DE2759366C2 - Von fremden elektrischen Energiequellen unabhängiger Neutronenmeßfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen von fremden elektrischen Energiequellen unabhängigen Neutronenmeßfühler für hohe Temperaturen mit einem zylinderförmigen llinitter, der mit einem Anschlußteil versehen ist, der an seiner Außenfläche mittels einer metallurgischen Verbindung mit einem abgewinkelten Abschnitt eines Meßinnenleiters einer Mantelmeßleitung verbunden ist.

Ein derartiger Neutronenmeßfühler ist beispielsweise in der GB-PS 13 57 579 beschrieben. Bei diesem Neutronenmeßfühler ist das Anschlußteil eines zylinderförmigen Emitters von seiner Außenfläche mit einem abgewinkelten Abschnitt eines Meßinnenleiters einer Mantelmeßleitung verbunden. Emitter und Anschlußteil sind von einem Isolator aus keramischem Material umhüllt und durch einen zylindrischen Kollektor mit einem stirnseitigen dichten Abschluß abgeschlossen.

Dieser bekannte Neutronenmeßfühler ist für wassergekühlte Kernreaktoren mit Arbeitstemperaturen bis etwa 400⁰C bestimmt. Bei höheren Arbeitstemperaturen, die in Hochtemperatur-Kernreaktoren auftreten, ergeben sich hohe thermische Spannung und Wechselbelastungen, denen insbesondere die elektrische Verbindung zwischen Emitter und Meßinnenleiter nicht standhalten können, da sie durch Hartlöten, Schweißen oder Quetschen hergestellt ist.

Auch die Ausführungen dieser Verbindung durch Anschweißen bzw. Verlöten, wie es aus der DE-AS 20 47 593 bzw. der DE-OS 15 39 628 bekannt ist, erweist sich als nicht ausreichend. Dies gilt noch mehr für die Stopfenverbindung, wie sie in der DE-AS 12 46 893 offenbart ist.

Gelöst wird dieses Problem nach der Lehre des nicht zum Stand der Technik gehörenden deutschen Patents 27 24 315 dadurch, daß der Anschlußteil zwischen Emitter und Meßinnenleiter stiftförmig ausgebildet und mit einer Querbohrung versehen ist und der Meßinnenleiter schraubenförmig um den Anschlußteil gewickelt, durch dessen Querbohrung geführt und mit seinem abgewinkelten Endabschnitt an den werkstoff gleichen Anschlußteil angeschweißt, sowie gegebenenfalls ein das detektorseitige Ende der Mantelmeßieitung abschließender Isolierzylinder vorgesehen ist

Die schraubenförmige Wendelung des Meßinnenleiters gibt diesem die Möglichkeit Längenänderungen aufzunehmen, ohne daß die Schweißstelle beansprucht wird. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Verbindung, erhalten, die auch starken thermischen Wechselbelastungen und den hierdurch bedingten Verschiebungen der Anschlußstelle standhält

Der vorliegenden weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach dem Patent 27 24 315 liegt die Aufgabe zugrunde, die Umhüllung des Emitters, der Mantelmeßleitung, des Anschlußteils und gegebenenfalls des Isoiierzylinders so zu gestalten, daß die Beweglichkeit des Meßinnenleiters und damit seine Fähigkeit zum Längenausgleich nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das detektorseitige Ende der Mantelmeßleitung, der Anschlußteil und der Emitter sowie gegebenenfalls der Isolierzylinder durch eine keramische Isolierhaube umhüllt sind und daß die gesamte Anordnung von Anschlußteil. Emitter, gegebenenfalls Isolierzylinder und Isolierhaube durch einen zylindrischen Kollektor mit einem stirnseitigen dichten Abchluß abgeschlossen ist.

Durch diese Gestaltung der Umhüllung bleibt die Beweglichkeit des Meßinnenleiters, im Gegensatz beispielsweise zu der Verwendung der bekannten Isolierungspackungen, voll erhalten, wobei die empfindliche Isolierhaube durch den Kollektor entsprechend geschützt ist.

Es ist eine gekapselte und abgeschlossene Ausführungsform des Hochtemperatur-Neutronenfühlers gegeben, die besonders stabil ist und sich daher für alle Anwendungen besonders eignet.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die einen Schnitt durch einen bei hohen Temperaturen verwendbaren Neutronenmeßfühler darstellt
Der Neutronenmeßfühler ist mit einer Mantelmeßleitung 1 verbunden, die einen Mantelleiter 2 und zwei Innenleiter aufweist, von denen der eine ein Kompensationsleiter 3 und der andere ein Meßinnenleiter 4 ist. Die Leiter bestehen aus einer Nickel-Chrom-Legierung, die sich durch große Hitze- und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet und für Neutronenfühler geeignet ist. Die Mantelmeßleitung 1 enthält außerdem Isolierungen aus Magnesiumoxid.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 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 036 mm. Die Länge der Mantelmeßleitung hängt selbstverständlich von den vorgesehenen Einbaubedingungen ab und kann einige Meter betragen. In der Zeichnung ist lediglich das Endstück der Mantelmeßleitung 1 dargestellt mit dem der eigentliche Neutronenmeßfühler verbunden ist Das gegenüberliegende Ende der Mantelmeßleitung ist mit einer Steckverbindung ausgestattet die einen Anschluß an weitere elektrische Schaltkreise ermöglicht. Am detektorseitigen Ende ist der Mantelleiter 2 auf eine Länge von ca. 50 mm entfernt. Der Kompensationsleiter 3 steht mit einem Endstück 3' von ca. 5 mm Länge über den Mantelleiter 2 vor. Der Meßinnenleiter 4 steht mit

einem Endstück 4' von den genannten 50 mm Länge über den Mantelleiter 2 vor und wird beim Zusammenbau in weiter unten beschriebener Weise behandelt

Auf den Mantelleiter 2 ist ein Zwischenstück 5 aufgeschoben, das etwa 20 mm lann 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 Oberbrükkung zwischen dem Mantelleiter 2 und dem Kollektor 6. in Das Zwischenstück 5 sitzt passend auf dem Mantelleiter 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 Manielleiter 2 verbunden. Das Zwischenstück 5 besteht ebenfalls aus der genannten Nickel-Chrom-Legierung.

Ein Isolierzylinder 8 aus reinem Aluminiumoxid hat sinen Außendurchmesser von 22 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 3 in der einen Bohrung 9 endigt und das Endstück 4' des Meßinnenleiters 4 durch die andere Bohrung hindurchragt. Der Isolierzylinder 8 steht auf dem Mantelleiter 2 auf und dient damit auch als Abstandhalter.

Als Meßkörper ist ein Emitter 10 in Zylinderform vorgesehen. Dieser Emitter 10 besteht aus Vanadium, das eine verzögerte Neutronenanzeige liefert. Der Emitter 10 hat einen Durchmesser von 2 mm und eine Länge von 200 mm. Am Anschlußende des Emitters 10 befindet sich eine 3,5 mm tiefe axiale Bohrung 11 mit einem Durchmesser von 1,0 mm. Diese Bohrung 11 wird durch eine Querbohrung 12 gekreuzt, deren Enden kegelförmige Erweiterungen 13 aufweisen.

Die elektrische Verbindung des Emitters 10 mit dem Meßinnenleiter 4 erfolgt mit Hilfe eines zylindrischen Anschlußteils 14, der an dem Anschlußende eine Kegelspitze IS aufweist. Der Anschlußteil 14 ist 11 mm lang, hat einen Durchmesser 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 Emitters 10 Aufnahme. Innerhalb dieses Endes ist eine Querbohrung 16 mit einem Durchmesser von 0,4 mm vorgesehen, die mit der Querbohrung 12 des Emitters 10 fluchtet. Etwa in der Mitte des Anschlußteils 14 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 Nickel-Chrom-Legierung. Dieser Keil 18 besitzt an einer Seite einen Kopf und ist an der gegenüberliegenden Seite durch mechanische Bearbeitung nach Art eines Nietkopfes verforml, so daß der Keil 18 formschlüssig in den Querbohrungen 16 und 12 sitzt und dadurch eine mechanisch und elektrisch sichere Verbindung zwischen dem Emitter 10 und dem Anschlußteil 14 gewährleistet. Die kegelförmigen Erweiterungen 13 der Querbohrung 12 stellen eine einwandfreie Aufnahme der Nietköpfe des Keils 18 sicher.

Das Ende 4' des Meßinnenleiters ist als Schraubenwicklung 19 um den Anschlußteil 14 gewickelt, mit einem abgewinkelten Abschnitt 20 durch die Querbohrung 17 geführt und mit einem Endabschnitt 21 in Achsrichtung des Anschlußteils 14 abgebogen und an die Außenfläche des Anschlußteils 14 angelegt Mehrere mit einem Laser erzeugte Punktschweißstellen 22 stellen eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Endabschnitt 21 und dem Anschluß teil 14 sicher. Da der Anschlußteil 14 und der Meßinnenleiter 4 aus dem gleichen Werkstoff bestehen, haben diese Stoffe gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß der abgewinkelte Endabschnitt 21 des Meßinnenleiters 4 gegenüber dem Anschlußteil 14 keine Verschiebung erleidet. Infolgedessen ergeben sich für die Punktschweißstellen 22 keine mechanischen Belastungen durch Temperaturbeanspruchungen. Damit entfällt jede Schwerbeanspruchung der Punktschweißstellen 22. Infolgedessen sind diese Punktschweißstellen 22 sehr dauerhaft und gewährleisten eine einwandfreie mechanische und elektrische Verbindung. Etwa auftretende Wärmedehnungen werden durch Dehnungen und Verschiebungen der Schraubenwicklung 19 aufgenommen. In diesem Bereich ist eine ungehinderte Dehnung möglich. Damit werden nicht vermeidbare Wärmedehnungen und Verschienungen des Meßinnenleiters 4 gegenüber den übrigen Teilen des Neutronenmeßfühlers von den Punktschweißstellen 22 völiig ferngehalten, so daß dieselben entlastet sind.

Eine Isolierhaube 23 aus 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 Emitter 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 3,5 mm, einen Innendurchmesser von 3,1 mm und einer Länge von 240 mm; er besteht ebenfalls aus der bereits genannten Nickel-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 Mittelbohrung 26 abgeschlossen. Die Mittelbohrung 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 Nickel-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 Mantelmeßleitung 1 und der Anschlußteil 14 mit dem Emitter 10 verbunden ist, wird das Ende 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 Wärmeausdehnungskoeffizient 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 Hochtemperalur-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,j3)-Reaktion abläuft. Man kann auch einen Werkstoff verwenden, in den eine (N,y)-Reaktion induziert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Von fremden elektrischen Energiequellen unabhängiger Neutronenmeßfühler 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 Meßinnenleiters einer Mantelmeßleitung verbunden ist wobei nach Patent 27 24315 der Anschlußteil stiftförmig ausgebildet und mit einer Querbohrung versehen ist und der Meßinnenleiter schraubenförmig um den Anschiußteil gewickelt durch dessen Querbohrung geführt und mit seinem abgewinkelten Endabschnitt an den werkstoffgleichen Anschlußteil angeschweißt sowie gegebenenfalls ein das detek-•orseitige Ende der Mantelmeßleitung abschließender Isolierzylinder vorgesenen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das detektorseitige Ende der Mantelmeßleitung (1), der Anschlußteil (14) und der Emitter (10) sowie gegebenenfalls der Isolierzylinder (8) durch eine keramische Isolierhaube (23) umhüllt sind und daß die gesamte Anordnung von Anschlußteil (14), Emitter (10), gegebenenfalls Isolierzylinder (8) und Isolierhaube (23) durch einen zylindrischen Kollektor (6) mit einem stirnseiligen dichten Abschluß (25,27,28,29) abgeschlossen ist.