DE2430295C2

DE2430295C2 - Selbst Strom liefernder Neutronendetektor

Info

Publication number: DE2430295C2
Application number: DE2430295A
Authority: DE
Inventors: Norman P. Delmont Pa. Goldstein; William H. Elmira Heights N.Y. Todt
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1982-09-30
Also published as: FR2236192A1; SE395192B; FR2236192B1; JPS5223822B2; JPS5039589A; GB1474997A; CA999984A; DE2430295A1; SE7408870L; US3872311A

Description

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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

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.