DE2239226A1 - Neutronendetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fremdenergiefreien Neutronendetektor mit einem neutronenempfindlionen Emitter und einem diesen vorzugsweise in Form eines Rohres umgebenden Kollektors sowie mit einem Isolierstoff zwischen Emitter und Kollektor, insbesondere für den Einsatz in Druckwasserreaktoren. Mit fremdenergiefrei ist gemeint, daß Emitter und Kollektor des Detektors keine Hilfsenergie, etwa in Form von Elektrizität zugeführt erhalten, sondern Im Sinne des Begriffes "self-powered" nur durch Strahlung aktiviert werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Gamma-Empfindlichkeit bekannter Neutronendetektoren zu kompensieren, da diese zu einer Störung der Neutronenflußmessung führt.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Emitter zwei Materialien verschiedener Neutronen- und Gamma-Empfindlichkeit, deren Menge und Anordnung gegenüber dem Kollektor eine Kompensation der Gamma-Empfindlichkeit des Detektors bewirkt. Die Materialien können so ausgewählt werden, daß die Kompensation mit möglichst geringem Aufwand erreicht wird. Dafür gibt es im wesentlichen zwei Möglichkeiten, die später näher erläutert werden. Im übrigen kann der Emitter eines Detektors nach der Erfindung auch mehr als zwei Materialien aufweisen, sofern nur die Kompensation der Gamma-Empfindlichkeit durch mindestens zwei dieser Materialien erreicht wird.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung dient zur Kompensation zusätzliches gamma-empfindliches Material» das praktisch nicht neutronenempfindlich ist. Man hat dann zwei Emitter- ^810/0535

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teile, von denen der eine neutronenempfindliche in bezug auf die Gamma-Empfindlichkeit mit Hilfe des neutronenunempfindlichen gamma-empfindlichen Emitterteils kompensiert wird. Durch den gemeinsamen Kollektor sind dann die beiden Emitterteile zu einem einzigen Detektor mit den gewünschten Eigenschaften vereinigt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß gleichzeitig auch ein von der Aktivierung des Isolierstoffes, z.B. des Aluminiums bei einem Aluminiumoxid-Isolator, herrührender Störstrom eliminiert werden kann. Zweckmäßig verwendet man gamma-empfindliches, neutronenunempfindliches Material mit annähernd der gleichen Ordnungszahl wie das neutronenempfindliche Material, dessen Gamma-Empfindlichkeit kompensiert werden soll. Anderenfalls muß man die Massen entsprechend im Verhältnis zu den Ordnungszahlen ungleich machen, um eine Gamma-Kompensation zu erhalten.

Die zwei Emittermaterialien können vorteilhaft in Form von Drähten mit ehfachem Querschnitt, insbes. Kreisquerschnitt, parallelachsig in einem zylindrischen Kollektor angeordnet sein. Als einfacher Querschnitt sind darüber hinaus Quadrat und Rechteck anzusehen. In bezug auf die Wirkung besonders günstig sind jedoch Querschnittsformen der beiden Emittermaterialien, die dem umgebenden Kollektor angepaßt sind. Die beiden Emitterteile, also insbesondere die beiden Drähte, können mit den Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sein, dessen Ausgang unmittelbar eine Größe entsprechend dem Neutronenfluß und ohne Anteile der Gamma-Strahlung liefert.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet man zwei Emittermaterialien, deren Gamma-Empfindlichkeit in bezug auf das Kollektormaterial umgekehrte Polarität hat, und setzt sie zu einem einzigen Emitter eines gamma-kompensierten Detektors zusammen. Man hat also nicht mehr zwei getrennte Emitterteile unterschiedlicher Neutronen-Empfindlichkeit, deren Meßwerte zur Gamma-Kompensation verarbeitet werden, sondern einen gemeinsamen Emitter, dessen meßbarer Strom gegenüber dem Kollektor bereits gamma-kompensiert ist und dem Neutronenfluß entspricht.

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Die "beiden Materialien sind über das Emitter-Volumen zweckmäßig gleichmäßig verteilt. Dabei kann es ausreichen, eine relativ grobe Unterteilung vorzusehen· Zum Beispiel können die Komponenten des Emitters in Form von Abschnitten eines in der Achse des Kollektors verlaufenden Stabes angeordnet sein. Eine feinere Verteilung erhält man unter Umständen dadurch, daß die Komponenten des Emitters in Form von Drähten miteinander verdrillt angeordnet sind. Je feiner die einzelnen Drähte ausgebildet werden können, um so gleichmäßiger ist die Verteilung.

Besonders günstig läßt sich die Verteilung dadurch vergleichmäßigen, daß die Komponenten des Emitters in Pulverform in einem Isolierstoffrohr angeordnet sind. Das Isolierstoffrohr dient einmal als formgebender Behälter für den Emitter, zum anderen als Isolator gegenüber dem Kollektor. Außerdem kann es Träger des Kollektors sein. Zum Anschluß des Pulvers an ein Meßgerät kann ein Draht in das Pulver gesteckt werden. Noch einfacher ist es unter Umständen, das Isolierstoffrohr innen zu metallisieren, um eine Anschlußmöglichkeit zu schaffen.

Zur näheren Erläuterung werden im folgenden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele beschrieben.

In Fig. 1 ist in einem Längs- und einem Querschnitt in etwa zehnfach vergrößertem Maßstab ein fremdenergiefreier ITeutronendetektor dargestellt, der einen zylindrischen Kollektor 1 mit zwei Emitterteilen 2 und 3 umfaßt. Zu beachten ist allerdings, daß die Länge des Detektors das Hundertfache des Durchmessers und mehr beträgt. ■ . ■

Die Emitterteile 2 und 3 sind voneinander und vom Kollektor durch ein Isoliermaterial 5 auf gleichmäßigem Abstand gehalten. Das eine Ende des Kollektors 1 ist mit einer metallischen Kreisscheibe 6 abgeschlossen, in die der Mantel 7 eines keramikisolierten Mantelkabels mit kleinerem Außendurchmesser dicht

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eingesetzt ist. Durch das Rohr führen zwei Drähte 8 und 9, die mit dem gleichen Isolierstoff 10 wie der Isolierstoff 5, voneinander getrennt sind. Die gegenüber liegende Stirnseite iat mit einer metallischen Scheibe 12 dicht verschlossen.

Der Kollektor 1 besteht aus nicht neutronenempfindlichem Material, z.B. aus einer Nickel-Legierung oder einem nichtrostenden Stahl. Pur den gamma-empfindlichen Emitterteil 2 wird ebenfalls eine Nickel-Legierung, z.B. Inconel, verwendet. Der neutronen- und gamma-empfindliche Emitterteil 3 kann aus einem Werkstoff bestehen, der annähernd die gleiche Ordnungszahl wie der Emitter 2 aufweist. Zu diesem Zweck kann man für Inconel als Emitterteil 2 z.B. Kobalt oder Vanadium für den Emitterteil 3 verwenden. Der Isolator ist zweckmäßig ein keramischer Werkstoff im Hinblick auf die hohen Temperaturen, da der Neutronendetektor nach der Erfindung insbesondere zur Kerninstrumentierung von Druckwasserreaktoren verwendet wird.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel mit dem gleichen Maßstab wie die Fig. 1 hat einen zusammengesetzten Emitter 15, der aus zwei Komponenten in möglichst gleichmäßiger Verteilung zusammengesetzt ist. Die Teile sind zylindrische Körper mit Vorsprüngen 16, die in Ausnehmungen 17 des benachbarten Teils greifen und z.B. durch Hartlöten elektrisch gutleitend miteinander verbunden sind. Dabei wechseln gleiche Teile 20 mit Teilen 19 ab, deren Materialien im Zusammenwirken mit dem Kollektor Gamma-Empfindlichkeiten verschiedener Polarität ergeben. Für die Teile 19 kommt Tantal, Zirkonium und Platin in Betracht. Das dazu gehörige Material für die Teile 20 ist vorzugsweise Kobalt. Ferner ist die Paarung Vanadium-Rhodium gut geeignet.

In Fig. 3 sind die beiden Komponenten in Form von Litzendrähten aus den Materialien 22 und 23 ausgeführt, die miteinander verdrillt sind. Für die Materialien 22 und 23 gilt das für die Teile 19 und 20 der Figur 2 Gesagte entsprechend.

In Fig. 4 ist ein Diagramm gezeigt, das die Zusammensetzungs-

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möglichkeiten des Emitters erkennen läßt. Auf der Abszisse ist die Ordnungszahl ZE 1 des Emittermaterials Nr. 1 aufgeführt, auf der Ordinate der prozentuale Anteil des zugehörigen Emittermaterials Nr. 2 bei günstigster Gamma-Kompensation, für das Kurvenscharen mit bestimmten Ordnungszahlen ZE 2 gezeichnet sind. Nimmt man z.B. für Material Nr. 1 Kobalt mit der Ordnungszahl 'und als Material Nr. 2 Platin mit der Ordnungszahl 78, so erhält man den Anteil des Platins im Punkt A mit ca. 7$. Bei diesem Diagramm liegen die auch in den Fig. 2 und 3 dargestellten Abmessungen des Detektors zugrunde, wo der Emitter einen Durchmesser von 2 mm, der Kollektor eine Wandstärke von 1/4- mm und der Isolator eine Stärke von 0,5 mm aufweist. Als Material für den Kollektor wurde Inconel 600 vorausgesetzt. Bei anderen Abmessungen des Querschnittes, z.B. anderen Kollektor- oder Isolatordicken verschiebt sich die Kurvenschar.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Isolierstoff rohr 25, das an beiden Enden mit Isolierstoffstopfen und 27 begrenzt ist, ein pulverförmiges Gemisch 28 der beiden* Materialien enthält. Diese Pulverfüllung bildet den Emitter 15· Als elektrischer Anschluß ist ein zentrischer Draht 30 in das Gemisch 28 gesteckt, der durch den S,topf.en 27 nach außen führt. Alternativ kann der Anschluß durch Kontaktieren einer Innen-Metallisierung des Isolierstoffrohres 25 hergestellt werden.

12 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims (1)

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   Patentansprüche;

   Fremdenergiefreier Neutronendetektor mit einem neutronenempfindlichen Emitter und einem diesen vorzugsweise in Form eines Rohres umgebenden Kollektors sowie mit einem Isolierstoff zwischen Emitter und Kollektor, insbesondere für den Einsatz in iJruckwasserreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter zwei Materialien (2,3) verschiedener Neutronen- und Gammaempfindlichkeit umfaßt, deren Menge und Anordnung gegenüber dem Kollektor eine Kompensation der Gamma-Empfindlichkeit des Detektors bewirkt.

   2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation zusätzliches gamma-empfindliches Material (2) dient, das praktisch nicht neutronenempfindlich ist.

   3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche gamma-empfindliche Material (2) annähernd die gleiche Ordnungszahl wie neutronenempfindliches Material (3) hat, dessen Gamma-Empfindlichkeit kompensiert wird.

   4. Detektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Emittermaterialien in Form von Drähten (2,3) mit einfachem Querschnitt, insbesondere Kreisquerschnitt, parallelachsig in einem zylindrischen Kollektor (1) angeordnet sind.

   5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drähte (2,3) mit den Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sind.

   6. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Emittermaterialien (19,20,22,23), deren Gamma-Empfindlichkeit in bezug auf das Kollektormaterial (1) umgekehrte Polarität hat, zu einem einzigen Emitter (15) eines gamma-kompensierten Detektors zusammengesetzt sind.

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   '7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Materialien über das Emitter-Volumen gleichmäßig, verteilt sind.

   8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten des Emitters in Form von Abschnitten (19,20) eines in der Achse des Kollektors (9) verlaufenden Stabes (15) angeordnet sind.

   9. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (22,23) des Emitters (15) in Form von Drähten miteinander verdrillt angeordnet sind.

   10. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten des Emitters in Pulverform (28) in einem Isolier stoff rohr (25) 'angeordnet sind.

   ■11. Detektor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen in das Pulver (28) gesteckten Draht (30) zum Anschluß an ein Meßgerät.

   12. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffrohr (25) zum Anschluß des Pulvers (28) an ein Meßgerät innen metallisiert ist.

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