DE2643664A1 - Detecting material of different magnetic susceptibility - esp. nuclear fuel dope, by resultant change in magnetic field along fuel rod - Google Patents
Detecting material of different magnetic susceptibility - esp. nuclear fuel dope, by resultant change in magnetic field along fuel rodInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Ermittlung von Substanzen in einem KörperMethod for determining substances in a body
und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von Substanzen in einem Körper, dessen Grundmaterial eine gegenüber dem Substanzmaterial verschiedene magnetische Suszeptibilität hat und teilweise mit diesen Substanzen dotiert ist und der einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.and apparatus for carrying out the method. The invention relates on a process for the determination of substances in a body, its basic material has a different magnetic susceptibility to the substance material and is partially doped with these substances and exposed to an external magnetic field is exposed. The invention also relates to an implementation device this procedure.
Entsprechende Körper können beispielsweise Brennstäbe für Kernreaktoren sein. Ein Reaktorbrennstab enthält im allgemeinen als Grundmaterial reines Uranoxid (wo2) in Tablettenform. Solche Uranoxid-Tabletten haben beispielsweise einen Durchmesser und eine Höhe von Jeweils 1 cm und sind innerhalb eines dünnwandigen Rohres aus Zirkon mit geringen Legierungszusätzen zu einem Stab von einigen Metern Länge hintereinander angeordnet.Corresponding bodies can, for example, be fuel rods for nuclear reactors be. A reactor fuel rod generally contains pure uranium oxide as its base material (wo2) in tablet form. Such uranium oxide tablets have a diameter, for example and a height of 1 cm each and are made within a thin-walled tube Zircon with a small amount of alloying additions to a rod a few meters in length arranged.
Soll ein Reaktor im sogenannten stationären Zustand betrieben werden, so muß die bei den Spaltungsvorgängen in seinem Kern auftretende Neutronenrate, konstant bleiben, d.h. Jeder Spaltprozeß muß gerade ein Neutron erzeugen, das seinerseits einen weiteren Spaltprozeß auslöst. Diese sogenannte Neutronenmultiplikation ist dann also gerade 1. In thermischen Reaktoren, deren Spaltprozesse hauptsächlich durch thermische Neutronen erfolgen, ist im allgemeinen Jedoch die Rate an-erzeugten spaltbaren Atomen kleiner als die Rate an vernichteten Atomen. Somit nimmt auch die Zahl der Neutronen des spaltbaren Materials ab. Darüber hinaus wirken zusätzlich noch einige der bei den Spaltvorgängen auftretenden Spaltprodukte wie Xenon oder Samarium als Neutronenabsorber. Um dieser Neutronenabnahme entgegenzuwirken, muß ein Reaktorkern anfänglich einen überschub an Brennstoffmaterial enthalten, was mit einem Überschuß an Reaktivität verbunden ist.If a reactor is to be operated in the so-called steady state, so the neutron rate occurring in its nucleus during the fission processes, remain constant, i.e. every fission process must just produce a neutron, which in turn triggers another fission process. This is called neutron multiplication then just 1. In thermal reactors, their fission processes mainly done by thermal neutrons, however, the rate is generally on-generated fissile atoms smaller than the rate of atom annihilation. Thus also takes the number of neutrons in the fissile material. Furthermore works additionally some of the fission products occurring during the fission processes such as Xenon or samarium as neutron absorbers. To counteract this decrease in neutrons, a reactor core must initially contain an excess of fuel material, which is associated with an excess of reactivity.
Unter der Reaktivität eines Reaktors ist dabei das Verhältnis von prozentualer Änderung der effektiven Neutronenmultiplikation zum Anteil der verzögerten Neutronen zu verstehen. Eine Regelung des Reaktors erfolgt nun dadurch, daß man die Reaktivität ändert.The reactivity of a reactor is the ratio of percentage change in the effective neutron multiplication to the proportion of the delayed Understanding neutrons. The reactor is now controlled by the fact that the reactivity changes.
Sobald der gewünschte Zustand des Reaktors erreicht ist, d.h. der Reaktor eine gewünschte Leistung abgibt, wird die Reaktivität zu Null gemacht. Der Reaktor bleibt von diesem Moment an im stationären Zustand. Zur Regulierung der Reaktivität des Reaktorzustandes, d.h. zur Beeinflussung der Neutronenmultiplikation, sind entsprechende Maßnahmen erforderlich. Einbetpnntes Regi1enl4psystem enthält beispielsweise eine Vielzahl von Regulierungsstäben aus neutronenabsorbierenden Materialien, die mechanisch in den Reaktorkern zwischen die Stäbe mit dem spaltbaren Material eingebracht werden können. Bei einem weiteren Regulierungssystem ist vorgesehen, das Spaltmaterial von vornherein mit solchen neutronenabsorbierenden Zusätzen zu versehen, beispielsweise durch einen entsprechenden Uberzug oder durch eine Dotierung. Der Aufwand an mechanischen Hilfsmitteln zur Steuerung eines Reaktors ist bei diesem zweiten Regulierungasystem geringer, da es halbautomatisch arbeiten kann.As soon as the desired state of the reactor is reached, i.e. the If the reactor delivers a desired output, the reactivity is made zero. Of the From this moment on, the reactor remains in the steady state. To regulate the Reactivity of the reactor state, i.e. to influence the neutron multiplication, appropriate measures are required. Includes built-in regi1e p system for example, a variety of regulation rods made of neutron absorbing Materials mechanically inserted into the reactor core between the rods with the fissile Material can be introduced. Another regulatory system provides for the fissile material from the outset with such neutron-absorbing additives provided, for example by a corresponding coating or by doping. The cost of mechanical aids to control a reactor is at this second regulation system is lower because it can work semi-automatically.
Ein geeignetes Dotierungsmaterial für das spaltbare Grundmaterial Uranoxid (U02) ist beispielsweise Gadoliniumoxid (Gd203). Ein dotierter Reaktorbrennstab kann deshalb neben den reinen Uranoxid-Tabletten auch Tabletten enthalten, die mit zwei bis drei Gew.-% Gadoliniumoxid dotiert sind. Diese Tabletten müssen in dem Brennstab so angeordnet sein, daß sie innerhalb eines Kernreaktors in dessen heißen Kern zu liegen kommen. Außerhalb dieses Bereiches dürfen keine gadoliniumoxidhaltigen Tabletten vorhanden sein.A suitable doping material for the fissile base material For example, uranium oxide (U02) is gadolinium oxide (Gd203). A doped reactor fuel rod Therefore, in addition to the pure uranium oxide tablets, it can also contain tablets that contain two to three wt .-% gadolinium oxide are doped. These tablets must be in the Fuel rod be arranged so that they are hot inside a nuclear reactor in its Core come to rest. Outside this range, no gadolinium oxide-containing Tablets should be present.
Es sind deshalb Meßverfahren erforderlich, mit denen die gadoli- niumoxidhaltigen Tabletten innerhalb eines Reaktorbrennstabes festgestellt werden können. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 787 761 bekannt. Dieses Verfahren beruht auf einer Kraftmessung. Dabei wird das Gewicht des Brennstoffmaterials innerhalb eines von außen angelegten Magnetfeldes im Verhältnis zu deL Gewicht des Brennstoffmaterials ohne Magnetfeld gemessen. Die in dem äußeren Magnetfeld hervorgerufenen Kräfte sind~ jedoch verhältnismäßig gering im Vergleich zu dem Gewicht des gesamten Reaktorbrennstabes. Die Lokalisierung der magnetischen Substanzen innerhalb des Brennstabes ist dementsprechend ungenau.Measurement methods are therefore required with which the gadoli- containing nium oxide Tablets can be found inside a reactor fuel rod. One such The method is known, for example, from US Pat. No. 3,787,761. This The method is based on a force measurement. This is the weight of the fuel material within an externally applied magnetic field in relation to the weight of the Fuel material measured without a magnetic field. Those produced in the external magnetic field Forces are ~ however relatively small compared to the weight of the whole Reactor fuel rod. The localization of the magnetic substances within the The fuel rod is accordingly imprecise.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine verhältnismäßig genaue Lokalisierung der magnetischen Substanzen innerhalb eines Brennstabes ermöglicht wird, ohne die Tabletten zu entfernen oder den Stab oder die Tabletten zu verändern.The object of the present invention is therefore the known method to the effect that a relatively precise localization of the magnetic Substances within a fuel rod is made possible without removing the tablets or to change the stick or the tablets.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, daß die durch die Magnetisierung der Substanzen und des Grundmaterials hervorgerufene Änderung des Magnetfeldes längs des Körpers gemessen wird.According to the invention, this object is achieved for the method mentioned at the outset solved by the fact that the magnetization of the substances and the base material caused change in the magnetic field is measured along the body.
Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß nicht nur die Lage der Dotierungssubstanzen verhältnismäßig genau innerhalb des Körpers aus dem vorgegebenen Grundmaterial ermittelt werden kann, sondern daß sich auch der Anteil der Dotierungssubstanzen in dem Körper quantitativ bestimmen läßt.The advantages of the method according to the invention exist in particular in that not only the position of the doping substances is relatively accurate within of the body can be determined from the given base material, but that the proportion of doping substances in the body can also be determined quantitatively leaves.
Das Verfahren nach der Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß in einem von außen an den Körper angelegten Magnetfeld das von den Substanzen erzeugte magnetische Streufeld von dem des undotierten Grundmaterials des Körpers quantitativ zu unterscheiden ist. Das Verfahren besteht also darin, die in einem äußeren Magnetfeld der Flußdichte Bo durch das undotierte Grundmaterial hervorgerufene Erhöhung der Flußdichte ABGvon der Flußdichte- erhöhung bB zu unterscheiden, die von dem mit dem Substanzmaterial dotierten Grundmaterial hervorgerufen wird. Eine derartige Unterscheidung ist nämlich deshalb möglich, weil die Flußdichte erhöhung ABGdes undotierten Grundmaterials proportional zur magnetischAn Suszeptibilität des Grundmaterials ist und die Flußdichteerhöhung ABGAS des dotierten Grundmaterials darüber hinaus auch noch von der magnetischen Suszeptibilität des Substanzenmaterials abhängig ist.The method according to the invention is based on the consideration that in an externally applied magnetic field to the body that of the substances Stray magnetic field generated by that of the undoped base material of the body is to be distinguished quantitatively. So the procedure is to work in one external magnetic field of the flux density Bo caused by the undoped base material Increase in the flux density ABG from the flux density to distinguish increase bB, which is caused by the base material doped with the substance material. Such a differentiation is possible because the flux density increases ABG of the undoped base material proportional to the magnetic An susceptibility of the base material and the flux density increase in the exhaust gas of the doped base material in addition, it also depends on the magnetic susceptibility of the substance material is dependent.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Magnetanordnung mit zwei gqentlberliegenden Polachuhen, durch Mittel zum FUhren des Körpers oder der Magnetanordnung relativ zueinander und senkrecht zum Magnetfeld zwischen den Polschuhen und durch mindestens eine Magnetfeldsonde zwischen dem Körper und einem der Polschuhe.An apparatus for carrying out the method according to the invention is characterized by a magnet arrangement with two opposing pole shoes, by means for guiding the body or the magnet assembly relative to one another and perpendicular to the magnetic field between the pole pieces and through at least one magnetic field probe between the body and one of the pole pieces.
Vorteilhaft können der Magnetfeldsonde Mittel zur Registrierung ihres Ausgangssignals zugeordnet sein.The magnetic field probe can advantageously have means for registering its Be assigned to the output signal.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren 1 und 2 schematisch zwei Meßvorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht sind. Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer solchen Meßanordnung nach Fig. 1 oder 2, und in Fig. 4 ist als Ausführungsbeispiel ein Meßprotokoll des Schreibers einer Vorrichtung nach den vorhergehenden Figuren wiedergegeben.To further explain the invention and its in the subclaims marked developments, reference is made to the drawing, in their Figures 1 and 2 schematically two measuring devices for carrying out the method according to the invention are illustrated. Fig. 3 shows a circuit diagram of such Measuring arrangement according to Fig. 1 or 2, and in Fig. 4 is a measurement protocol as an embodiment of the recorder of a device according to the preceding figures.
Als Ausführngsbeispiel ist den Figuren ein Kernreaktorbrennstab zugrundegelegt, der eine Vielzahl von hintereinandergereihten Uranoxid-Tabletten enthält. Einige dieser Tabletten sollen gadoliniumoxidhaltig sein. Mit dem Verfahren nach der Erfindung läßt sich feststellen, an welcher Stelle sich diese gadoliniumoxidhaltigen~Tabletten in dem Reaktorbrennstab befinden. Dabei wird die von den reinen Uranoxid-Tabletten hervorgerufene magnetische Flußdichteerhöhung fiBG von der Flußdichteerhöhung ABGASder gadoliniumoxidhaltigen Tabletten unterschieden. Werden diese Tabletten beispielsweise einem äußeren Magnetfeld Bo = 0,1 Tesla ausgesetzt, so beträgt die nachzuweisende Differenz zwischen den beiden Flußdichteerhöhungswerten etwa 0,16 x 10 Tesla. Dieser Wert ist etwas geringer als das Erdfeld und kann mit entsprechend empfindlichen Meßvorrichtungen gemessen werden.As an exemplary embodiment, the figures are based on a nuclear reactor fuel rod, which contains a large number of uranium oxide tablets lined up one behind the other. Some these tablets are said to contain gadolinium oxide. With the method according to the invention you can find out where these gadolinium oxide-containing tablets are are in the reactor fuel rod. This is done by the pure uranium oxide tablets Induced magnetic flux density increase fiBG from the flux density increase in the exhaust gas gadolinium oxide-containing tablets differentiated. Are these tablets for example an external magnetic field Bo = 0.1 Tesla exposed, then the the difference to be detected between the two flux density increase values is about 0.16 x 10 Tesla. This value is slightly lower than the earth's field and can be used accordingly sensitive measuring devices are measured.
Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Meßanordnung ist in Fig. 1 im Querschnitt schematisch veranschaulicht. Ein zu untersuchender Reaktorbrennstab 2 liegt auf einer unmagnetischen Unterlage 3.An embodiment of such a measuring arrangement is shown in FIG Cross-section illustrated schematically. A reactor fuel rod to be investigated 2 lies on a non-magnetic base 3.
Zwischen zwei gegenüberliegenden Polschuhen 5 und 6 eines Permanentmagneten 7 ist eine Haltevorrichtung 9 aus nichtmagnetischem Material angeordnet, mit deren Hilfe zwei Hallsonden 10 und 11 fest gegenüber dem Magneten in den zwischen den Polschuhen 5 und 6 und dem Brennstab 2 ausgebildeten Zwischenräumen montiert sind.Between two opposite pole pieces 5 and 6 of a permanent magnet 7 is a holding device 9 made of non-magnetic material, with the Help two Hall probes 10 and 11 fixed to the magnet in between the Pole pieces 5 and 6 and the fuel rod 2 formed spaces are mounted.
Die Haltevorrichtung 9 ist außerdem mit in der Figur nicht näher ausgeführten Gleitflächen und Führungsrollen versehen, so daß der Magnet 7 längs des Brennstabes 2 oder der Brennstab 2 zwischen den Polschuhen 5 und 6 verschoben werden kann. Diese Führgseinrichtung ist so gestaltet, daß sich bei entsprechender Bewegung die Abstände zwischen Stabachse, Hallsonden und Magnetpolen nicht verändern können. Um Kratzspuren auf dem Hüllrohr des Brennstabes 2 zu vermeiden, muß nämlich dieses so geführt werden, daß es nicht an den Polschuhen 5 und 6 schleifen kann. Gegebenenfalls kann das Hüllrohr deshalb mit einer Schutzschicht, beispielsweise aus Zaponlack, überzogen sein.The holding device 9 is also not detailed in the figure Sliding surfaces and guide rollers are provided so that the magnet 7 is along the fuel rod 2 or the fuel rod 2 can be moved between the pole pieces 5 and 6. These The guide device is designed in such a way that the distances change with appropriate movement between rod axis, Hall probes and magnetic poles cannot change. About scratch marks to avoid on the cladding tube of the fuel rod 2, this must be guided in such a way that that it cannot rub against the pole pieces 5 and 6. If necessary, the cladding tube therefore be coated with a protective layer, for example made of zapon varnish.
Als Meßsonden kommen beispielsweise Hallsonden mit einem Steuerstrom von 100 mA und einer Empfindlichkeit von 130 mV/Tesla in Frage. Besonders geeignet sind Indiumarsenid-Hallsonden, deren Temperaturabhängigkeit verhältnismäßig gering ist. Der Steuerstrom einer in der Figur nicht ausgeführten und mit den Hallsonden verbundenen Meßvorrichtung wird zweckmäßig auf 10-5 stabilisiert, und die Hallspannung kompensiert und verstärkt sowie registriert, beispielsweise mit einem Schreiber aufgezeichnet.Hall probes with a control current, for example, are used as measuring probes of 100 mA and a sensitivity of 130 mV / Tesla in question. Particularly suitable are indium arsenide Hall probes whose temperature dependence is relatively low is. The control current of a not shown in the figure and with the Hall probes connected measuring device is appropriately stabilized to 10-5, and the Hall voltage compensated and amplified as well as registered, for example with a scribe recorded.
Damit ergibt sich ein Signal von etwa 10 /uV als Unterschied zwischen den dotierten und undotierten Brennstofftabletten. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es zweckmäßig, die Summe der beiden Hallsignale und vorzugsweise auch noch ihre Differenz aufzuzeichnen. Eine homogene Veränderung der Magnetisierung an der Stelle des Brennstabes mit einer gadoliniumoxidhaltigen Tablette beeinflußt nämlich nur das Summensignal, während das Differenzsignal in erster Näherung unverändert bleibt. Das Summensignal ist aber unempfindlich gegen Inhomogenitäten wie beispielsweise der Unsymmetrie der Lage der gadoliniumoxidhaltigen Tablette innerhalb des Brennstoffstabes bezüglich der beiden Hallsonden.This results in a signal of about 10 / uV as the difference between the doped and undoped fuel pellets. To increase sensitivity it is advisable to use the sum of the two Hall signals and preferably also theirs difference to record. A homogeneous change in magnetization influenced at the location of the fuel rod with a tablet containing gadolinium oxide namely only the sum signal, while the difference signal is unchanged in a first approximation remain. However, the sum signal is insensitive to inhomogeneities such as, for example the asymmetry of the position of the gadolinium oxide-containing tablet within the fuel rod regarding the two Hall probes.
Auf diese Einflüsse reagiert jedoch das Differenzsignal, so daß eine genaue Lagebestimmung der dotierten Tabletten möglich ist.However, the difference signal reacts to these influences, so that a precise determination of the position of the spiked tablets is possible.
In Fig. 2 ist ebenfalls in einem Querschnitt eine weitere MeEvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Das hierzu erforderliche Magnetfeld wird durch zwei zu beiden Seiten eines Brennstabes 15 auf einer Kunststoffunterlage 16 angeordnete Stapel 17 und 18 aus Jeweils vier aneinandergereihten Ferritpermanentmagneten 20 erzeugt. Die dem Brennstab 15 zugewandten Seitenteile der Magnetstapel 17 und 18 stellen jeweils einen Polschuh 21 bzw. 22 dar. Die Magnete 20 werden durch eine Halterung 19 zusammengehalten. Geeignete Ferritpermanentmagnete haben eine Remanenz von 0,36 bis 0,4 Tesla und erzeugen in einem 20 mm breiten Spalt 23 zwischen den Polschuhen 21 und 22/aduesr ihnen gebildeten Stapel 17 und 18 eine Flußdichte von etwa 0,2 Tesla. Durch diesen Spalt 23 wird der Reaktorbrennstab 15 in einer U-förmigen Schiene 24 geführt. Zwischen dem Stab 15 und dem Jeweiligen Magnetstapel 17 bzw. 18 sind Meßsonden angebracht. Um die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung zu erhöhen, sind auf jeder der beiden Seiten zwei Hall sonden 25 und 26 bzw.In Fig. 2 is another MeE device also in a cross section for performing the method according to the invention illustrated schematically. The magnetic field required for this is created by two on either side of a fuel rod 15 arranged on a plastic base 16 stacks 17 and 18 of four each Lined up ferrite permanent magnets 20 generated. The fuel rod 15 facing Side parts of the magnet stacks 17 and 18 each provide a pole piece 21 and 22, respectively The magnets 20 are held together by a holder 19. Suitable ferrite permanent magnets have a remanence of 0.36 to 0.4 Tesla and generate in a 20 mm wide gap 23 between the pole pieces 21 and 22 / aduesr them formed stacks 17 and 18 a Flux density of about 0.2 Tesla. The reactor fuel rod 15 is passed through this gap 23 guided in a U-shaped rail 24. Between the rod 15 and the respective Magnet stacks 17 and 18 are attached measuring probes. To the sensitivity of the measuring device two Hall probes 25 and 26 resp.
27 und 28 vorgesehen. Diese Hallsonden können teils auf der Schiene 24, teils direkt an den Magnetstapeln 17 und 18 befestigt sein. Mit einer in der Figur nicht dargestellten Vorrichtung kann der Stabtransport durch den Spalt 23 erfolgen. Selbstverständlich kann auch der Stab 15 festgehalten werden und die Magnetanordnungen längs zu ihm verschoben werden. Bei der Relativbewegung zwischen dem Brennstab 15 und den Magnetstapeln 17 und 18 werden dann die einzelnen Brennstofftabletten in dem Brennstab in den Bereich höchster Feldstärke und an den Hallsonden 25 bis 28 vorbeigeführt.27 and 28 provided. These Hall probes can partly be on the rail 24, partly directly attached to the magnet stacks 17 and 18. With one in the In the device not shown in the figure, the rod can be transported through the gap 23 take place. Of course, the rod 15 and the magnet arrangements can also be held be moved lengthways to him. During the relative movement between the fuel rod 15 and the magnetic stacks 17 and 18 are then the individual fuel pellets in the fuel rod in the area of the highest field strength and on the Hall probes 25 to 28 passed by.
Die elektrische Schaltung einer Meßvorrichtung nach Fig. 2 ist in Fig. 3 skizziert. Jede der Hallsonden 25 bis 28 wird von einer eigenen, stabilisierten Stromversorgung 30 bis 33 mit einem Strom von beispielsweise 10 mA gespeist. Die Spannungsabgriffe der vier Hallsonden sind so geschaltet, daß sich die Hallspannungen addieren. Bei einer Hallsondenempfindlichkeit von etwa 100 mV pro Tesla bei der angegebenen Stromstärke ergibt die Addition der Hallspannungen bei 0,2 Tesla magnetischer Flußdichte in dem Spalt 23 gemäß Fig. 2 eine Spannung von etwa 80 mV. Diese Spannung wird durch eine 2-Volt-Batterie 35 und einen 10 ka-Widerstand 36 so kompensiert, daß in einem Verstärker 38 nur die Hallspannung verstärkt werden muß, die aufgrund der Felderhöhung durch die dotierten Tabletten in dem Reaktorbrennstab 15 erzeugt wird. Das verstärkte Signal wird durch einen x-t-Schreiber 39 aufgezeichnet.The electrical circuit of a measuring device according to FIG. 2 is in Fig. 3 outlines. Each of the Hall probes 25 to 28 is stabilized by its own Power supply 30 to 33 fed with a current of, for example, 10 mA. the Voltage taps of the four Hall probes are switched so that the Hall voltages add. With a Hall probe sensitivity of around 100 mV per Tesla for the specified current strength results in the addition of the Hall voltages at 0.2 Tesla magnetic Flux density in the gap 23 according to FIG. 2 has a voltage of about 80 mV. This tension is compensated by a 2 volt battery 35 and a 10 ka resistor 36 so, that in an amplifier 38 only the Hall voltage must be amplified due to the field increase generated by the doped tablets in the reactor fuel rod 15 will. The amplified signal is recorded by an x-t recorder 39.
Die Kompensation der Hallspannungen kann auch durchgeführt werden, während die Uranoxidtabletten zwischen den Hallsonden liegen.The compensation of the Hall voltages can also be carried out while the uranium oxide tablets lie between the Hall probes.
Dann braucht nämlich nur das von d en g den gadoliniumoxidhaltigen Tabletten hervorgerufene Signal verstärkt zu werden.Then only that of d en g needs the gadolinium oxide Tablets evoked signal to be amplified.
In Fig. 4 ist ein Meßprotokoll einer Vorrichtung nach Fig. 3 teilweise dargestellt. Auf der Ordinate ist die von den vier vorgesehenen Hall sonden hervorgerufene Spannung U in Mikrovolt aufgetragen, die in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen und in Zentimetern gemessenen Position x der einzelnen Tabletten innerhalb des Reaktorbrennstabes erhalten wird. Dem Meßprotokoll liegt als Ausführungsbeispiel ein Reaktorbrennstab zugrunde, in dessen Zircalloy-Hüllrohr mit einem Durchmesser von 12,5 mm eine Vielzahl von Tabletten mit Durchmessern von 10,63 mm und einer Höhe von Jeweils 11 mm aufgereiht sind. Es ergeben sich so Bereiche, die-nur aus uranoxidhaltigen Tabletten oder nur aus gadoliniumoxidhaltigen Tabletten oder abwechselnd aus beiden Tablettensorten bestehen. Das in der Figur gezeigte Protokoll des x-t-Schreibers ergibt sich für den Fall, daß der Reaktorbrennstab aus einem gadoliniumoxidhaltigen Bereich in einen Bereich mit abwechselnd gadoliniumoxidhaltigen und nichtgadoliniumoxidhaltigen Uranoxidtabletten bewegt wird. Der auf der linken Seite des Protokolls wiedergegebene, verhältnismäßig gleichmäßige Kurvenverlauf ergibt sich für den homogenen Stabbereich. Er wird gefolgt von dem alternierenden Bereich, der durch abwechselnd hohe und niedrige Spannungswerte gekennzeichnet ist. Der Abfall der Kurve auf den Minimalwert ist mit dem Stabende verbunden. Man erkennt im Protokoll deutlich die Lage der reinen Uranoxid-Tabletten an dem kleineren Signal und die Lage der gadoliniumoxidhaltigen Tabletten an dem vergleichsweise höheren Signal.In Fig. 4 a measurement protocol of a device according to Fig. 3 is partially shown. On the ordinate is the one produced by the four provided Hall probes Voltage U plotted in microvolts, which depends on the on the abscissa applied and measured in centimeters position x of the individual tablets within of the reactor fuel rod is obtained. The measurement protocol is an exemplary embodiment a reactor fuel rod is based, in its Zircalloy cladding tube with a diameter of 12.5 mm a variety of tablets with diameters of 10.63 mm and one Height of each 11 mm are lined up. There are areas that are only from uranium oxide-containing tablets or only from gadolinium oxide-containing tablets or alternately consist of both types of tablets. The log of the x-t recorder shown in the figure arises in the event that the reactor fuel rod is made of a gadolinium oxide Area to an area with alternating gadolinium oxide and non-gadolinium oxide Uranium oxide tablets is moved. The on the left side of the log reproduced, relatively uniform curve results for the homogeneous Staff area. It is followed by the alternating area that goes through alternately high and low voltage levels. The slope of the curve on the The minimum value is connected to the member end. You can clearly see the in the log Location of the pure uranium oxide tablets on the smaller signal and the location of those containing gadolinium oxide Tablets at the comparatively higher signal.
Da der Ordinatenmaßstab etwa 1 ? V/cm beträgt, entspricht bei einer Hallempfindlichkeit der vier Hall sonden von etwa 400 mV pro Tesla somit 1 cm Ordinate etwa 2,5 x 10 6 Tesla. Die durch die gadoliniumoxidhaltigen Tabletten bewirkte Signalhöhe ergibt sich so zu ungefähr 4 mV bzw. 1 x 10 5 Tesla.Since the ordinate scale is about 1? V / cm corresponds to a Hall sensitivity of the four Hall probes of around 400 mV per Tesla, thus 1 cm ordinate about 2.5 x 10 6 Tesla. The signal level produced by the tablets containing gadolinium oxide this results in approximately 4 mV or 1 x 10 5 Tesla.
Um eine bessere zeitliche Konstanz des Meßsignals zu erreichen, können gegebenenfalls der Stab und die Hallsonden thermisch entkoppelt werden. Die Vorrichtung zur Führung des Brennstoffstabes müßte dann außerhalb der Magnete angebracht werden.In order to achieve a better temporal constancy of the measurement signal, can if necessary, the rod and the Hall probes are thermally decoupled. The device to guide the fuel rod would then have to be attached outside of the magnets.
Ferner ist auch möglich, die Hallsonden durch flüssigen Stickstoff auf konstanter Temperatur zu halten.It is also possible to use the Hall probes with liquid nitrogen to keep at a constant temperature.
Statt der Ferritpermanentmagnete 20 gemäß Fig. 2 können auch Magnete aus hartmagnetischen Legierungen mit höherer Remanenz verwendet werden, z.B. AlNiCo 600-Magnete mit 1,26 Tesla Remanenz. Hierdurch ist eine Steigerung der Signalhöhe möglich.Instead of the ferrite permanent magnets 20 according to FIG. 2, magnets can also be used made of hard magnetic alloys with higher remanence can be used, e.g. AlNiCo 600 magnets with 1.26 Tesla remanence. This increases the signal level possible.
Gegebenenfalls kann dann auf zwei der vier Hall sonden 25 bis 28 verzichtet werden. Durch einen zusätzlichen Weicheisenring zur Führung der magnetischen Feldlinien kann darüber hinaus die Meßvorrichtung unempfindlicher gegen Störungen von außen gemacht werden.If necessary, two of the four Hall probes 25 to 28 can then be dispensed with will. With an additional soft iron ring to guide the magnetic field lines can also make the measuring device less sensitive to external interference be made.
Ferner ist die Erzeugung des äußeren Magnetfeldes nicht nur auf Permanentmagnete beschränkt. Es können alle hinreichend stabilen Feldquellen verwendet werden, so z.B. Elektromagnete oder auch supraleitende Magnete. Gegebenenfalls genügt sogar das magnetische Erdfeld.Furthermore, the generation of the external magnetic field is not restricted to permanent magnets limited. All sufficiently stable field sources can be used, see above E.g. electromagnets or superconducting magnets. In some cases it is even sufficient the magnetic earth field.
Zur Messung der Magnetfelder können außer den erwähnten Hallsonden noch viele andere Meßvorrichtungen in Betracht kommen, z.B. Feldplatten, Kernresonanz-Magnetometer oder Josephson-Effekt-Magnetometer.To measure the magnetic fields, the Hall probes mentioned many other measuring devices can be considered, e.g. field plates, nuclear magnetic resonance magnetometers or Josephson Effect magnetometer.
Außer der erwähnten einfachen Kompensation und Verstärkung des Meßsignals kommen für höhere Anforderungen an die Empfindlichkeit hoch entwickelte Signal-Verarbeitungsmethoden in Betracht, wie beispielsweise das sogenannte Lock-in-Verfahren, bei dem der Hallgenerator mit Wechselstrom versorgt wird und das Signal frequenz- und phasenfest gemessen wird. Darüber hinaus ist auch das sogenannte Sampling-Verfahren anwendbar, bei dem die Messungen mit Folgefrequenzen von KHz oder MHz wiederholt werden und die Summe über Tausende von Meßvorgängen gebildet wird. Es ist so eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses der Meßanordnung möglich.Besides the mentioned simple compensation and amplification of the measurement signal For higher sensitivity requirements, sophisticated signal processing methods are used into consideration, such as the so-called lock-in process, in which the Hall generator is supplied with alternating current and the signal is measured with a fixed frequency and phase will. In addition, the so-called sampling method can also be used, in which the measurements are repeated with repetition frequencies of KHz or MHz and the sum is formed over thousands of measurement processes. It's such an increase in the signal-to-noise ratio the measuring arrangement possible.
Das Meßverfahren ist vielfältig abwandelbar. So können die Meßsonden oder der Reaktorstab bewegt werden und auch das erhaltene Meßsignal zur Rückwirkung auf die den Meßvorgang steuernden Mittel oder andere Operationen herangezogen werden.The measuring method can be varied in many ways. So can the probes or the reactor rod can be moved and also the measurement signal obtained for the reaction can be used on the means controlling the measuring process or other operations.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß den vorstehenden Figuren 1 bis 4 zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung ist zwar ein Reaktorbrennstab angenommen, dessen Grundmaterial Uranoxid mit der Substanz Gadoliniumoxid, die stärker paramagnetisch als Uranoxid ist, dotiert ist. Das Verfahren nach der Erfindung ist Jedoch nicht nur auf gadöliniumoxidhaltige Brennstoff-Tabletten beschränkt, sondern es kann ebensogut zur Lokalisierung anderer Dotierungssubstanzen in beliebigen Grundmaterialien verwendet werden, falls diese Substanzen eine genügend verschiedene magne- tische Suszeptibilität gegenüber dem Grundmaterial haben.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4 above to explain the method according to the invention is a reactor fuel rod assumed its base material uranium oxide with the substance gadolinium oxide, which is stronger is paramagnetic than uranium oxide, is doped. The method of the invention is Not only limited to fuel tablets containing gadolinium oxide, but rather it can just as well be used to locate other dopants in any base material be used if these substances have a sufficiently different magnetic tables Have susceptibility to the base material.
Darüber hinaus ist mit dem Verfahren nach der Erfindung mit entsprechendem bekannten Meßaufwand auch eine quantitative Messung des Dotierungsgrades möglich.In addition, with the method according to the invention with corresponding known measurement effort, a quantitative measurement of the doping level is also possible.
14 Patentansprüche 4 Figuren L e e r s e i t e14 claims 4 figures L e r s e i t e
Claims (14)
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=5989058
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| DE2643664A Expired DE2643664C2 (en) | 1976-09-28 | 1976-09-28 | Device for the localization of substances in a body with a weakly magnetic base material |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE2643664C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1976
- 1976-09-28 DE DE2643664A patent/DE2643664C2/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2643664C2 (en) | 1984-05-17 |
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