DE2360221C3 - Von fremden Spannungsquellen unabhängiger Neutronendetektor - Google Patents

Description

werdenicann, damit das vom Bor 11 entwickelte Signal hervorgehoben wird. Die Lebensdauer ist dabei aufgrund der Verwendung von Bor 11 ziemlich lang. £ Der Kollektor überragt dabei.

Ziel der Erfindung ist ein Neutronendetektor der eingangs genannten Art, der bei langer Lebensdauer eine große Empfindlichkeit hat, so daß er z. B. auch zur Neutronenflußmessung außerhalb eines Reaktorkerns, insbesondere zu der als »Außenmessung« bezeichneten

t bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor- 30 Instrumentierung außerhalb eines Reaktordruckbehälteile (3,4) an einem inneren Isolierrohr (1) befestigt ters eingesetzt werden kann wc,die Strahlungsintens.-

tat nur noch einen kleinen Bruchteil gegenüber der im Reaktorkern beträgt. Hier hat man bisher üblicherweise Ionisationskammern eingesetzt. Diese erfordern jedoch eine Hochspannungsversorgung. Sie sind darüber hinaus recht temperaturempfindlich. Dies gilt auch für Ionisationskammern, die aus der deutschen Auslegeschrift 12 01 922 bekanntgeworden sind. Hier sind einer rohrförmigen Elektrode zwei Gegenelektroden auf der Innen- und Außenseite zugeordnet, die getrennt elektrisch angeschlossen sind, weil sie eine Umschaltung des Meßbereiches ermöglichen sollen. Die umschaltba-

daß auch der innere Kolektorteil (3) langer als das Emitterrohr (2) ist und an den Stirnseiten über das Emitterrohr (2) greift.

4. Neutronendetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kollektorteile (3 bzw. 4) an der einen Stirnseite einen mit dem anderen Kollektorteil (4 bzw. 3) verbundenen Flansch (9,10) aufweist.

5. Neutronendetektor nach einem der Ansprüche

sind.

6. Neutronendetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußleitung (14) des Emitterrohres (2) in das Innere des Isolierrohres (1) geführt ist.

7. Neutronendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Emitterrohr (2) und/oder die Kollektorteile (3, 4) aus gewickeltem Blech bestehen.

8. Neutronendetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech überlappend gewikkelt ist.

9. Neutronendetektor nach einem der Ansprüche

1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Emitterrohr (2) und/oder die Kollektorteile (3, 4) Rippen zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche aufweisen.

10. Neutronendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Emitterrohr ren Elektroden sollen ferner durch unterschiedliche Dicke der Spaltstoffbelegung und/oder unterschiedliche Anreicherung des spaltbaren Isotops unterschieden sein, weil maximale Meßbereichverhältnisse von bis zu 10⁷:1 gewünscht werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit eines von fremden Spannungsqueli Ndk höh h

(2) und die Kollektorteile (3,4) aus zwei Materialien 50 len unabhängigen Neutronendetektors zu erhöhen ohne

mindestens annähernd gleicher Ordnungszahl bestehen und daß der Neutronenwirkungsquerschnitt des Materials des Emitters (2) größer als der des Materials des Kollektors (3,4) ist.

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Die Erfindung betrifft einen von fremden Sp^nnungsquellen unabhängigen Neutronendetektor mit einem neutronenempfindlichen Emitter und einem diesen umgebenden rohrförmigen Kollektorteil, der vom Emitter durch eine Isolierschicht getrennt ist.

Der Emitter ist bisher als Draht, d. h. als massives Leiterstück mit einer gegenüber dem Querschnitt großen Längenausdehnung ausgeführt worden. Man hat auch schon daran gedacht, den Emitter aus pulverförmisem Material aufzubauen, das in ein Isolierrohr gg
daß dadurch seine Lebensdauer beeinträchtigt wird.

Bei einem Neutronendetektor der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Emitter als Rohr ausgebildet ist und daß auf seiner Innenseite ein weiterer rohrförmiger Kollektorteil angeordnet und mit dem äußeren Kollektorteil zu einem gleichzeitig wirksamen Kollektor verbunden ist.

Mit dieser Anordnung läßt sich auf einem gegenüber dem Bekannten nur relativ wenig vergrößerten Raum eine so große Emitteroberfläche unterbringen, daß die gewünschte hohe Empfindlichkeit auch bei einer langen Lebensdauer gewährleistet ist. Dennoch ist der neue Neutronendetektor im ganzen einfach aufgebaut, wie später noch näher erläutert wird. Er kann deshalb auch unter Verwendung von teuren oder nur schlecht zu bearbeitenden Werkstoffen noch wirtschaftlich hergestellt werden.

Vorzugsweise sind die beiden Kollektorteile vom Emitterrohr gleich weit entfernt. Es ist aber auch denkbar, daß man ungleiche Abstände wählt, um eine bestimmte Charakteristik des Neutronendetektors zu erhalten. In jedem Fall empfiehlt es sich, die beiden Kollektorteile langer als das Emitterrohr zu machen, so daß sie an den Stirnseiten über das Emitterrohr greifen. Man erhält dadurch einen geschützten mechanisch festen Aufbau für das ganze Gebilde. Zum Beispiel kann jedes der beiden Kollektorrohre an der einen Stirnseite einen mit dem anderen Kollektorrohr verbundenen Flansch aufweisen. Flansch und Rohr können miteinan der verschweißt sein.

Da bei der Rohranordnung des Emitters und der beiden Kollektorteile die Wandstärke der Rohre besonders bei hochwertigen Emittermaterialien ins Gewicht fällt, kann es vorteilhaft sein, die Kollektorteile auf einem inneren Isolierrohr zu befestigen. Dieses Isolierrohr kann dann den erforderlichen mechanischen Halt bieten. Dabei empfiehlt es sich, eine Anschlußleitung de£ Emitterrohres in das Innere des Islolierrohres zu führen, wo ein mechanisch geschützter Anschluß an eine Meßleitung möglich ist. Unter Umständen kann man auch ein äußeres Isolierrohr als Schutz verwenden, soweit dadurch der Neutronenfluß nicht unzulässig geschwächt wird.

Die vorstehend erwähnte mechanisch geschützte Anordnung ist besonders dann von Vorteil, wenn das Rohr des Kollektors und/oder die Rohre des Emitters im Interesse einer günstigen Herstellung aus einem Blech gewickelt sind. Hierbei braucht das Rohr nicht in sich geschlossen zu sein, solange die Formbeständigkeit so groß ist, daß die gewünschten Eigenschaften des Neutronendetektors erreicht werden. Mithin ist die Herstellung aus gewickelten Blechen, die sich unter Umständen auch überlappen können um den wirksamen Querschnitt zu vergrößern, mit Hilfe des als Träger dienenden Isolierstoffrohres leicht möglich. Andererseits kann die Herstellung als Wickel auch in anderem Zusammenhang vorteilhaft sein.

Die Herstellung und Montage der Rohre des nach der Erfindung ausgebildeten Neutronendetektors ist besonders einfach, wenn die Rohre eine zylindrischen Querschnitt haben. Im Hinblick auf eine große wirksame Oberfläche bei gegebenem Raumbedarf können aber auch andere Querschnittsformen sinnvoll sein, zum Beispiel mehreckige Rohre. Des weiteren kann man zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche von Emitter und/oder Kollektor Rippen vorsehen. Diese können längs der Rohrachse verlaufen, so daß man praktisch zu einem mehreckigen Rohr kommt. Sie können aber auch um den Umfang des Rohres, gegebenenfalls in Form eines Wendeis, angeordnet sein. Dabei wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, den Rippen des Emitters entsprechende Einbuchtungen der Kollektorrohre zuzuordnen, um eine optimalen Isolierstoffspalt zwischen Emitter und Kollektor so weit wie möglich beizubehalten.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung Alisführungsbeispiele beschrieben. Dabei ist in den F i g. 1 und 2 in zwei zueinander senkrechten Schnitten ein Neutronendetektor dargestellt, der zur Neutronenrnessung bei einem Druckwasserreaktor vorgesehen ist. Der neue Neutronendetektor dient zur Außenmessung, d. h. er ist außerhalb des Reaktordruckbehälters in der Reaktorgrube so angeordnet, daß eine Wartung oder bei Bedarf auch eine Reparatur während des Reaktorbetriebes möglich ist. Die F i g. 3,4 und 5 zeigen vereinfacht zwei weitere Ausführungsformen nach der Erfindung.

Ein inneres Keramikrohr 1 mit einem Durchmesser von zum Beispiel 66 mm innen und 85 mm außen ist der mechanische Träger des bis auf Anschlußleitungen vollständig rotationssymmetrischen Neutronendetektors. Auf der Außenseite des Keramikrohres 1 sitzt eine konzentrische Anordnung aus einsm Emitterrohr 2 und zwei das Emitterrohr mit gleichem Abstand umgebenden Kollektorrohren 3 und 4.

Das Emitterrohr 2 besteht aus Kadmium oder Gadolinium, seine Wandstärke beträgt 1 mm. Das Kadmium kann aus Gründen der mechanischen Festigkeit auf einem Trägerkörper befestigt sein. An sich ist eine erhöhte Festigkeit aber nur für die Montage erforderlich, weil danach das Keramikrohr 1 alle vorkommenden Belastungen aufnehmen kann.

Die Emitterrohre 3 und 4 haben gleichermaßen eine Wandstärke von 2 mm. Sie bestehen zum Beispiel aus Zinn, Zirkon oder Inconel und haben gegenüber dem Emitterrohr 2 gleichmäßig einen Abstand von 1 mm in radialer Richtung. Der dadurch entstehende Zwischenraum 6 bzw. 7 ist mit einem Isolierstoff, zum Beispiel Aluminiumoxid (AI2O3), ausgefüllt.

Die F i g. 2 zeigt, daß die beiden Kollektorrohre 3 und 4 länger sind als das Emitterrohr 2 und deshalb an den Enden überstehen. Ihre Länge beträgt zum Beispiel 670 mm gegenüber dem 660 mm langen Emitterrohr 2. An den Enden besitzen die beiden Kollekiorrohre 3 bzw. 4 einen in Richtung auf das jeweils andere Rohr 4 bzw. 3 abgewinkelten Flansch 9 bzw. 10. Jeder der Flansche 9 und 10 ist mit dem anderen Rohr 4 bzw. 3 verschweißt, wie durch eine Schweißnaht 11 angedeutet ist. So entsteht ein vollkommen geschlossener, mechanisch stabiler Aufbau.

In der Nähe des einen Endes ist in das Emitterrohr 2 ein Anschlußdraht 14 eingeschweißt, d.^er mit einer Isolierhülle 15 umgeben ist und durch eine Bohrung 16 in das Innere des Keramikrohres 1 führt. Eine entsprechende Bohrung ist auch in dem inneren Kollektorrohr 3 vorgesehen. Sie ist mit einer Isolierstoffplatte 18 abgedichtet, die im Zwischenraum 7 angeordnet ist. Dadurch erhält man einen mechanisch geschützten Anschluß für den Emitter. Der Anschluß der Kollektorrohre 3 und 4 ist nicht dargestellt. Er ist in konventioneller Weise ausgeführt, zum Beispiel durch eine Kontaktierung an der Außenseite des Kollektorrohres 4.

Der neue Neutronendetektor ist für Temperaturen bis zu 500° geeignet. Er liefert bei Neutronenbestrahlung auf Grund von n-gamma-Prozessen Compton- oder Photoelektronen, ohne daß Hochspannung benötigt wird. Wenn man die Emitter- bzw Kollektorrohre 2 bzw. 3 und 4 aus Material annähernd gleicher Ordnungszahl hergestellt, kann man eine praktisch vollständige Gamma-Kompensation erhalten. Man kann bei der Herstellung, wie schon angedeutet, auch von Blechen ausgehen, die mit einem geeigneten Material belegt sind.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform wird wiederum ein dickwandiges Keramikrohr 1 als Träger des Neutronendetektors verwendet. An diesem zylindrischen Rohr sind jedoch die Emitter- und Kollektorrohre 2, 3 und 4 in Form von Rippen aufgebracht, ohne daß ihre konzentrische Anordnung dadurch beeinträchtigt ist, wie in der in F i g. 4 dargestellten Vergrößerung des Ausschnittes bei IV zu erkennen ist. Das Emitterrohr 2 ist also wiederum vom mit Isolierstoff gefüllten

Zwischenräumen 6 und 7 umgeben und gegenüber den Kollektorrohren 3 und 4 gleichmäßig distanziert. Die ganze Anordnung besitzt aber die aus der Fig. 3 ersichtliche Quersehnittsform mit neun gleichmäßig um den Umfang des Keramikrohres 1 verteilte Rippen. Auf diese Weise erhält man eine nochmalige Steigerung der für die Messung zur Verfugung stehenden Oberfläche. Die Festigkeit kann dabei wiederum wesentlich durch das Keramikrohr 1 bestimmt sein, in dem auch der Anschluß 14 in der in Fi g. 2 näher dargestellten Weise vorgesehen sein kann.

IO Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind sechs um Umfang gleichmäßig verteilte Ausbuchtungen vorgesehen, die ebenso, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, von den mil gleichmäßigem Abstand angeordneten konzentrischen Emitter- und Kollektorrohren 2, 3 und 4 gebildet werden. In Ähnlicher Weise kann man aber auch mehr oder weniger solcher Rippen vorsehen. Ferner kann die Oberfläche nicht nur in der in den F i g. 3 bis 5 dargestellten gerundeten Weise ausgeführt, sondern gegebenenfalls auch spitzwinklig ausgebildet sein, so daß die Rippen zum Beispiel geradlinige Flanken haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

eingeschlossen ist Leitfähigkeit und Neutronenempfindlichkeit sind aber auch hier über den Querschnitt gleich so daß man von »massiv« sprechen kann. In allen Fällen ergibt sich jedenfalls eine kleine Emitteroberfläche so daß nur eine relativ geringe Empfindlichkeit des Neutronendetektors vorliegt Macht man andererseits durch eine besondere Materialwahl die Empfindlichkeit größer, so ist die Lebensdauer gering, weil das Emittermaterial zu schnell ausbrennt. Auch bei einem aus der deutschen Auslegeschrift 1246 893 bekannten Neutronendetektor der eingangs genannten Art ist der Emitter »massiv«, denn er wird von einem Zylinder aus Bor 11 gebildet das lediglich im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften in einer i5 leitenden rohrförmigen Hülse aus einem Material mit geringem Neutroneneinfangquerschnitt zum Beispiel Eisen, angeordnet ist Die Hülse soll an dem für die Messung des Neutronenflusses maßgebenden physikalischen Vorgängen nicht teilnehmen, vielmehr wird ihre den Stirnseiten überragt"dadurch gekennzeichnet, 20 Wirkung als Störaktivität bezeichnet, die ausgeglichen Patentansprüche:

1. Von fremden Spannungsquellen unabhängiger Neutronendetektor mit einem neutroneneinpfindlichen Emitter und einem diesen umgebenden rohrförmigen Kollektorteil, der vom Emitter durch eine Isolierschicht getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter als Rohr (2) ausgebildet ist und daß auf seiner Innenseite ein weiterer rohrförmiger Kollektorteil (3) angeordnet und mit dem äußeren Kollektorteil (4) zu efnem· gleichzeitig wirksamen Kollektor verbunden ist

2. Neutronendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden rohrförmigen Kollektorteile (3,4) vom Emitte-rohr (2) gleich weit entfernt sind.

3. Neutronendetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der äußere Kollektorteil das Emitterrohr an