DE2343143C2 - Für den Einsatz bei der Messung von Temperaturen bei Neutronenstrahlungsbedingungen geeignetes Thermoelement - Google Patents

Description

Der Betrieb von Kernreaktoren erfordert eine genaue Messung und Lenkung der Temperatur im Reaktor. Genaue Temperaturmessungen bei Kernreaktionsbedingungen sind jedoch nicht leicht erzielbar. Für den Einsatz In solchen Umgebungen ausgelegte Thermoelemente müssen bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, z. B. von etwa 1000 bis mindestens 2000° C, zufriedenstellend arbeiten und müssen eine Thermo-EMK abgeben, die bei starker Neutronenstrahlung nicht nachteilig beeinflußt wird.

Das einzige praktikable Mittel zur genauen Messung und Lenkung der Temperatur bei Kernreaktorarbeiten oder beim Prüfen von Reaktormaterialien Im PHe stellen Thermoelemente dar. Das Thermoelement kann während eines solchen Einsatzes langzeitig Neutronenfluß ausgesetzt sein und kann Kernreaktionen unterliegen, die seine Zusammensetzung und dementsprechend seine thermoelektrlschen Eigenschaften verändern.

Der Grad der In dem Thermoelement herbeigeführten Veränderung hängt von dem Neutronenfluß, der Einwirkdauer von Strahlung, dem Neutronenelnfangquerschnltt der Bestandteile des Thermoelements und der Halbwertszeit der gebildeten Isotope ab. Der Neutronenelnfangquerschnltt eines Kerns wird In Quadratzentimeter und aus Zweckmäßigkeitsgründen gewöhnlich In der Einheit barn (1 bavn gleich 1O²⁴ cm²) ausgedrückt und gibt die Wahrscheinlichkeit wledei, mit der je Fluß- und Zelteinheit ein Kern ein ankommendes Teilchen einfängt. Wenn eine Kernreaktion zur Bildung eines radioaktiven Isotops führt, das dann In ein Isotop eines anderen Elements zerfällt, tritt eine Umwandlung von einem Element In ein anderes ein. In dem einen oder anderen Falle erzeugt eine Kernreaktion auch ein Isotop, das nicht radioaktiv Ist. Hler stellt sich keine Umwandlung ein, bis das Isotop einer weiteren Kernreaktion unterliegt und ein radioaktives Isotop gebildet wird. Das Gesamtergebnis der Umwandlung von einem Element In ein anderes Ist eine Veränderung der Zusammensetzung des Strahlung unterliegenden Materials. Bei einem Thermoelement-Material führt jede Veränderung der Zusammensetzung zu einer Veränderung der EMK. Auf diese Welse steift ein Wolfram-Rhenium-Thermoelement, das bei gewöhnlichen Hochtemperatur-Bedingungen brauchbar ist, bei den Bedingungen starken Neutronenflusses nicht zufrieden, da die Elemente ziemlich rasch einer Umwandlung In Osmium unterliegen und die Thermo-EMK des Thermoelementf sich ziemlich rasch verändert. Andererseits ist Platin/5% Molybdän an Platin/0,1% Molybdän für die Temperaturmessung in Kernreaktoren empfohlen worden, aber ein solches Thermoelement ist nur bis zu etwa 1500° C und möglicherweise für sehr kurze Einwirkzelten von Temperaturen bis zu etwa 1700° C brauchbar (die letztgenannte Temperatur Hegt schon außerordentlich nahe beim Schmelzpunkt des Platin/O,l%-Molybdän-Elements).

Auch ein Moiybdän-Nlob-Thermoelement, das bei den

Bedingungen von Neutronenstrahlung bei niedrigeren

Temperaturen bis zu etwa 1000° C recht stabil ist, ist empfohlen worden, aber diese Kombination zeigt bei höheren Temperaturen einen beträchtlichen Abfall der Empfindlichkeit, und die Weite der EMK in Abhängigkeii von der Temperatur sind wesentlich geringer als bei dem Molybdän-Ruthenium-Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung.

Aus der DE-PS 168 412 ist ein Thermoelement

ic bekannt, dessen eine Elektrode aus Chrom, Molybdän, Wolfram oder Uran bestehen kann, während die zweite Elektrode aus Nickeln besteht.

Weiterhin 1st aus der DE-PS 4 48 474 ein Thermoelement bekannt, dessen eine Elektrode aus einer drei Edelmetalle enthaltenden Legierung bestehen kann, wobei die Legierung unter anderem auch Ruthenium enthalten kann. Als andere Elektrode wird beispielsweise eine Legierung aus Platin und Rhodium verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermoelement zur Verfügung zu stellen, daß bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, z. B. etwa 1000 bis 2000° C, zufriedenstellend arbeitet und eine Thermo-EMK ergibt, die bei starker Neutronenstrahlung nicht nachteilig beeinflußt wird. Die Eii'Indung stellt ein Thermoelement zur Verfügung, das sich für den Einsatz bei Hochtemperaturbedlngungen In Kernreaktoren und anderen Umgebungen, in denen Neutronenstrahlung vorliegt, eignet, wobei ein Schenkel des Thermoelements im wesentlichen aus Molybdän und der andere Schenkel Im wesentlichen aus Ruthenium besteht. Dieses Thermoelement eignet sich besonders gut für Temperaturmessungen bei Kernstrahlungsbedingungen Im höheren Temperaturbereich von etwa 1000 bis 2000° C und auch 2150°C, ohne nachteiligen Auswirkungen in bezug auf sein Ansprechen oder einer Schädigung auf Grund von Kernstrahlung bei den hohen Temperaturen zu unterliegen.

Die Zeichnung zeigt graphisch einen Vergleich der EMK-Werte als Funktion der Temperatur für ein Molybdän-Ruthenium-Thermoelement und ein Molybdän-Nlob-Thermoelement im Bereich von 0 bis 2000° C.
Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.

Die errtndungsgemäße Thermopaar-Komblnatlon von Molybdän und Ruthenium genügt den Anforderungen an ein Hochtemperatur-Thermoelement, das im Bereich von 0 bis 2000° C und auch 2150°C arbeitsfähig und für den Einsatz In Kernreaktoren oder In Umgebungen, In denen bei hoher Temperatur thermische Neutronenstrahlung vorliegt, insbesondere Im Bereich von 1000 bis 2000° C, geeignet Ist.

Die Thermoelement-Elemente Molybdän und Ruthenium werden von Kernstrahlung nicht nachteilig beeinflußt und haben hohe Schmelzpunkte In Form von 2610⁰C für Molybdän und 2310° C für Ruthenium und auch geringe Querschnitte für den Einfang thermischer Neutronen von 2,5 barn für Molybdän und 2,5 barn für Ruthenium wie auch zu einem Thermopaar vereinigt eine gute Empfindlichkeit fein gutes EMK-Ansprechen) bei erhöhten Temperaturen

Darüber hinaus hai die Molybdän/Ruthenlum-Kombinatlon die Charakteristik einer hohen EMK als Funktion der Temperatur mit einer, wie In der Zeichnung gezeigt, fast linearen Kurve, während Im Vergleich hierzu die ebenfalls In der Zeichnung erläuterte Molybdän/Nlob-Kombination eine geringere EMK-Empflndllchkelt besitzt und Im höheren Temperaturbereich von etwa 1000 bis 2000° C ein beträchtliches Abfallen zeigt.
Das Ansprechen des Molybdän-an-Ruthenlum-Ther-

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movements In Form der EMK als Funktion der Tem- _T EMK von Molybdän EMK von Molybdän

peratur im Vergleich mit dem Molybdan-an-Niob- „_c an Ruthenium. mV an Niob, mV

Thermoelement erläutert weiter die folgende Tabelle

(Bezugsübergang - Reference Junction - 0° C). j^qq 21 81 18 80

⁵ 1500 23^3 19^60

1600 24,8 20,27

1700 26,3 20,88

Temperatur, EMK von Molybdän EMK von Molybdän jgQg 27 5 21 42

°C an Ruthenium, mV an Niob, mV jqqq 2g'g 2l97

~ 0^ 0^ ^{!0 2000 29:8 22}'·⁷⁷

100 0,64 0,64

200 1,59 1,62

300 2,78 2,87 Wie die obige Beschreibung zeigt, ist somit das Molyb-

400 4,18 4,33 15 dän-Ruthenlum-Thermoelement gemäß der Erfindung

500 5,73 5,91 sehr gut für den Einsatz bei der Messung hoher Tempera-

600 7,39 7,55 tui^n unter den Bedingungen von Kernstrahlung geeig-

700 9,12 9,22 net.

SOO 10,89 10,87 Unter der Definition, daß die Elemente des Thermo-

900 12,67 12,4' 20 elements im wesentlichen von den vorliegenden Metal-

1000 14,43 14,06 len gebildet werden, ist zu verstehen, daß ein Mitvorlie-

1100 16,14 15,47 gen anderer Bestandteile, die die wesentliche Natur des

1200 18,28 16,74 Werkstoffs nicht, nachteilig beeinflussen, nicht ausge-

1300 20,05 17,83 schlossen sein soli.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Für den Einsatz bei der Messung von Temperaturen bei Neutronenstrahlungsbedingungen geeignetes Thermoelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel im wesentlichen aus Molybdän und ein Schenkel im wesentlichen aus Ruthenium besteht.