DE2430295C2 - Selbst Strom liefernder Neutronendetektor - Google Patents
Selbst Strom liefernder NeutronendetektorInfo
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Description
25
Die Erfindung betrifft einen selbst Strom liefernden
Neutronendetektor mit einem Emitter aus einem Stoff mit großem Neutroneneinfangquerschnitt, der als Folge
von Neutroneneinfängen sowohl durch Einfanggammastrahlung ausgelöste Elektronen höherer Energie als
auch verzögerte ^-Elektronen niedrigerer Energie emittiert, mit einer den Emiuer umgebenden, aus
Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid bestehenden Isolatorschicht,
mit einer von den·. Emitter durch die Isolatorschicht getrennten leitenden Kollektorhülle aus
einem unter der Einwirkung von Neutronen keine erhebliche Strahlung abgebenden Stoff, sowie mit einer
vom Emitter durch die Isolatorschicht herausgeführten elektrischen Leitung, die zu einer andererseits mit der
Kollektorhülle verbundenen Strommeßeinrichtung führt.
Ein derartiger, selbst Strom liefernder Neutronendetektor ist bereits aus den US-PS 33 75 370 und 36 03 793
bekannt. Derartige hauptsächlich in Kernreaktoren zur Messung des Neutronenflusses eingesetzte Detektoren
weisen größere Zuverlässigkeit über längere Zeiträume auf, als es bei früher verwendeten Neutronendetektoren
mit Fremdenergieversorgung der Fall war. Bei derartigen Neutronendetektoren gelangen die aufgrund von
Gammastrahlung im Emitter erzeugten Elektronen zum Kollektor und führen im Meßkreis zu einem Elektronenstrom,
der ein Maß für den Neutronenfluß ist.
Das in der US-PS 33 75 370 verwendete Emittermaterial Kobalt 59 entwickelt unter Bestrahlung das Isotop
Kobalt 60, das mit einer verhältnismäßig langen Halbwertzeit unter Aussendung von jJ-Strahlung niedriger
Energie zerfällt. Diese ^-Strahlung führt ihrerseits zu einem Meßstrom, der den spontan erzeugten
Meßstrom aufgrund der durch Einfanggammastrahlung ausgelösten Elektronen höherer Energie störend überdeckt.
Zwar absorbiert die aus Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid bestehende Isolatorschicht diese verzögerten
^-Elektronen niedrigerer Energie teilweise, jedoch muß für ausreichende Absorption die Isolatorschicht
verhältnismäßig dick gemacht werden, was einerseits die Empfindlichkeit für die durch Einfanggammastrahlung
ausgelösten Elektronen höherer Energie und damit die Meßempfindlichkeit verringert, andererseits
dem Neutronendetektor in unerwünschter Weise einen größeren Durchmesser verleiht, was bei vielen
Meßanwendungen nicht tragbar ist. Außerdem führen die von der Isolatorschicht aufgefangenen verzögerten
^-Elektronen niedriger Energie zu einem gleichfalls im Meßstrom wirksam werdenden dielektrischen Verschiebungsstrom,
der nach Möglichkeit ebenfalls vermieden werden sollte, weil bei kurzzeitigen Neutronenflußschwankungen
und damit Meßsignalschwankungen dieser Verschiebestrom durchaus störend in Erscheinung
treten kann.
Aus der US-PS 3S03 793 ist ein selbst Strom
liefernder Neutronendetektor bekannt, der eine verhältnismäßig dicke Isolatorschicht besitzt, um verzögerte
Elektronen niedrigerer Energie, die von dem aus Ytterbium oder Hafnium bestehenden Emitter ausgehen,
zu absorbieren. — Es wurde schon gesagt, daß die Absorption von Elektronen in einem isolierenden (d. h.
dielektrischen) Material durchaus zu einem Stromfluß führen kann, wenn die Bestrahlungsintensität zeitlich
schwankt, weil dann ein elektrischer Verschiebungsstrom entsteht. Daß für ausreichende Absorption zudem
der Isolatormantel verhältnismäßig dick sein muß und damit zu Neutronendetektoren mit vergrößertem
Durchmesser führt, wurde bereits ausgeführt. Es wurde
auch bereits gesagt, daß eine derartige dicke Isolationsschicht die Gesamtempfindlichkeit der Anordnung
verschlechtert. Ist der Außendurchmesser festgelegt, wie es bei Kernieaktoranwendungen der Fall ist, muß
bei der Vergrößerung des Isolatormantels demzufolge der Emitter hinsichtlich seines Durchmessers verkleinert
werden, was zu einer weiteren Empfindlichkeitsverringerung führt.
Die deutsche Offenlegungsschrift 21 53 559 beschreibt einen Neutronendetektor, der selbst Strom
liefernden Art, bei dem das Emittermaterial aus Platin besteht.
Die US-PS 32 59 745 zeigt schließlich einen Neutronendetektor, bei dem der Emitter aus Bor besteht, das
nur einen kleinen Elektroneneinfangquerschnitt aufweist und unter Neutronenbestrahlung zur Bildung des
Isotops Bor-12 führt, das unter Abgabe einer ^-Strahlung
zerfällt. Diese ^-Strahlung läuft durch eine um den Emitter herum angeordnete Hülle aus rostfreiem Stahl
und dann durch eine Isolatorschicht hindurch, um schließlich in die die jJ-Strahlung dann absorbierende
Kollektorschicht tu gelangen. Die den Emitter umhüllende
Schicht aus rostfreiem Stahl wird zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Anordnung
verwendet, nicht dagegen zu Zwecken der Absorption der/J-Strahlung.
Typen der letztgenannten Art, die zur Meßsignalerzeugung die verzögerte ^-Strahlung ausnutzen, eignen
sich gut zur genauen Messung von Neutronenflüssen, die zeitlich verhältnismäßig konstant sind, weil in diesen
Fällen die zeitliche Verzögerung nicht störend in Erscheinung tritt, während für die Überwachung von
plötzlich auftretenden Neutronenflußänderungen ein Neutroncndetektör notwendig ist, der ein sehr schnelles
Ansprechvermögen besitzt, in welchem Fall verzögert auftretende Meßsignale aufgrund der verzögerten
^-Strahlung niedrigerer Energie stark stören.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Neutronendetektor der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, daß der Einfluß von verzögert
auftretenden ^-Strahlungen niedrigerer Energie noch weiter zurückgedrängt wird. Gelöst wird die Aufgabe
dadurch, daß zwischen der Isolatorschicht und dem Emitter eine zusätzliche Schicht aus Platin, Blei oder
Wismut angeordnet ist, deren Dicke 0,075 bis 0,125 mm beträgt, und daß der Emitter aus Gold besteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Neutronendetektor,
und
Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1.
Gemäß der Fig. 1 weist der Neutronendetektor 10 einen zentralen Emitter 12 auf, der gemäß der
Darstellung in der Zeichnung eine im allgemeinen zylindrische Form hat, wobei sein Durchmesser in einer
typischen Ausführungsform zwischen 0,5 und 2,0 mm liegt. Eine dünne leitende Schicht 14 aus Platin, Blei oder
Wismut ist im wesentlichen um den Emitterkern 12 herum angeordnet, wobei die leitende Schicht 14 eine
Dicke zwischen 0,075 und 0,125 mm aufweist. Die leitende Schicht 14 braucht nur den saitlichen Bereich
des Eminerkerns zu umgeben, weil dies iiejenige Richtung ist, in welcher die meiste Strahlung abgeht.
Eine dicht gepackte Isolatorschichc aus Magnesium- oder Aluminiumoxid ist um die leitende Schicht 14
herum angeordnet. Die Dicke der Isolatorschicht 16 beträgt 0,25 bis 04 mm. Eine äußere leitende Hülle 18 ist
um das Isoliermaterial herum vorgesehen (mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen Zehntel jo
Millimeter). Dazu wird typischerweise ein Stahl mit einem hohen Nickelgehalt und einem geringen Mangangehalt
verwendet.
Eine elektrische Leitungseinführung 20 ist von dem Emitter 12 durch die Isolatorschicht 16 nach außen
geführt und dient als Zentralster eines Koaxialkabels,
welches mit der äußeren Hülle 18 verbunden ist, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die
Leitungen sind mit einem Strommeßgerät A für geringe Ströme verbunden, dessen eine Seite geerdet ist. In
einer typisch"n Ausführungsform werden Ströme in der Größenordnung von IQ-8 Ampere gemessen.
Die ^-Strahlung geringer Durchschnittsenergie wird durch die Schicht 14 absorbiert Da die leitende Schicht
14 elektrisch mit dem leitenden Emitterkernmaterial verbunden ist, erscheint diese Absorption elektronischer
Ladung nicht als ein Teil des Ausgangsstromes. Der Ausgangsstrom wird vielmehr als Ergebnis des
Neutroneneinfangs durch das Emitterkernmaterial erzeugt, das daraufhin spontan eine Einfanggammastrahlung
abgibt, die ihrerseits mit dem Detektormaterial in Wechselwirkung tritt und dabei spontan schnelle
Elektronen hoher Durchschnittsenergie erzeugt, die im wesentlichen durch die leitende Schicht 14 ebenso wie
die Isolatorschicht 16 hindurchtreten und erst an der Kollektorelektrode 18 aufgefangen werden und damit
zu einem Meßstrom führen.
Gold ist ein wirksames Emittermaterial, da es einen großen Neutronen-Einfangquerschnitt aufweist und
spontan nach einem Neutronen-Einfang eine Strahlung aussendet Gold führt zu einem Aktivierungsprodukt,
das einen hohen, verzögerten /J-Strahlungsemissionsstrom
auslöst, der bei herkömmlichen Einrichtungen zu einem starken Hintergrundsignal iüh.-..
Die leitenden Materialien für die Schicht 14, Platin, Blei oder Wismut, weisen einen verhältnismäßig
geringen Neutronen-Einfangquerschnitt auf, obwohl sie eine hohe Dichte haben. Die hohe Dichte dieser Metalle
ermöglicht die Verwendung einer dünnen Schicht, die in wirksamer Weise die ^-Strahlung geringer Durchschnittsenergie
absorbiert, jedoch für die unverzögert erzeugten Elektronen mit einer durchschnittlich höheren
Energie im wesentlichen durchlässig ist. Eine solche dünne leitende Schicht 14 ermöglicht die Verwendung
eines Emitters mit größerer Dicke, um eine maximale Empfindlichkeit für eine vorgegebene Gesamtabmessung
zu erreichen.
Der erfindungsgemäße Neutronendetektor spricht praktisch unverzüglich auf eine Veränderung der
Neutronenflußpegel an. Durch diese Ansprechcharakteristik wird er insbesondere zur Verwendung für eine
Sicherheitsüberwachung mit einer kurzen Ansprechzeit nützlich.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Selbst Strom liefernder Neutronendetektor mit einem Emitter aus einem Stoff mit großem Neutreneneinfangquerschnitt, der als Folge von Neutroneneinfängen sowohl durch Einfanggammastrahlung ausgelöste Elektronen höherer Energie als auch verzögerte ^-Elektronen niedrigerer Energie emittiert, mit einer den Emitter umgebenden, aus Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid bestehenden Isolatorschicht, mit einer von dem Emitter durch die Isolatorschicht getrennten leitenden Kollektorhülle aus einem unter der Einwirkung von Neutronen keine erhebliche Strahlung abgebenden Stoff, sowie mit einer vom Emitter durch die Isolatorschicht herausgeführten elektrischen Leitung, die zu einer andererseits mit der Kollektorhülle verbundenen Strommeßeinrichtung führt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Isolatorschicht (16) und dem Emitter (12) eine zusätzliche Schicht (l4) aus Platia Blei oder Wismut angeordnet ist, deren Dicke 0,075 bis 0,125 mm beträgt, und daß der Emitter (12) aus Gold besteht.
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