DE2759366A1 - Von fremden energiequellen unabhaengiger neutronenmessfuehler - Google Patents

Von fremden energiequellen unabhaengiger neutronenmessfuehler

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DE2759366A1
DE2759366A1 DE19772759366 DE2759366A DE2759366A1 DE 2759366 A1 DE2759366 A1 DE 2759366A1 DE 19772759366 DE19772759366 DE 19772759366 DE 2759366 A DE2759366 A DE 2759366A DE 2759366 A1 DE2759366 A1 DE 2759366A1
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emitter
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Helmut Hofer
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Forschungszentrum Juelich GmbH
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KERNORSCHUNGSANLAGE JUELICH GmbH
Kernforschungsanlage Juelich GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00Measuring neutron radiation
    • G01T3/006Measuring neutron radiation using self-powered detectors (for neutrons as well as for Y- or X-rays), e.g. using Compton-effect (Compton diodes) or photo-emission or a (n,B) nuclear reaction

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Description

  • Von fremden knergiequellen unabhängiger Neutronenmebfühler
  • Ausscheidung aus Patentanmeldung P 27 24 515.8-vj Die Erfindung. betrifft einen von fremden Energiequellen unabhängigen Neutronenmeßfühler für hohe Temperaturen mit einem zylinderförmigen Emitter, der mit einem Anschlußteil versehen ist, der an seiner Aubenfläche mittels einer metallurgischen Verbindung mit einem abgewinkelten Abschnitt eines Meßinnenleiters einer Mantelmeßleitung verbunden ist.
  • Ein derartiger Neutronenmeßfühler ist aus der GB-PS 1 357 579 bekannt. Der Neutronenmeßfahler kann einen langsam ansprechenden Emitter, in dem eine (N,ß)-Heaktion abläuft, oder einen prompt ansprechenden Emitter, der durch Neutronen zur Emission von t-Strahlen angeregt wird, enthalten. Ein derartiger Neutronenmeßfühler ist für wassergekühlte Kernreaktoren mit Arbeitstemperaturen bis etwa 4000C bestimmt. Bei höheren Arbeitstemperaturen, die in ilochtemperatur-hernreaktoren auftreten, ergeben sich hohe thermische spannungen und Wechselbelastungen, die insbesondere die elektrische Verbindung zwischen emitter und Meßinnenleiter beeinträchtigen. Diese Verbindung zwischen Keßinnenleiter und Emitter, die durch Hartlöten, Schweißen oder tiuetschen hergestellt ist, erweist sich dieser hohen belastung nicht gewachsen.
  • Auch die Ausführung dieser Verbindung durch AnschweiLen oder Verlöten nach der Db-AS 20 47 593 erweist sich als nicht ausreichend.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen fleutronenmeßfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, der trotz der aus neutronenphysikalischen Gründen notwendigen Verwendung verschiedener Werkstoffe hohe Betriebstemperaturen und starke thermische Wechaelbelastungen aushält.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die lZiantelmeßleitung, der Isolierzylinder, der Anschlußstift und der Emitter durch eine keramische Isolierhaube umhüllt sind und daß die gesamte Anordnung durch einen zylindrischen Kollektor mit einem stirnseitigen dichten Abschluß abgeschlossen ist.
  • Durch diese Konstruktion ist eine gekapselte und abgeschlossene Ausführungsform des Hochtemperatur-Iieutronenfühlers gegeben, die besonders stabil ist und sich daher für alle Anwendungen besonders eignet.
  • Eine Ausführungaform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, die einen Schnitt durch einen Hochtemperatur-Neutronenfühler nach der Erfindung darstellt.
  • Der Hochtemperatur-Neutronenfühler sitzt an einer tqantelmeßleitung 1, die einen Mantelleiter 2 und zwei Innenleiter 3 und 4 umfaßt, von denen der eine als Kompensationsleiter 3 und der andere als keßinnenleiter 4 benutzt wird. Die Leiter bestehen aus einer unter der Bezeichnung "Inconel" bekannten Nickel-Chrom-Legierung, die sich durch große Hitze- und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet und für Neutronenfühler geeignet ist.
  • Die t1antelmeßleitung 1 enthält außerdem Isolierungen aus Magnesiumoxid.
  • ei einem AusführungsbeisI>iel der Erfindung hat der Mantelleiter 2 einen Außendurchmesser von 2,0 mm und eine Wandstärke von 0,24 mm. Der Durchmesser der Innenleiter 3 und 4 beträgt mm. mm. Die Lanaie der antelmeßleitunp hängt selbstverständlich von den vorgesehenen Einbaubedingungen ab und kann einige rieter betragen. In der Figur ist lediglich das Endstück der PbiantelmeLleitung 1 dargestellt, auf das der eigentliche Neutronenmeßfühler aufgebaut ist. Das ge;enüberliegende Ende der ivlantelmeßleitung ist mit einer Steckverbindung ausgestattet, die einen Anschluß an weitere elektrische Schaltkreise ermöglicht.
  • Am Anschlußende ist der Mantelleiter 2 auf eine Länge von ca.
  • Du mm entfernt. Der Kompensationsleiter ) steht mit einem Endstück 3' von ca. 5 mm Lange über den .lantelleiter 2 vor. Der t'eßinnenleiter 4 steht mit einem Endstück 4' von den genannten 50 mm Lange über den Mantelleiter 2 vor und wird beim Zusammenbau in weiter unten beschriebener eise behandelt.
  • Auf den fiantelleiter 2 ist ein Zwischenstück 5 aufgeschoben, das etwa 20 mm lang ist und im Innendurchmesser stufenförmig abgesetzt ist. Der Außendurchmesser beträgt einheitlich 3,1 mm und entspricht dem Innendurchmesser eines Kollektors 6. Dieses Zwischenstück dient zur leitenden Überbrückung zwischen dem Mantelleiter 2 und dem Kollektor 6. Das Zwischenstück 5 sitzt passend auf dem Fiantelleiter 2, wobei das Ende mit dem kleineren Innendurchmesser gegen das Ende des Mantelleiters 2 hinweist. Das Zwischenstück 5 ist durch eine Rundnahtschweißung 7 dicht mit dem blantelleiter 2 verbunden. Das Zwischenstück 5 besteht ebenfalls aus der genannten Nickel-Chrom-Legierung.
  • Ein Isolierzylinder 8 aus reinem Aluminiumoxid hat einen Außendurchmesser von 2,2 mm und eine Länge von 3 mm. Es handelt sich bei diesem Isolierzylinder 8 um einen Keramikteil.
  • In diesem Isolierzylinder 8 sind zwei Bohrungen 9 mit einem Durchmesser von 0,5 mm vorhanden. Die Bohrungen dienen zur Führung der Innenleiter, wobei das Endstück 3' des Kompensationsleiters 7 in der einen Bohrung 9 endigt und das h'ndstück 4' des Meßinnenleitsrs 4 durch die andere bohrung hindurchragt. ber Isolierzylinder 8 steht auf deu antelleiter 2 auf und dient damit auch als Abstandhalter. Als Meßkörper ist ein emitter 1U in Zylinderform vorgesehen. Dieser emitter besteht aus Vanadium, das eine verzögerte Neutronenanzeige liefert. Der Emitter hat einen burchmesser von 2 mm und eine Länge von 200 mm. Am Anschlußende des Emitters befindet sich eine 3,5 mm tiefe axiale bohrung 11 mit einem Durchmesser von 1,0 mm. Diese Bohrung 11 wird durch eine vuerbohrung 12 gekreuzt, deren lenden kegelförmige Erweiterungen 13 aufweisen. Die elektrische Verbindung des imitters 10 mit dem Aleßinnenleiter 4 erfolgt mit hilfe eines zylindrischen stiftförmigen Anschlußteils 14, der an dem Anschlußende eine Kegelspitze 15 aufweist. Der Anschlußteil ist 11 mm lang, hat einen burchmesser von 1,0 mm und besteht ebenfalls aus der bereits genannten Nickel-Chrom-Legierung. Das stumpfe Ende des Anschlußteils 14 findet in der bohrung 11 des e.mitters 10 Aufnahme. Innernalb dieses Endes ist eine uerbohrung 16 mit einem Durchmesser von u,4 mm vorgesenen, die mit der querbohrung 12 des Emitters 10 fluchtet. Etwa in der mitte des Anschlußteils, genau in einem Abstand von 6 mm von dem stumpfen Ende, befindet sich eine weitere Querbohrung 17.
  • Durch die miteinander fluchtenden Querbohrungen 12 und 16 des Emitters 10 und des Anschlußteils 14 reicht ein stiftförmiger Keil 18 aus der genannten i':ickel-Chrom-tegierung. Dieser Keil besitzt an einer Seite einen Kopf und ist an der gegenüberliegenden Seite durch mechanische Bearbeitung nach Art eines Nietkopfes verformt, so daß der Keil formschlüsssig in den Querbohrungen 16 und 12 sitzt und dadurch eine mechanisch und elektrisch sichere Verbindung zwischen dem Emitter 10 und dem Anschubteil 14 gewährleistet. Die äegelförmigen Erweiterungen 13 der Querbohrung 12 stellen eine einwandfreie Aufnahme der hietköpfe des Keils 18 sicher.
  • Das Ende 4' des .leßinnenleiters ist als Schraubenwicklun 1 um den Anschlußteil 14 gewickelt, mit einem abgewinkelten Abschnitt 20 durch die Querbohrung 17 geführt und mit einem Endabschnitt 21 in Achsricntung des Anschlußteils 14 abgebogen und an die Außenfläche des Anschlußteils 14 angelegt. mehrere Laser-Punktschweibstellen 22 stellen eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Endabschnitt 21 und dem Anschlußteil 14 sicher. Da der Anschlußteil 14 und der Meßinnenleiter 4 aus dem gleichen werkstoff bestehen, haben diese Stoffe gleiche Warmoausdehnunsoeffizienten, so daß der abgewinkelte pndabschnitt 21 des eßinnenleiters 4 gegenüber dem Anschlußteil 14 keine Verschiebunz erleidet. Infolgedessen ergeben sich für die Punktschweißstellen 22 keine mechanischen Belastungen durch lemperaturbeanspruchungen. Damit entfällt jede Scherbeanspruchung der Punktschweißstellen. Infolgedessen sind diese Punktschweißstellen sehr dauerhaft und gewährleisten eine einwandfreie mechanische und elektrische Verbindung. twa auftretende Uärmedehnungen werden durch Dehnungen und Verschiebutzen der Schraubenwicklun 19 aufgenommen. In diesem bereich ist eine un<-ehinderte Dehnung möglich. Damit werden nicht vermeidbare Wärmedehnunaen und Verschiebungen des Meßinnenleiters gegenüber den übrigen zeilen des iieutronenmeßfühlers von den Punktschweidstellen 22 völlig ferngehalten, so daß dieselben entlastet sind.
  • Line Isolierhaube 23 in Form einer festen Keramik aus reinem Aluminiumoxid mit einem Innendurchmesser von 2,3 mm und einem Außendurchmesser von 2,9 mm ist 220 mm lang und umschließt den t'mitter 10, den Anschlußteil 14 sowie den Isolierzylinder 8 und reicht über den Endabschnitt des Mantelleiters 2.
  • Der Kollektor 6 ist ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von t,,'t, mm, einem Innendurchmesser von 3,1 mm und einer Länge von 240 mm; er besteht ebenfalls aus der bereits genannten Mickel-Chrom-Legierung. Der Kollektor 6 sitzt auf dem Zwischenstück 5 auf und ist durch eine Schweißnaht 24 fest mit dem Zwischenstück 5 verbunden. Das Stirnende ist durch einen Deckel 25 mit einer ittelbohrung 26 abgeschlossen. Die Hittelbohrung 26 nimmt einen Stopfen 27 auf. Jeweils durch Schweißnähte 28 und 29 ist eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet.
  • Der Deckel 25 und der Stopfen 27 bestehen ebenfalls aus der genannten Wickel-Chrom-Legierung.
  • Der Zusammenbau der Einzelteile des Neutronenmeßfühlers ist bereits vorstehend teilweise erläutert. Die Einzelteile werden jeweils sorgfältig gereinigt und ausgeheizt. Nachdem der Isolierzylinder 8 mit der iiiantelmeßleitung 1 und der Anschlußteil 14 mit dem Emitter 10 verbunden ist, wird das knde 4' des Meßinnenleiters durch die bohrung 17 gesteckt, so daß ca. 5 mm für den abgewinkelten Abschnitt 20 herausragen. Die Schraubenwicklung 19 wird sodann fest auf den Anschlußteil 14 aufgewickelt.
  • Die Wicklung wird so lange fortgesetzt, bis die Kegelspitze 15 des Anschlußteils 14 an dem Isolierzylinder 8 ansteht und diesen gegen den Mantelleiter 2 drückt. Sodann wird der Abschnitt 20 des Meßinnenleiters in Achsrichtung des Anschlußteils 14 abgebogen und durch die Punktschweißstellen 22 festgelegt.
  • Nach Aufsetzen der Isolierhaube 23 und des Kollektors 6 mit dem Deckel 25 sowie nach Fertigstellung der Schweißnähte 24 und 28 wird die Anordnung sorgfältig ausgeheizt. Dann wird die Mittelbohrung 26 durch den Stopfen 27 abgeschlossen und durch eine weitere Schweißnaht 29 hermetisch abgedichtet. Damit ist der Neutronenmeßfühler fertiggestellt.
  • Der Wärmeausdehnungekoeffizient der Nickel-Chrom-Legierung ist etwa doppelt so groß wie derjenige von Vanadium. Infolgedessen können im Hochtemperaturbetrieb und insbesondere bei Temperaturwechselbeanspruchungen erhebliche Wärmespannungen auftreten. Diese werden jedoch ohne Schwierigkeiten durch die Schraubenwicklung 19 aufgefangen, so daß die Punktschweißstellen 22 von Wärmedehnungen völlig entlastet sind. Infolgedessen hat der Hochtemperatur-Neutronenmeßfühler eine lange Lebensdauer.
  • Der Emitter 10 kann selbstverständlich auch aus einem anderen Werkstoff als Vanadium bestehen. Der Emitter kann aus einem anderen Werkstoff bestehen, in dem eine (N,ß)-Reaktion abläuft.
  • [ian kann auch einen Werkstoff verwenden, in den eine (N,γ)-Reaktion induziert werden kann.

Claims (1)

  1. Patentanspruch Von fremden l,hergiequellen unabhängiger Meutronenmeßfühler für hohe Temperaturen mit einem zylinderförmigen Emitter, der mit einem Anschlußteil versehen ist, der an seiner Außenfläche mittels einer metallurgischen Verbindung mit einem abgewinkelten Abschnitt eines jqeßinnenleiters einer Mantelmeßleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die tisantelmeßleitung (1), der Iaolierzylinder (8), der Anschlußstift (14) und der Emitter (10) durch eine keramische Isolierhaube (23) umhüllt sind und daß die gesamte Anordnung durch einen zylindrischen Kollektor (6) mit einem stirnseitigen dichten Abschluß abgeschlossen ist.
DE19772759366 1977-05-28 1977-05-28 Von fremden elektrischen Energiequellen unabhängiger Neutronenmeßfühler Expired DE2759366C2 (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1246893B (de) * 1963-10-18 1967-08-10 Atomic Energy Commission Neutronendetektor ohne aeussere Spannungsquelle
DE1539628A1 (de) * 1965-02-08 1969-08-28 Atomenergie Ab Neutronendetektor
GB1357579A (en) * 1971-01-19 1974-06-26 Ca Atomic Energy Ltd Neutron and gamma flux detector

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