten Abschnitt 12, an den sich über e^;n Rcßsxionselement 13 ein zum ersten Abschnitt senkrechter und axial durch den Stopfen 3 führender zweiter Ab- so schnitt 14 anschließt, der in die Metallkappe 4 an der dem Moderatorblock 7 gegenüberliegenden Seite mündet. Der Übergang zwischen dem Abschnitt 14 des Wellenleiters und der Metallkappe 4 erfolgt mittels eines an der Innenfläche der Metal'kappe angeschweißten Trichters 15. Der gesamte Wellenleiter 11 ist mittels einer Leitung 16 mit einer (nicht gezeigten) Pumpanlage verbunden, wodurch im Inneren dieses Wellenleiters ein Vakuum erzeugt werden kann. Schließlich besitzt der massive Halter 9 in der Verlängerung des Abschnitts 14 des Wellenleiters einen Austrittskanal 17, wodurch die vom Core des Kernreaktors kommenden und durch den Moderatorblock 7 hindurchgegangenen Neutronen aus der Vorrichtung austreten und zu einer Einrichtung geführt werden können, die ein Diffraktometer, ein Spektrometer oder jede andere geeignete Versuchsanordnung sein kann, die insbesondere Messungen der Neutronenabsorptionsquerschnitte bestimmter Materialien ermöglicht.

Durch Veränderung der HGchfrequenzenergie der vom Magnetron 10 gelieferten und durch den Wellenleiter 11 bis zum Moderatorblock 7 übertragenen Wellen erhält man eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Steuerung der Temperatur des Moderatorblocks, die auf die durch ihn gehenden Neutronen einwirk; und ihre Energie entsprechend verändert. Man erhält so eine heiße Neutronenquelle hoher Temperatur, die leicht von außerhalb des Kernreaktors gesteuert werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte AusfUhrungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle Abwandlungen. Insbesondere kann man statt eines Zentimeterwellen liefernden Magnetrons einen Mikrometerwellen liefernden Laserstab oder sogar einen Lichtbogenofen verwenden, dessen Strahlung durch einen an der Stelle des Reflexionselementes 13 angeordneten Parabolspiegel auf den Moderatorblock gerichtet wird, um dauernd auf dessen Temperatur einzuwirken.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Thermische Neutronenquelle, deren Neutronen vom Kein eines thermischen Atomreaktors geliefert werden und deren Neutronenenergiespektrum durch elektrische Heizung einer Moderatorzone regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise innerhalb des Reaktors, in der Nähe seiner biologischen Abschirmung (1) vor einem eine durch diese Abschirmung (1) führende Zugangsöffnung (2) verschließenden Stopfen (3) ein Block (7) aus Moderatormaterial angeordnet ist, der von einer den Stopfen (3) im Inneren des Reaktors verlängernden dichten Hülle (4) umgeben ist, und daß ein Wellenleiter (11) für elektromagnetische Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist, der einen axial durch den Stopfen (3) führenden Abschnitt (14) aufweist und von einem außerhalb dor biologischen Abschirmung (1) angeordneten Mikrowellenstrahler (10) erzeugte elektromagnetische Leistung in Richtung auf den Moderatorblock (7) leitet.

2. Neutronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenstrahler (10) ein Zentimeterwellenstrahler, insbesondere ein eine einstellbare Hochfrequenzleistung lieferndes Magnetron für technische Heizzwecke ist.

3. Neutronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß der Mikrowellenstrahler (10) ein Mikrometerwellenstrahler, insbesondere ein Laserstab ist.

4. Neutronenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenstrahler (10) seitlich zum axialen Abschnitt (14) des Wellenleiters (11) angeordnet ist und daß an der Übergangsstelle des axialen Abschnitts (14) in den seitlich verlaufenden Abschnitt (12) des Wellenleiters (11) ein Reflexionselement (13) vorgesehen ist.

5. Neutronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenstrahler (10) aus einem Lichtbogenofen besteht, der mit einem seine Strahlung zum Moderatorblock (7) lenkenden Umlenkparabolspiegel zusammenwirkt.

6. Neutronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (11) an seinem der dichten Hülle entgegengesetzten Ende geschlossen und über eine Absaugleitung (16) mit einer Vakuumpumpanlage verbunden ist.

7. Neutronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (11) an seinem in die dichte Hülle (4) mündenden Ende mit einem einen Überzug zu dieser Hülle bildenden Übergangsstück (15) versehen ist.

8. Neutronenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderatorblock am Boden der dichten Hülle (14) angeordnet und seitlich von einer Schicht aus wärmeisolierendem Material (8) umgeben ist.

9. Neutronenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (11) teilweise in einem abschirmenden und schützenden Halter (9) angebracht ist, der einen den durch den Stopfen (3) der Abschirmung führenden axialen Abschnitt des Wellenleiters verlängernden Neutronenaustrittskanal (17) besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen