DE2438768C3 - Kernstrahlungsmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernstrahlungsmeßvorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Merkmalen. Eine derartige Meßvorrichtung wurde in der DE-OS 23 28 966 vorgeschlagen; sie hat den Vorteil, daß man die Meßwerte der empfindlichen, aber nichtlinear arbeitenden Ionisationskammer mit den Meßwerten des Betastrom-Neutronendetektors korrelieren kann, der zwar eine gute Linearität und Stabilität aufweist, jedoch eine nicht immer ausreichende Ansprechgeschwindigkeit besitzt Die Ionisationskammer benötigt eu\ä äußere Stromquelle, der Betastrom-Neutronendetektor dagegen nicht Bei der in der genannten Druckschrift beschriebenen Vorrichtung sind demgemäß drei Zuleitungen z? der Baueinheit aus beiden Meßwandlern vorgesehen, von denen eine die gemeinsame Masseleitung ist.

Da derartige Meßvorrichtungen in Kernreaktoren eingebaut werden, spielt ihr Platzbedarf und auch der der Zuleitungen in der Praxis eine erhebliche Rolle, insbesondere, wenn eine größere Anzahl solcher Meßvorrichtungen in einem Reaktor vorgesehen ist

Aufgabe der Erfindung ist es, die in der genannten Druckschrift beschriebene Kernstrahlungsmeßvorrichtung derart weiterzubilden, daß ihr Durchmesser hinreichend klein ist, um ohne größere Schwierigkeiten in den Kern eines Reaktors hineingeschoben zu werden; dies bedingt auch eine entsprechende Ausbildung der Zuleitung.

Die Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs definiert.

Diese Ausbildung ermöglicht die Verwendung eines schlanken Koaxialkabels als Zuleitung zu der Meßsonde, die ihrerseits nur einen dem Kabeldurchmesser entsprechenden Durchmesser aufzuweisen braucht

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; sie zeigt einen Schnitt durch die Meßsonde mit der Schaltung der Nachweisanordnung.

Die Meßsonde 30 umfaßt zwei Meßwandler, nämlich einen Betastrom-Neutronendetektor 26 und eine Ionisationskammer 28. Der Aufbau der beiden Meßwandler ist an sich bekannt.

Der Betastrom-Neutronendetektor 26 benötigt keine äußere Energie, d. h. keine Vorspannung für die Elektroden, um einen Strom zu erzeugen, wenn Neutronen auf den Detektor treffen.

Der Betastrom-Neutronendetektor 26 und die Ionisationskammer 28 sind zu einer Baueinheit kombiniert Die Sonde 30 ist mit der Nachweisanordnung 32 über ein langes Koaxialkabel 34 elektrisch verbunden. Das Koaxialkabel 34 ist seinerseits von einem starren hohlen Antriebskabel 36 umgeben, und zwar auf einem beträchtlichen Teil seiner Länge, Das Hohlkabel 36

ίο kann als Leitung ausgebildet sein, die durch das Aufwickeln von dicht an dicht schließenden Draht- oder Kabelwindungen entsteht Mit der Außenfläche des Antriebskabels 36 steht eine Antriebseinheit in Eingriff, um es in Längsrichtung anzutreiben. Das Koaxialkabel 34 wird eng vom Antriebskabel 36 umschlossen und ist in Längsrichtung nicht selbständig beweglich. Die Sonde 30 erstreckt sich vom unteren Ende des Antriebskabels 36 nach unten, während das Koaxialkabel 34 am anderen Ende des Antriebskabels austritt und zur

Nachweisanordnung 32 führt

Die Sonde 30 kann in eine einseitig geschlossene Röhre von kleinem Durchmesser ein- und ausgefahren werden, die mit ihrem geschlossenen Ende abgedichtet in den Kern eines Reaktors hineinragt Die Kabel 34 und 36 müssen biegsam sein, so daß sie sich den Bögen und Versetzungen der Röhre anpassen können. Die Sonde hat beispielsweise einen Außendurchmesser von etwa 3,5 mm. Der äußere Durchmesser des Antriebskabels 36 liegt etwa bei 3 mm; während der innere Durchmesser weniger als halb so groß ist, so daß für das Koaxialkabel 34 nur sehr wenig Raum verbleibt Das Koaxialkabel 34 ist hier mit einem Mittelleiter 42 versehen, der von einem gegen Hitze und Strahlung beständigen isolierenden Material, z. B. einem Magnesium- oder Aluminium- oxid 44 umgeben ist, das seinerseits wieder von einem leitenden Schirm 46 umgeben ist

Wie gezeigt, sind der Betastrom-Neuironendetektor 26 und die Ionisationskammer 28 zu einer Baueinheit (Sonde 30) zusammengefaßt. Der Detektor 26 besitzt eine zentrale Emitterelektrode 48, ein isolierendes Medium 50, das den Emitter 48 umgibt, und eine äußere zylindrische Kollektorelektrode 52. die den Isolator 50 umgibt Der Emitter 48 besteht aus einem Material, das energiereiche Elektronen aussendet, wenn es dem Beschüß thermischer Neutronen ausgesetzt wird; man wählt z. B. Rhodium oder Vanadium. Das isolierende Medium 50 kann aus dem gleichen Material wie das des Koaxialkabels 34 bestehen, z. B. Magnesium- oder Aluminiumoxid. Der Detektor 26 hat etwa eine Länge von 03 m.

Die Ionisationskammer 28 besteht aus einem Hohlzylinder 54, der als Katode dient und mit einem Gas, ζ. B. Helium, gefüllt ist; ein stabförmiger Mittelleiter 58 dient als Anode, und zwei scheibenförmige Isolatoren 60 stützen die Anode 58 gegen die Katode 54 ab und halten die Teile auf gegenseitigen Abstand. Zugleich schließen sie den Innenraum 56 dicht ab, um das Gas darin zu halten. Anode 58 und Katode 54 können aus Metall gefertigt sein. Die Isolatoren 60 können aus einer hitzebeständigen Keramik bestehen.

Die Ionisationskammer 28 kann eine Länge von etwa

50 mm besitzen, von denen etwa die Hälfte als aktive

Länge der Kammer betrachtet werden kann. Kammer 28 und Detektor 26 sind koaxial an ihren

Enden durch Schweiß- oder Hartlot-Verbindungen 62 koaxial miteinander verbunden; dadurch entsteht eine stabile elektrisch leitende Verbindung des Kollektors 52 mit der Katode 54 und des Emitters 48 mit der Anode 58.

Das andere Ende des Detektors 26 ist mit dem Ende des Koaxialkabels 34 durch Schweiß- oder Hartlötverbindungen 64 verbunden, die wiederum eine stabile elektrisch leitende Verbindung des Kollektors 52 mit dem Schirm 46 und des Emitters 48 mit dem Mittelleiter 42 herstellen. Der Detektor 26 kann dadurch hergestellt werden, daß ein Teil des Mittelleiters des Koaxialkabels 34 durch eine entsprechende Länge des Emitterwerkstoffes, z. B, Rhodium, ersetzt wird.

Man ersieht aus der Zeichnung, daß der Detektor 26 ι ο und die Kammer 28 elektrisch parallel geschähet sind. Der Emitter 48 und die Anode 58 sind gemeinsam mit dem Mittelleiter 42 des Koaxialkabels verbunden, der Kollektor 52 und die Katode 54 wiederum sind gemeinsam an den Schirm 46 des Koaxialkabels angeschlossen, der seinerseits bei 66 mit Masse verbunden ist Ein Strommesser 68 ist ebenfalls mit Masse verbunden.

Der MitteUeiter 42 des Koaxialkabels 34 ist mit dem anderen Anschluß des Strommessers 68 entweder unmittelbar oder, umschaltbar, in Reihe über eine Gleichspannungsquelle 70 verbunden. Der Gleichspannungsqueiie kann eine Spannung von 100 bis 3GGV haben und der Minuspol ist mit der Klemme 69 des Strommessers 68 verbunden, während der Piuspol an die Klemme 72b eines einpoligen Umschalters 72 gelegt ist. Über die Leitung 74 ist der Anschluß 72c des Schalters 72 elektrisch unmittelbar mit dem Strommesser 68 verbunden, so daß die Gleichspannungsquelle 70 durch Umlegen des Schalters 72 umgangen werden jo kann. Der Mittelleiter 42 des Koaxialkabels 34 ist mit dem Ausgang 72a des Umschalters 72 verbunden, so daß durch dessen Kontakt entweder ein Stromkreis zwischen 72a und 726 oder 72a und 72c geschlossen wird. Wenn der Schalter über 72b geschlossen ist, liegt die Spannungsquelle 70 in Reihe mit den Meßwandlern der Sonde 30. Liegt der Schalter auf 72c, so wird die Spannungsquelle 70 umgangen.

Die Impedanz des Strommessers 68 kann z. B. bei 100 Ohm liegen, so daß an ihm nur ein kleiner Spannungsabfall entsteht Man kann diese niedrige Impedanz z. B. durch einen Verstärker mit hoher Gleichstromverstärkung erzielen.

Die Ionisationskammer 28 benötigt eine von außen angelegte Spannung von minimal 25—50 V über Anode « 58 und Katode 54; bei kleineren Spannungen sind die Ströme zu klein, um di« Neutronenfjüsse zuverlässig messen zu können. Wenn dieses Minimum-Potential vorhanden ist und die Kammer 28 einem Neutronenfluß ausgesetzt wird, fließt ein elektrischer Strom entsprechend der Ionisation des Gases in der Kammer, Dieser Strom ist der Intensität des Neutronenflusses proportional und wird durch den Strommesser 68, der mit ihr in Reihe liegt, gemessen. Der Betastrom-Neutronendetektor benötigt keine äußere Spannungsquelle, um einen Strom zu erzeugen, der das Vorliegen eines Neutronenflusses im Bereich des Detektors anzeigt Vielmehr erzeugen die Neutronen, die den Emitter 48 treffen, energiereiche Elektronen, die den Isolator 50 durchdringen und von dem Kollektor 52 aufgefanger, werden; dadurch entsteht ein Strom, der im äußeren Stromkreis durch den Strommesser 68 gemessen wird. Der Strom ist im allgemeinen proportional der Intensität des Neutronenflusses im Bereich des Detektors 26 und kann deshalb unmittelbar angezeigt werden.

Wenn also der Schalter 72 zwischen 72a und 72c geschlossen wird, wird die Spannungsquelle 70 abgeschaltet, so daß njr der Detektor 2f, In der Sonde 30 den Strom erzeugt, der den Strommesser 68 durchfließt Dessen Widerstand ist, wie erwähnt niedrig, um zu verhindern, daß der vom Detektor 26 erzeugte Strom am Strommesser einen größeren Spannungsabfall erzeug, der seinerseits die abgeschaltete Stromquelle 70 ersetzen und dadurch die Ionisationskammer 28 betriebsbereit machen könnte. Der Strom, der den Strommesser 68 durchfließt zeigt daher nur die Intensität des vom Detektor 26 aufgefangenen Neutronenflusses an.

Wenn dagegen 72a und 726 geschlossen werden, liegt die Stromquelle 70 in Reihe mit der Ionisationskammer 28, die dadurch arbeitsbereit wird. Nunmehr tragen sowohl die Kammer 28 als auch der Detektor 26 zu dem Strom bei, der vom Strommesser 68 gemessen wird, jedoch ist der Stromanteil des Detektors 26 sehr klein und entspricht weniger als 2% des von der Sonde erzeugten Gesamtstroms. Bei eingeschalteter Ionisationskammer 28 rührt der vom Strommesser 68 gemessene Strom deshalb fast vollständig von der Ionisationskammer 28 her. In jedem Falle kann der Strom, der von der Kammer 28 stammt, genau bestimmt werden, wenn man den Strom subtrahiert, der bei abgeschalteter Ionisationskammer gemessen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kernstrablungsmeßvorrichtung mit einer Meßsonde, die Ober eine Leitung mit einer einen Strommesser umfassenden Nachweisanordnung elektrisch verbunden ist, wobei die Meßsonde sowohl einen mit zwei Elektroden versehenen Betastrom-Neutronendetektor als auch eine mit zwei Elektroden versehene Ionisationskammer baulich vereinigt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (48, 52) des Betastrom-Neutronendetektors (26) und die Elektroden (54,58) der Ionisationskammer (28) paarweise miteinander verbunden sind, daß die Leitung (34) aus einem einzigen Leiterpaar (42, 46) besteht und daß der Strommesser (68) umschaltbar entweder direkt oder in Reihe mit einer Spannungsquelle (70) an das Leiterpaar (42,46) angeschlossen ist