-
Meßeinsatz zur Aufnahme von Neutronenflußprofilen Die Erfindung betrifft
einen Meßeinsatz zur Aufnahme von Neutronenflußprofilen in einem Isotopenkanal eines
Reaktorkernes mit einem Betastrom-Detektor, der aus einem mittels Neutronen aktivierbaren,
elektrische Ladungsträger emittierenden Emitter und einer die elektrischen Ladungsträger
sammelnden Anode besteht, wobei Emitter und Anode Teil einer elektrischen Schaltungsanordnung
sind.
-
Es ist ein Betastrom-Detektorbekannt (Nucleonics, Band 22, Februar
1964, Seite 69). Bei ihm werden Neutronen von einem Emitter absorbiert, der daraufhin
Elektronen emittiert. Diese durchqueren einen Isolator und gelangen zu einem Xollektor,
der mit dem Emitter in einem Strommeßkreis geschaltet ist. Der gemessene Strom ist
proportional den im Emitter absorbierten Neutronen. Als Emittermaterial werden Rhodium
104 und Vanadium 52 verwendet.
-
Diese Detektoren sind zwar von geringer Größe, sind jedoch für die
schnelle Aufnahme eines Flußdichteprofiles über die gesamte Corehöhe
nicht
sonderlich geeignet, da eine Meßzeit von ca. lo Stunden notwendig ist. Diese Zeit
kann ohne unzulässig große Meßfehler nicht unterschritten werden, da eine eindeutige
Proportionalität zwischen Detektorausgangssignal und attivierender Flußdichte nur
bei Verschwinden der Zeitabhängigkeit der Aktivitätsänderung, d.h.
-
bei Erreichen der der aktivierenden Flußdichte entsprechenden Sättigungsaktivität,
besteht. Die Halbwertszeiten von Silber und Rhodium von einigen Minuten erlauben
daher nur Vorschubgeschwindigkeiten dieses Hilborn-Detektors von einigen Millimetern
in der Minute.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit möglichst geringem Zeitaufwand,
bei geringem Abbrand des Emittermaterials, die thermischen Neutronenflußdichteprofile
in den Isotopenkanälen eines Reaktorkerns auch kontinuierlich aufnehmen zu können.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe derart gelöst, daß der feststehende
Emitter sich zumindest über einen Teil der Lange des aufzunehinenden Profils im
Isotopenkanal erstreckt und daß die Anode gegenüber dem Emitter bewegbar ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Emitter ein Band oder Draht aus z.B. Silber oder Rhodium ist, das zwischen
denvenchlußstücken eines Meßeinsatzhüllrohres aufgespannt ist, und daß die Anode
ein beidseitig offenes 5:ylinderrohr aus z.B. Graphit oder Beryllium ist, das um
den Emitter herum angeordnet und mittels einer Zug- oder SchiebevorriCih iung entlang
der Achse des Emitters bewegbar ist.
-
Eine,andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Emitter ein Rohr aus z.B. Silber oder Rhodium ist, das zwischen den Verschluß
stücken eines Meßeinsatzhüllrohresaufgespannt ist, und daß die Anode ein Stäbchen
aus z.B. Graphit oder Beryllium ist, entlang der Achse im Innern des Rohres mittels
einer 2ng- oder Schiebevorrichtung bewegbar ist.
-
Die (besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber be-Kanten
Einrichtungen dieser Art sind, daß der Emitter während der
Profilaufnahme
ortsfest bleibt, so daß zur eindeutigen Interpretation des Meßsignals nicht, wie
beim Verschieben eines Hilborn-Detektors, die Sättigungsaktivität des Emitters für
jeden Meßpunkt abgewartet werden muß, daß die nicht oder wenig aktivierbare Anode
in Längsrichtung auf dem Emitter verschiebbar ist, daß die Anode allseitig derart
isoliert ist, daß Ionisationskammereffekte vermieden werden, aber die vom Emitter
ausgehenden Ladungsträger die Anode erreichen können, daß die Anode so beschaffen
ist, daß alle oder die meisten Ladungsträger, die vom Emitter her auftreffen, absorbiert
werden und daß anstelle des Drahtes oder Bandes als Emitter auch ein Rohr aus gleichem
oder ähnlichem Material eingesetzt werden kann, in dessen lichtem Querschnitt in
Längsrichtung verschiebbar, ein allseitig isolierter Körper aus wenig aktivierbarem
Material als Anode angeordnet ist.
-
Ein weiterer Vorteil dieser Meßeinrichtung ist darin zu sehen, daß
z.B. die Meßzeit für die kontinuierliche Aufnahme eines thermischen Neutronenflußdichteprofiles
in einem Isotopenkanal eines Forschungsreaktors (FR2 in Karlsruhe) über eine Höhe
von 2500 mm nach E-rreichen der Sättigungsaktivität des Emittermaterials nur enige
Minuten in Anspruch nimmt.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Aus führungsbei:piels
mittels der Figur und eines Diagrammes näher beschrieben.
-
Die Zeit für eine Profilaufnahme in einem Isotopenkanal eines Reastorkernes
läßt sich auf wenige Minuten verkürzen, wenn ein Draht oder ein Band (Emitter) mit
genügend großem Aktivierungsauers änitt und kurzer Halbwertszeit (z.B. Rhodium 103,
Silber 107 und l0', Vanadium usw.) in gestreckter Länge in ein Neutronenfeld gebracltt
wird, dessen Flußdichteprofil bestimmt werden soll. Nach etwa fünf Halbwertszeiten
hat praktisch der Emitter seine, der aktivierenden Flußdichte entsprechende Sättigungsaktivität
erreicht. Die entstehenden aktiven Tochterisotope, z.B. Silber 108 und 110, Rhodium
104 und 104 m, des Emittermaterials zerfallen unter Emission von Ladungsträgern,
z.B. Elektronen von ungefähr 2 MeV Energie bei Silber als Emittermaterial.
-
Nach der Figur liegt der Emitter 1 aus Silber-, Rhodium- oder Vanadiumdraht
bzw. Band auf Erdpotential. Der Emitter 1 ist in einem Meßeinsatzhüllrohr 2 aus
z.B. Aluminium-Magnesium ALM 3 konzentrisch eingespannt. Die Einspannung erfolgt
an den beiden Verschlußstükken 9 und 10 des Meßeinsatzhüllrohres. Das Verschlußstück
9 ist ein Stopfen, der mittels einer Schraube 11 gegen Verdrehungen arretiert ist.
Durch eine Bohrung 12 ist der Emitter 1 hindurchgeführt, umgebogen und mittels einer
Schraube 23 am Verschlußstück 9 befestigt. Das andere Verschlußstück 10 bildet ebenfalls
einen Stopfen, der die Mittelbohrung 13 aufweist, durch die der Emitter 1 ebenfalls
hindurchgeführt ist. Die Bohrung 13 endet in einer erweiterten Bohrung 14, in der
eine Feder 15 angeordnet ist, die einen Bolzen 16 gegenüber dem Verschlußstück 10
federlagert. Der Bolzen 16 ist mit dem Ende des Emitters 1 verbunden, so daß der
Emitter 1 im Meßeinsatzhüllrohr 2 immer gespannt ist.
-
Gegenüber diesem Emitter 1 ist die Anode 8, z.B. aus Graphit oder
Beryllium,in Längsrichtung frei beweglich. Die Anode 8 bildet ein Röhrchen wählbarer
Länge, z.B. 50 mm, das elektrisch leitfähig ist.
-
Die Anode 8 selbst ist über ein inneres IsolierröhTchen 3 aus Aluminium-
oder Berylliumoxid gegenüber dem Emitter 1 isoliert. Das innere Isolierröhrchen
3 hat einen Querschnitt, der der Form des Emitters 1 angepaßt ist, d.h. es hat einen
schlitzförmigen Querschnitt, wenn der Emitter 1 ein Band ist und es hateins kreisförmigen
Querschnitt, wenn der Emitter 1 ein Draht ist. Jedoch ist der lichte Durchmesser
des inneren Isolierröhrchens 3 etwas größer als der Außendurchmesser des Emitters
1, so daß das Isolierröhrchen 3 und mit ihm die Anode 8 entlang der Achse des Emitters
1 frei bewegt werden kann.
-
Um die Anode 8 ist ein äußeres Isolierrohr 4 aus Aluminium- oder Berylliumoxid
aufgelegt und umschließt sie vollständig. Das äußere Isolierrohr 4 dient zur Isolation
der Anode 8 gegenüber dem Meßeinsatzhüllrohr 2. Die beiden Stirnseiten 18 und 19
sowohl des äußeren Isolierrohres 4 als auch der Anode 8 sind mittels eines Klebers
7 und 17 aus Keramikkitt auf Al 203 - oder Berylliumoxid-Basis gegenüber dem inneren
Isolierröhrchen 3 befestigt. Die Anode
8 ist mittels des Kontaktes
20, z.B. einem Draht, mit einer nicht näher dargestellten elektrischen Schaltungsanordnung
verbunden.
-
Der Kontakt 20 ist ebenfalls im Kleber 7 mechanisch befestigt und
wird über einen zweiadrigen Mantelleiter 5 aus dem Meßeinsatzhüllrohr 2 durch den
Verschlußstopfen 10 hindurch zur elektrischen Schaltung geführt. Der zweite Leiter
21 im Mantelleiter 5 dient als Kompensationsleitung. Durch Aktivierung und Comptonstreuung
entsteht nämlich entlang der im Strahlenfeld befindlichen Zuleitung bzw. Mantelleiter
5 ein parasitärer Strom, der sich dem Meßsignal überlagert. Dieser Effekt wird durch
gleichzeitiges Bestrahlen der Kompensationsleitung 21 ausgeglichen. Die Kompensationsleitung
21 wird über eine nicht näher dargestellte Wiederstandsanordnung zur additiven Spannungsüberlagerung
mit der Meßleitung verbunden Zur mechanischen Halterung von Mantelleiter 5 gegenüber
dem Detektor dient eine Zugentlastung 6, welche sowohl am Mantelleiter 5 als auch
am inneren Isolierröhrchen 3 befestigt ist.
-
Die Verschiebebewegungen der Anode 8 gegenüber dem Emitter 1 erfolgen
über den Mantelleiter 5. Dazu ist der Mantelleiter 5 durch eine Bohrung 22, welche
parallel zur Bohrung 13 verläuft, durch den Verschlußstopfen 10 hindurchgeführt.
Die Verschiebebewegungen des Mantelleiters 5 bzw. der Anode 8 gegenüber dem Emitter
1 erfolgen mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Hubwerk, welches im wesentlichen
aus einem motorgetriebenen Differentialnullgetriebe mit Abgangsdrehzahlen für beide
Motordrehrichtungen und einem nachgeschalteten untersetzten Stirnradgetriebe bestehen
kann. Hiermit können Hub- und Senkgeschwindigkeiten zwischen 1 mm pro Minute und
400 mm pro Minute stufenlos eingestellt werden. Als Geschwindigkeitsanzeige kann
ein geeichtes Drehspulinstrument dienen, das von einem Tacho-Generator am Abgang
des Differentialnullgetriebes beaufschlagt wird. An der Hubwelle selbst kann ein
Positionsgeber angeflanscht sein. Mit diesem Hubwerk ist sowohl eine punktweise,
wie auch eine kontinuierliche automatische Aufnahme von Flußprofilen entlang der
Isotopenkanalachsen ermöglicht. An einem Zwei-Koordinaten-Kompensographen (nicht
näher dargestellt) kann gleichzeitig die Detektorposition und auch das Detektorsignal
registriert werden. - - -
Anstelle des Emitterdrahtes 1 bzw.-Bandes
kann auch der Emitter 1 derart ausgebildet sein, daß er ein Röhrchen bildet, welches
innerhalb des Meßeinsatzhüllrohres 2 aufgespannt ist. Im Innern des Emitterröhrchens
kann dann eine stab- oder drahtförmige Anode, isoliert gegenüber diesem Emitter,
angeordnet werden, welche wiederum über einen dem Mantelleiter 5 entsprechenden
Mantelleiter mittels des gleichen oder eines anderen Hubwerkes im Innern des Emitterröhrchens
bewegt werden kann.
-
Die thermischen Neutronen und auch andere Neutronen treffen von allen
Seiten auf das Meßeinsatzhüllrohr 2 und damit auch auf den Emitter 1 auf. Der Emitter
1 wird nach ca. fünf Halbwertszeiten zu einer Sättigungsaktivität angeregt und emittiert
schnelle Elektronen. Die den Emitter 1 verlassenden Elektronen oder andere Ladungsträger
werden von der Anode 8 absorbiert. Die Ladungsträger durchdringen das innerc Isolierröhrchen
3 und laden die Anode 8 entsprechend ihrem Vorzeichen elektrisch auf. Die sich zwischen
Emitter 1 und Anode 8 einstellendc Potentialdifferenz treibt einen Strom durch den
nicht näher dargestellten äußeren Meßkreis, dessen Größe ein Maß für die mittlere
Aktivität des von. der Anode 8 gerade überdeckten Bereiches des Emitters 1 und damit
für die Größe der mittleren aktivierenden Neutronenflußdichte an dieser Stelle ist.
N Eine derartige Messung ist in dem Diagramm dargestellt. Es ist die Höhe in Meter,
und zwar die Höhe des Detektors gegenüber der Nullage; im Isotopenkanal bzw. im
Meßeinsatzhüllrohr 2 gegenüber einer thermischen Neutronenflußdichte in willkürlichen
Einheiten aufgetragen. Kurve A stellt die Messung bei einem hubvorgang und die Kurve
B bei einem Senkvorgang dar. Beide Kurven stirnmen in etwa überein. Sie sind kontinuierlich
aufgenommen.