DE2805568C2

DE2805568C2 -

Info

Publication number: DE2805568C2
Application number: DE2805568A
Authority: DE
Inventors: John Paul San Jose Calif. Us Neissel; Walter Kent Gilroy Calif. Us Green; Yogeshwar San Jose Calif. Us Dayal
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-02-14
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1992-10-08
Also published as: JPH0524470B2; JPH04218792A; SE426525B; IT7820217A0; ES466383A1; SE7801723L; JPS53112788A; DE2805568A1; US4103166A; IT1092691B; JPH021584A; JPH0151790B2; JPH0348471B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen eines Neutronendetektors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9. Eine derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind aus der DE-OS 24 41 417 bekannt.

Ionenkammer-Neutronendetektoren werden zur Messung des Neutronenflusses in dem Kern eines Kernreaktors verwendet. Ein Beispiel eines solchen Detektorsystems zum Messen und Überwachen des Neutronenflusses in dem Reaktorkern wird in der US-PS 35 65 760 beschrieben.

Neutronendetektoren des Ionisationskammertyps sind an sich bekannt und sind beispielsweise in der US-PS 30 43 954 beschrieben. Gewöhnlich enthalten solche Kammern ein Paar elektrisch gegeneinander isolierter, beabstandeter Elektroden mit einem dazwischen befindlichen, auf Neutronen ansprechenden Material und einem ionisierbaren Gas. Beispielsweise wird in einer Spaltionisationskammer oder Spaltungskammer als auf Neutronen ansprechendes Material U-235 verwendet, welches durch Neutronen spaltbar ist. Beim Auslösen von Spaltungsreaktionen in dem Uran in der Kammer durch auftreffende Neutronen ionisieren die entstehenden Spaltprodukte das Gas entsprechend der Größe des Neutronenflusses in der Kammer. Andere Arten von Ionenkammern mit auf Neutronen ansprechendem Material benutzen beispielsweise hierfür ein Material wie Bortrifluorid in Gasform. Wenn über den Elektroden dieser Ionisationskammer eine Gleichspannung angelegt wird, dann wird am Ausgang ein Strom erzeugt, der der Größe der Ionisierung proportional ist und damit proportional ist zu dem Neutronenfluß in der Kammer.

Es ist an sich bekannt, daß der Neutronenfluß in der Spaltungskammer entweder dadurch festgestellt werden kann, daß der durch die Kammer fließende mittlere Strom gemessen werden kann zur Erzeugung eines normalerweise als Gleichstromsignal bezeichneten Signals, das den durch die Kammer fließenden Gleichstrom darstellt, oder es kann der quadratische Mittelwert des Wechselstroms in der Kammer in einem geeigneten Frequenzbereich gemessen werden zur Erzeugung eines normalerweise als Wechselstromsignal bezeichneten Signals, das den durch die Kammer fließenden Wechselstrom darstellt. Bei beiden Verfahren wird ein Signal erzeugt, das als Maß für den Neutronenfluß in der Kammer verwendet wird. Zur Zeit wird in Siedewasserreaktoren das Gleichstromsignal als Maß für den Neutronenfluß im oberen Leistungsbereich des Reaktors verwendet, und das Wechselstromsignal wird als Maß für den Neutronenfluß in unteren Leistungsstufen verwendet.

Als Neutronendetektoren besitzen die Spaltungskammern die Vorteile einer guten Empfindlichkeit, einer ausreichenden Lebensdauer und eines raschen Ansprechens auf Veränderungen des Neutronenflusses. Ihr Ansprechverhalten bzw. ihre Empfindlichkeit besitzt jedoch eine Tendenz zur Nichtlinearität, und für irgendeine bestimmte Kammer kann die Abhängigkeit der Stromstärke am Ausgang von dem Neutronenfluß nicht genau vorausgesagt werden. Weiterhin müssen während der Verwendung die Kammern recht häufig neu geeicht werden wegen des Empfindlichkeitsverlustes infolge des Abbrandes des neutronenempfindlichen Materials oder infolge einer Änderung der Dichte des ionisierbaren Gases in der Kammer. Im allgemeinen wird daher der Betrieb solcher Spaltungskammern leicht beeinträchtigt und es können Fehlfunktionen verschiedenster Art Änderungen in der Empfindlichkeit verursachen, deren Vorhandensein und Größe bis zum Zeitpunkt der erneuten Eichung nicht erkannt werden.

Einer der schwächsten Punkte einer Spaltungskammer besteht in der Abdichtung zwischen der Kammer und dem Anschlußkabel. Diese Dichtung soll das Gas in der Kammer zurückhalten und eine konstante Gasdichte in der Kammer aufrechterhalten. Wenn diese Dichtung defekt wird, dann kann entweder Gas aus der Kammer heraus in das Kabel oder aus dem Kabel in die Kammer strömen, in Abhängigkeit von dem Gasdruck in diesen beiden Bereichen zum Zeitpunkt des Defektes an der Dichtung. In jedem Falle ändert sich dabei die Empfindlichkeit der Kammer, und die von der Kammer erzeugten Wechselstromsignale und Gleichstromsignale werden zu einem fehlerbehafteten Maß für den Neutronenfluß.

Da diese Änderung der Gasdichte in einem Zeitraum eintreten kann, welcher zwischen wenigen Minuten und einigen Tagen schwanken kann, in Abhängigkeit von dem Ausmaß des Defektes, können diese fehlerhaften Meßwerte unerkannt bleiben. Weiterhin gibt es beim Erkennen der fehlerhaften Ablesung oder Meßwerte keine andere Möglichkeit zur Bestimmung der Größe des Fehlers als eine erneute Eichung der Spaltungskammer. Daher besteht ein Bedürfnis für ein System, welches eine Änderung der Dichte des Gases in der Ionenkammer erfaßt und die Größe des auf diese Weise erzeugten Fehlers mißt, so daß das Ausgangssignal des Detektors automatisch korrigiert werden kann.

Ein weiteres Problem bei Neutronendetektoren des Spaltungskammertyps besteht darin, daß Gammastrahlung ebenfalls das Gas in der Kammer ionisiert und ein Gleichstromsignal proportional zur Gammastrahlung in der Kammer erzeugt. Es gibt keine Möglichkeit zur Unterscheidung des durch Neutronen erzeugten Anteils von dem durch Gammastrahlung erzeugten Anteil in dem von der Kammer erzeugten Gleichstromsignal. Wenn daher das Gleichstromsignal als ein Maß für den Neutronenfluß verwendet wird gemäß dem gegenwärtig im Leistungsbereich von Siedewasserreaktoren verwendeten Verfahren, dann wird die Lebensdauer der Spaltungskammer als beendet erachtet, wenn die durch Neutronen erzeugte Stromstärke unter einen bestimmten Bruchteil der Gesamtkammer-Stromstärke absinkt. Es gibt jedoch zur Zeit keine Möglichkeit zur Feststellung dieses Ereignisses, da die Dosis der Gammastrahlung in der Umgebung des Detektors im Kern des Reaktors nicht bekannt ist und nicht genau gemessen werden kann. Wenn daher das Gleichstromsignal als Maß für den Neutronenfluß verwendet wird, dann besteht ein Bedürfnis für ein System, welches den Anteil der Detektorstromstärke mißt, welcher durch die Bestrahlung mit Neutronen erzeugt wird, so daß das Ende der Lebensdauer des Detektors vorausgesagt werden kann.

Ein weiteres Problem bei Neutronendetektoren mit Spaltungskammer besteht darin, daß ihre Ansprechkurve nicht linear ist. Das heißt, die Ausgangsstromstärke ist nicht genau proportional zum Neutronenfluß in der Kammer. Diese Nichtlinearität ist zurückzuführen auf durch die Reaktorleistung verursachte Temperaturänderungen in dem Detektor, welche zu leistungsabhängigen Änderungen in der Gasdichte des aktiven Volumens des Detektors führen. Dies führt zu einer von der Reaktorleistung abhängigen Detektorempfindlichkeit und damit zu einer nicht-linearen Detektorkurve. Da es unmöglich ist, den Neutronenfluß in der Umgebung eines Detektors in dem Reaktorkern genau zu messen, kann diese Nicht- Linearität nicht ermittelt und in der üblichen Weise korrigiert werden, bei der man die Größe des Ausgangssignals der Kammer in Abhängigkeit vom Neutronenfluß für den Bereich des Neutronenflusses mißt, in welchem die Kammer verwendet werden soll. Trotzdem ist es wichtig, die Nicht-Linearität des Detektors zu bestimmen, da der maximale Leistungspegel, mit dem ein moderner Reaktor mit hoher Leistungsdichte betrieben werden kann, eine Funktion der Nicht-Linearität seiner im Reaktorkern angeordneten Detektoren ist. Daher besteht ein Bedürfnis für ein System, welches die Nicht-Linearität eines Neutronendetektors des Ionenkammertyps bei verschiedenen Leistungswerten bestimmt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Feststellung von Änderungen der Gasdichte in der Kammer, zur Korrektur solcher Änderungen in der Gasdichte, zur Voraussage des Endes der Lebensdauer des Detektors, wenn das Gleichstromsignal als Maß für den Neutronenfluß verwendet wird, und zur Bestimmung der Nicht-Linearität des Detektors bei verschiedenen Leistungsstufen zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bzw. 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß rasche Änderungen in dem Verhältnis von Wechsel- und Gleichstromsignal eine Gasundichtigkeit oder eine Änderung der Gasdichte in der Kammer anzeigen. Ein Signal proportional zum Neutronenfluß in der Kammer, welches jedoch unabhängig von der Gasdichte in der Kammer ist, wird dadurch erhalten, daß das Gleichstromsignal durch dieses Verhältnis geteilt wird. Das vom Detektor erzeugte Wechselstromsignal wird ebenfalls dadurch korrigiert, daß das Wechselstromsignal durch das Quadrat des Verhältnisses geteilt wird. Das Ende der Lebensdauer der Kammer bei Verwendung des Gleichstromsignals als Maß für den Neutronenfluß ist angezeigt, wenn dieses Verhältnis gleich dem M/(M+1)-fachen des ursprünglichen Wertes des Verhältnisses ist, wobei das Ende der Lebensdauer der Kammer dadurch definiert ist, daß die durch Neutronen erzeugte Stromstärke ein bestimmtes Vielfaches M der durch Gammastrahlung erzeugten Stromstärke in der Kammer wird.

Die Gleichstromempfindlichkeit der Kammer bei höheren Leistungsstufen und damit die Nicht-Linearität der Kammer bei Verwendung des Gleichstromsignals wird bestimmt durch Multiplikation der bekannten Gleichstromempfindlichkeit bei niedriger Leistungsstufe mit dem Verhältnis des Wechsel- und Gleichstromsignals bei der höheren Leistungsstufe und Teilung durch das Verhältnis des Wechsel- und Gleichstromsignals bei der niedrigeren Leistungsstufe. Die Wechselstromempfindlichkeit der Kammer bei höheren Leistungsstufen und damit die Nicht- Linearität der Kammer bei Verwendung des Wechselstromsignals wird bestimmt durch Multiplikation der bekannten Wechselstromempfindlichkeit bei einer niedrigeren Leistungsstufe mit dem Quadrat des Verhältnisses der Wechsel- und Gleichstromsignale bei der höheren Leistungsstufe geteilt durch das Quadrat des Verhältnisses der Wechsel- und Gleichstromsignale bei der niedrigeren Leistungsstufe.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Reaktorkerns mit darin angeordneten Neutronendetektoren.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine elektrische Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anzahl von Detektoren 1, welche in einen Kern 2 eines Kernreaktors zur Überwachung des Neutronenflusses in demselben eingesetzt sind. Wie an sich bekannt, umfaßt ein solcher Kern eine Anzahl von beabstandeten Brennelementbündeln 3, die jeweils eine Anzahl von Brennelementen oder Brennstäben enthalten, welche ein spaltbares Material enthalten, beispielsweise U-235. In den Zwischenräumen zwischen den Brennelementbündeln 3 sind Schutzrohre 4 zur Aufnahme der Detektoreinheiten 1 angeordnet. Ein Kühlmittel, normalerweise Wasser, wird im Kreislauf durch die Brennelementbündel geführt zur Abführung der Wärme aus denselben in der durch die Pfeile 5 angedeuteten Richtung. Die Rohre 4 können verschlossen sein oder können gemäß der Abbildung offen sein zur Aufnahme eines an den Detektoreinheiten 1 vorbeigeführten Kühlmittelstroms. In der praktischen Ausführung werden eine Anzahl von Detektoreinheiten in einer vorbestimmten Anordnung in dem Kern verteilt, einschließlich mehrerer Detektoren in verschiedenen Höhenlagen des Kerns in jedem Rohr 4, um eine genaue Anzeige der Größe und Verteilung des Neutronenflusses in dem Kern zu erhalten, wie dies mit weiteren Einzelheiten in der vorgenannten US-PS 35 65 760 beschrieben ist.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Detektor des Typs, welcher zur Ausführung der Erfindung verwendet werden kann. Der Detektor 1 enthält zwei beabstandete leitende Elektroden 11 und 12. Der Zwischenraum oder die Kammer 13 zwischen den Elektroden 11 und 12 ist dicht verschlossen und mit einem ionisierbaren Gas gefüllt, beispielsweise einem Edelgas wie Argon. Auf der Oberfläche einer oder beider Elektroden 11 und 12 befindet sich ein Film, eine Schicht oder ein Überzug 14 aus einem durch Neutronen aktivierbaren Material, beispielsweise aus spaltbarem Uran. Bei Vorhandensein eines Neutronenflusses erfolgen an dem Überzug 14 aus spaltbarem Material Spaltungsreaktionen mit einer Frequenz proportional zu dem Neutronenfluß. Die resultierenden Spaltprodukte bewirken eine Ionisation des Gases in der Kammer zwischen den Elektroden proportional zur Anzahl der Spaltvorgänge. Ein Netzteil mit entsprechender Spannung ist zwischen den Elektroden 11 und 12 angeschlossen und führt zum Sammeln von Ionenpaaren an den Elektroden. Dies ergibt sowohl einen Wechselstromfluß als auch einen Gleichstromfluß durch die Kammer und beide Ströme sind ein Maß für den Neutronenfluß in der Kammer.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Signal V_MSV gebildet, das als das Wechselstromsignal bezeichnet wird und proportional zum quadratischen Mittelwert oder Gleichwert der Wechselstromstärke in der Kammer ist. Weiterhin wird ein Signal V_DC gebildet, das als Gleichstromsignal bezeichnet wird und proportional zum durchschnittlichen Wert der Stromstärke in der Kammer ist. Das Gleichstromsignal V_DC ist direkt proportional dem Neutronenfluß in der Kammer und das Wechselstromsignal V_MSV ist direkt proportional zum Neutronenfluß in der Kammer. Das Verhältnis R der beiden Signale V_MSV und V_DC wird gebildet und dieses Verhältnis R wird überwacht. Eine rasche Änderung von R zeigt eine Gasundichtigkeit oder eine Änderung der Gasdichte in der Kammer an. Das Signal V_DC wird dadurch auf Änderungen der Gasdichte in der Kammer korrigiert, daß das Signal V_DC durch das Verhältnis R geteilt wird. Das Signal V_MSV wird auf Änderungen in der Gasdichte in der Kammer korrigiert durch Teilen des Signals V_MSV durch das Quadrat des Verhältnisses R. Die korrigierten Signale V_DC und V_MSV sind beide repräsentativ für den Neutronenfluß in der Kammer unabhängig von der Gasdichte in der Kammer. Bei Verwendung des Gleichstromsignals als ein Maß für den Neutronenfluß ist das Ende der Lebensdauer der Kammer angezeigt, wenn die Größe R gleich dem M/(M+1)-fachen des ursprünglichen Wertes für R ist, wobei dann das Ende der Lebensdauer der Kammer dadurch definiert ist, daß die durch Neutronen erzeugte Stromstärke ein bestimmtes Vielfaches M der durch Gammastrahlung erzeugten Stromstärke in der Kammer wird. Die Gleichstrom- oder Gleichspannungsempfindlichkeit S_DC der Kammer bei höheren Leistungsstufen und damit die Nichtlinearität der Kammer bei höheren Leistungsstufen bei Verwendung des Gleichspannungssignals als Maß für den Neutronenfluß wird dadurch bestimmt, daß die bekannte Gleichspannungsempfindlichkeit bei einer niedrigen Leistungsstufe mit der Größe R für die höhere Leistungsstufe multipliziert und durch die Größe R bei der niedrigeren Leistungsstufe dividiert wird. Die Wechselstromempfindlichkeit S_AC der Kammer bei höheren Leistungsstufen und damit die Nichtlinearität der Kammer bei höheren Leistungsstufen bei Verwendung des Wechselstromsignals als Maß für den Neutronenfluß wird dadurch bestimmt, daß die bekannte Wechselstromempfindlichkeit bei einer niedrigeren Leistungsstufe mit dem Quadrat der Größe R für die höhere Leistungsstufe multipliziert wird und durch das Quadrat der Größe R bei der niedrigeren Leistungsstufe geteilt wird. Eine ausführlichere Beschreibung des Verfahrens wird nachstehend in mathematischer Darstellung gegeben.

Der Mittelwert der durch Neutronen erzeugten und durch die Kammer fließenden Stromstärke ist:

_n = r_n _n,

dabei bedeutet
_n = mittlere durch Neutronen erzeugte Stromstärke,
r_n = zeitliche Häufigkeit der Spaltvorgänge, welche in dem auf Neutronen ansprechenden Überzug der Spaltungskammer erzeugt werden, und
_n = mittlere Ladung einer Polarität (positiv oder negativ) welche in dem Gas der Spaltungskammer pro Spaltvorgang in dem auf Neutronen ansprechenden Überzug erzeugt wird.

In ähnlicher Weise ergibt sich die mittlere durch Gammastrahlung erzeugte Stromstärke durch die Kammer zu:

_γr_γ _γ (2)

dabei ist

_γ = mittlere durch Gammastrahlen erzeugte Stromstärke,
r_q = zeitliche Häufigkeit der Gammastrahlenwechselwirkungsvorgänge in der Kammer, und
_γ = mittlere Ladung einer Polarität die in dem Gas der Spaltungskammer pro Gammastrahlenwechselwirkung erzeugt wird.

Damit ergibt sich die mittlere Gesamtstromstärke durch die Kammer zu:

= r_n _n + r_γ _γ (3)

Diese Stromstärke wird durch eine geeignete normale Verstärkerschaltung in ein Spannungssignal V_DC proportional zum Gleichstrom in der Kammer umgewandelt. Das Ausgangssignal dieser Schaltung ist:

V_DC = G (r_n _n + r_γ _γ) (4)

wobei
V_DC = das verstärkte Gleichspannungssignal und
G = die Übertragungsimpedanz der elektronischen Schaltung bei niedrigen Frequenzen ist.

Es ist zu beachten, daß die Gleichung (4) auch in der folgenden Form geschrieben werden kann:

V_DC = G (_n + _γ) (5)

Der mittlere Quadratwert des Wechselstroms pro Einheitsfrequenzbereich, welcher durch die Kammer fließt, beträgt:

Dabei bedeutet der mittlere Quadratwert Wechselstroms pro Einheitsfrequenzbereich,

k = eine Konstante, deren Wert von der Frequenz abhängt,
= mittlerer Quadratwert der Ladung einer Polarität welche in dem Gas der Spaltungskammer pro Spaltungsvorgang in dem auf Neutronen ansprechenden Überzug erzeugt wird, und
= mittlerer Quadratwert der Ladung einer Polarität, welche in dem Gas der Spaltungskammer pro Gammaspaltungsvorgang erzeugt wird.

Jede praktische Ausführung einer Spaltungskammer ist so ausgelegt, daß der durch Neutronen erzeugte mittlere Quadratwert des Wechselstroms bedeutet größer ist als der durch Gammastrahlung erzeugte mittlere Quadratwert des Wechselstroms. Es kann daher gezeigt werden, daß für jede praktische Spaltungskammer gilt:

so daß die Gleichung (6) auch geschrieben werden kann:

und diese Gleichung (8) wird verwendet für den mittleren Quadratwert für den Wechselstrom, welcher durch die Kammer fließt. Diese Stromstärke wird durch geeignete normale Verstärkerschaltung in eine Spannung V_MSV umgewandelt, welche einen Verstärker, ein Bandfilter, eine Quadrierschaltung und ein Tiefpaß- RC-Filter umfaßt. Das Ausgangssignal dieser Schaltung ist,

wobei
V_MSV = das verstärkte MSV-Signal oder Wechselspannungssignal ist,
A = Übertragungsfunktion der Quadrierschaltung in der Verstärkerschaltung bei niedrigen Frequenzen,
[H] = Amplitude der Übertragungsfunktion des linearen Teils der elektronischen Schaltung, und
f = Frequenz.

Der Durchlaßbreich des linearen Teils der Schaltung kann so angeordnet werden, daß der Wert der Konstanten k über dem ganzen Durchlaßbereich konstant ist und sich bei einem Defekt an der Abdichtung nicht ändert. Die Gleichung (9) kann geschrieben werden in der Form:

wobei

Daher beträgt das Verhältnis R des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal:

Bestimmung des Endes der Lebensdauer der Kammer

Das Verhältnis R wird verwendet zur Bestimmung des Endes der Lebensdauer der Kammer bei Verwendung des Gleichspannungssignals als Maß für den Neutronenfluß. Zu diesem Zweck wird die Gleichung (12) geschrieben in der Form:

Wenn die Kammer neu ist, dann ist die durch Neutronen erzeugte Stromstärke bedeutend größer als die durch Gammastrahlung erzeugte Stromstärke:

r_n _n » r_γ _γ (14)

und die Gleichung (14) kann geschrieben werden in der Form:

daher kann die Gleichung (13) ausgedrückt werden als:

wobei R₁ = das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal für eine neue Kammer ist.

Mit dem Altern der Kammer bei ihrer Verwendung wird das auf Neutronen ansprechende Material abgereichert und die durch Neutronen erzeugte Stromstärke nimmt ab relativ zu der durch Gammastrahlung erzeugten Stromstärke. Schließlich wird die durch Neutronen erzeugte Stromstärke auf einen genügend geringen Bruchteil des Gesamtausgangsstroms der Kammer absinken, so daß der Ausgangsstrom der Kammer nicht mehr als Maß für den Neutronenfluß brauchbar ist. Daher wird das Ende der Lebensdauer der Kammer als erreicht betrachtet, wenn die durch Neutronen erzeugte Stromstärke ein vorgegebenes Vielfaches M der durch Gammastrahlung erzeugten Stromstärke wird, d. h. es gilt dann:

r_n _n = Mr_γ _γ (17)

und die Gleichung (17) kann auch geschrieben werden:

Durch Kombination der Gleichungen (13) und (18) ergibt sich

wobei
R₂ = das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal für eine Kammer am Ende ihrer Lebensdauer ist und die Gleichung (19) geschrieben werden kann in der Form:

Die Kombination der Gleichungen (16) und (20) ergibt:

Die Gleichung (21) zeigt an, daß das Ende der Lebensdauer der Kammer bei Verwendung des Gleichstromsignals als Maß für den Neutronenfluß dann erreicht ist, wenn das Verhältnis R₂ des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal gleich dem M/(M+1)-fachen seines Ausgangswertes R₁ wird.

Feststellung des Ausfalls der Abdichtung

Wenn die Abdichtung zwischen der Kammer und ihrem Anschlußkabel defekt wird und die Gasdichte in dem aktiven Volumen der Kammer sich von D auf D′ Atome oder Moleküle pro Volumeneinheit ändert, dann ist die mittlere Ladung pro Neutronenereignis gegeben durch:

wobei die mit dem Zeichen (′) versehenen Größen nachstehend verwendet werden zur Bezeichnung der Größe nach einem Ausfall der Abdichtung. Die mittlere Ladung pro Gammastrahlungsvorgang wird gegeben durch:

Der Durchschnittswert der Ladung pro Neutronenereignis ist gegeben durch:

und unter Verwendung der Gleichung (12) ergibt sich das Verhältnis R′ des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal nach einem Ausfall der Abdichtung zu:

Das Einsetzen der Gleichungen (22), (23) und (24) in die Gleichung (25) ergibt

und die Gleichungen (12) und (26) können kombiniert werden und ergeben:

Gleichung (27) zeigt, daß das Verhältnis R′ des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal nach einem Ausfall der Abdichtung eine direkte Funktion des Verhältnisses der Gasdichten D und D′ vor und nach einem Ausfall der Dichtung ist. Wenn sich daher das Verhältnis R relativ rasch ändert (d. h. über einen Zeitraum von einigen Minuten bis einige Tage), dann ist ein Ausfall der Abdichtung aufgetreten und wird auf diese Weise festgestellt.

Korrektur des Signals nach einem Ausfall der Abdichtung

Wenn das Gleichstromsignal als Maß für den Neutronenfluß verwendet wird, wie dies gegenwärtig in dem Leistungsbereich von Siedewasserreaktoren der Fall ist, dann ergibt sich seine Größe nach einem Ausfall der Abdichtung durch folgende Beziehung:

und unter Verwendung der Gleichungen (22) und (23) kann dies ausgedrückt werden durch:

Durch Kombination der Gleichungen (4), (27) und (29) erhält man:

Gleichung (30) zeigt, daß zur Korrektur des Gleichstromsignals auf seinen richtigen Wert das fehlerbehaftete Signal mit R/R′ multipliziert oder durch R′/R geteilt werden kann. Gleichung (30) kann daher geschrieben werden in der Form:

Gleichung (31) zeigt, daß das Gleichstromsignal nach einem Leck in der Abdichtung geteilt durch das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal nach einem Leck in der Abdichtung gleich dem Gleichstromsignal vor dem Leck in der Abdichtung geteilt durch das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal vor der Undichtigkeit in der Abdichtung ist. In einigen Fällen dann es daher bevorzugt sein, das Gleichstromsignal ständig durch das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal zu teilen und diesen Wert als ein Maß für den Neutronenfluß unabhängig von der Gasdichte in der Kammer zu verwenden.

Wenn das Wechselstromsignal als Maß für den Neutronenfluß verwendet wird, dann ergibt sich seine Größe nach einem Ausfall der Dichtung durch folgende Beziehung:

und unter Verwendung der Gleichung (24) kann dies geschrieben werden als:

Das Einsetzen der Gleichungen (10) und (27) in die Gleichung (33) ergibt:

Zur Wiederherstellung des richtigen Wertes des verstärkten Wechselstromsignals kann das fehlerbehaftete Signal mit der Größe (R/R′)² multipliziert oder durch (R′/R)² geteilt werden.

Alternativ hierzu kann die Gleichung (34) geschrieben werden in der Form:

Gleichung (35) zeigt, daß das Wechselstromsignal nach einem Gasaustritt an der Abdichtung geteilt durch das Quadrat des Verhältnisses des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal nach dem Gasaustritt an der Abdichtung gleich dem Wechselstromsignal vor dem Gasaustritt geteilt durch das Quadrat des Verhältnisses des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal vor dem Gasaustritt ist. Es kann daher in einigen Fällen bevorzugt werden, das Wechselstromsignal ständig durch das Quadrat des Verhältnisses der Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal zu teilen um ein Signal proportional zu dem Neutronenfluß zu erhalten, welches unabhängig von der Gasdichte in der Kammer ist.

Korrektur der Nichtlinearität des Detektors

Bei kleinen Änderungen in der Gasdichte im aktiven Volumen der Spaltungskammer ist die in dem Gas pro Spaltungsvorgang in dem auf die Neutronenstrahlung ansprechenden Überzug erzeugte mittlere Ladung (positiv oder negativ) oder die mittlere Ladung pro Gammastrahlungswechselwirkung proportional zu der Gasdichte; d. h.:

_n = k₁ρ (36)

_γ = k₂ρ (37)

Dabei sind k₁ und k₂ Proportionalitätskonstanten und ρ ist die Dichte des Gases in dem aktiven Volumen der Kammer. In ähnlicher Weise ist der mittlere Quadratwert der pro Neutronenereignis oder Spaltungsvorgang der in dem Gas erzeugten Ladung einer Polarität proportional zu dem Quadrat der Gasdichte:

Dabei ist k₃ eine Proportionalitätskonstante. Die Kombination der Gleichungen (36), (37) und (38) mit der Gleichung (13) ergibt:

Dies kann auch geschrieben werden als:

R = k₄ρ (40)

Dabei gilt:

Diese letztere Größe k₄ ist konstant über Zeitperioden, in denen sich die Größe r_γ/r_n nicht merklich ändert. Daher ist jede Änderung der Größe R während dieser Zeitperiode zurückzuführen auf eine Änderung in der Gasdichte in dem aktiven Volumen und der Wert für R kann als ein Maß für die Nichtlinearität des Detektors infolge der Änderungen der Gasdichte in dem aktiven Volumen des Detektors benutzt werden. Wenn S_DC(i) die Gleichstromempfindlichkeit des Detektors ist, dann ist ρ(i) die Dichte des Gases in dem aktiven Volumen und R(i) ist das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei einer ersten Leistungsstufe bzw. Detektorumgebungstemperatur und S_DC(i) ist die Gleichstromempfindlichkeit, ρ(j) ist die Gasdichte in dem aktiven Volumen und R(j) ist das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei einer zweiten höheren Leistungsstufe bzw. Detektorumgebungstemperatur. Während eines Zeitraums, in dem r_γ/r_n konstant ist, können diese Gleichstromempfindlichkeiten, Gasdichten und Verhältnisse in folgende Beziehung gesetzt werden:

Die Gleichung (42) ergibt ein Verfahren zur Bestimmung der Gleichstromempfindlichkeiten und damit der Nichtlinearität des Detektors bei verschiedenen Leistungsstufen bzw. Detektorumgebungstemperaturen.

Wenn S_AC(i) die Wechselstromempfindlichkeit des Detektors bei einer ersten Leistungsstufe bzw. Detektorumgebungstemperatur und S_AC(j) die Wechselstromempfindlichkeit bei einer zweiten Leistungsstufe bzw. Detektorumgebungstemperatur während eines Zeitraums ist, in dem die Größe r_γ/r_n eine Konstante ist, dann können in ähnlicher Weise die Wechselstromempfindlichkeiten, Gasdichten und Verhältnisse in folgende Beziehung zueinander gebracht werden:

Die Gleichung (43) ergibt ein Verfahren zur Bestimmung der Wechselstromempfindlichkeiten und damit der Nichtlinearität des Detektors bei verschiedenen Leistungswerten bzw. Detektorumgebungstemperaturen.

Zur Bestimmung der Nichtlinearität kann die Größe R als Funktion des Gleichstromsignals oder des Wechselstromsignals in erster Näherung aufgetragen werden. Dabei würde dann angenommen, daß das Gleichstromsignal oder das Wechselstromsignal ein direktes Maß des Neutronenflusses ist, das eine Ungenauigkeit gemäß der Nichtlinearität des Detektors enthält. Durch iterative Korrektur des Gleichstromsignals oder Wechselstromsignals auf Nichtlinearität des Detektors mit Hilfe der Gleichung (42) oder (43) kann man eine genaue Abschätzung der Linearität erhalten. Dieses Verfahren ist gut geeignet für Detektoren mit einer geringen systematischen Nichtlinearität und erfordert keine Messung des Neutronenflusses, welche die Hauptschwierigkeit bei den konventionellen Verfahren zur Bestimmung der Nichtlinearität darstellt.

Dieses Verfahren kann ausgeführt werden, wenn der Reaktor auf verschiedenen Leistungsstufen während eines Zeitraums betrieben werden soll, in dem sich die Größe r_γ/r_n nicht merklich verändert. Ein solcher Zeitraum liegt beispielsweise während des normalen Anfahrens des Reaktors vor. Da die Gleichung (42) in der Form:

geschrieben werden kann, kann die Gleichstromempfindlichkeit des Detektors bei höheren Leistungsstufen ermittelt werden durch Aufzeichnung des Verhältnisses des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei jeder Leistungsstufe und aus der bekannten Gleichstromempfindlichkeit bei der ersten Leistungsstufe aus den normalen Eichverfahren kann die Gleichstromempfindlichkeit bei darauffolgenden höheren Leistungsstufen durch iterative Verfahren mit Hilfe der Gleichung (44) errechnet werden.

Es folgt auch, daß die Gleichung (43) geschrieben werden kann in der Form:

Daher kann die Wechselstromempfindlichkeit des Detektors bei höheren Leistungsstufen dadurch bestimmt werden, daß das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei jeder Leistungsstufe aufgezeichnet wird und aus der bekannten Wechselstromempfindlichkeit bei der ersten Leistungsstufe nach den normalen Eichverfahren kann dann mit Hilfe der Gleichung (45) die Wechselstromempfindlichkeit bei nachfolgenden höheren Leistungsstufen errechnet werden.

Praktische Ausführung des Verfahrens

Ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung zur Ausführung des Verfahrens ist in Fig. 2 abgebildet. Die Elektroden 11 und 12 des Detektors 1 sind über Leitungen 20 und 21 mit den Anschlüssen 17 und 18 einer Schaltung 19 verbunden, welche einen Netzteil und eine Signalformerschaltung oder Signalverarbeitungsschaltung enthält. Die Leitung 21 ist auch noch mit Masse verbunden. Die Schaltung 19 des Netzteils und der Signalformerstufe enthält eine Gleichspannungsquelle zur Erzeugung des erforderlichen Potentials für den Detektor 1, eine Schaltung zur Auftrennung des Wechselstromsignals und des Gleichstromsignals, welche durch Neutronenfluß in dem Detektor 1 erzeugt werden, und geeignete Verstärker und Signalformerschaltungen für das Wechselstromsignal und das Gleichstromsignal. Die getrennten und verstärkten Wechsel- und Gleichstromsignale erscheinen an den Ausgangsanschlüssen 22 bzw. 23 der Netzteil- und Signalformerschaltung 19. Das Ausgangssignal an dem Anschluß 22 ist das Signal V_MSV, welches proportional zum Durchschnittswert der Stromstärke ist, welche durch die Kammer 13 des Detektors 1 fließt. Das Ausgangssignal am Anschluß 23 ist das Signal V_DC und ist proportional zu dem durch die Kammer fließenden Gleichstrom. Spannungsmesser, Streifenschieber oder ähnliche Geräte 24 und 25 können mit den Anschlüssen 22 und 23 verbunden sein, um eine Sichtanzeige oder eine Aufzeichnung der Signale V_MSV bzw. V_DC zu erhalten.

Die Anschlüsse 22 und 23 sind auch noch mit den Anschlüssen 26 bzw. 27 einer Rechnerschaltung 29 verbunden. Die Rechnerschaltung 29 kann irgendein geeigneter Typ einer analogen oder digitalen Rechnerschaltung sein, welche die für das Verfahren benötigten Rechnungen ausführt. Die Rechnerschaltung 29 erhält die Wechsel- und Gleichstromsignale, errechnet das Verhältnis R der Wechselstromsignale und Gleichstromsignale, errechnet das Quadrat des Verhältnisses R² und bildet die korrigierten Wechselstromsignale und Gleichstromsignale V_MSV/R² und V_DC/R. Die Ausgangssignale der Rechnerschaltung 29 erscheinen an den Anschlüssen 30, 31 und 32. Das Ausgangssignal am Anschluß 30 ist die Größe V_MSV/R². Das Ausgangssignal am Anschluß 31 ist die Größe 1/R. Das Ausgangssignal am Anschluß 32 ist die Größe V_DC/R. Mit den Anschlüssen 30, 31 und 32 sind Spannungsmesser, Streifenschreiber oder dergleichen 33, 34 und 35 verbunden zur Anzeige oder zur Aufzeichnung für jede jeweilige Ausgangsgröße. Die an den Spannungsmessern 24 und 25 erscheinenden Signale sind repräsentativ für die unkorrigierten Wechselstromsignale bzw. Gleichstromsignale. Diese Spannungsmesser sind nur für Informationszwecke vorgesehen und können daher in einigen Ausführungsformen der Erfindung weggelassen werden. Das am Spannungsmesser 34 erscheinende Signal ist repräsentativ für das Verhältnis R des Wechselstromsignals und des Gleichstromsignals und wird verwendet zur Erfassung von Lecks in der Ionenkammer zur Voraussage des Endes der Lebensdauer des Detektors, wenn das Gleichstromsignal als Maß für den Neutronenfluß verwendet wird, und zur Bestimmung der Nichtlinearität des Detektors. Die an den Spannungsmessern 33 und 35 erscheinenden Signale sind repräsentativ für das korrigierte Wechselstromsignal bzw. das korrigierte Gleichstromsignal. Diese korrigierten Signale sind unabhängig von der Gasdichte in der Kammer und werden normalerweise als Maß für den Neutronenfluß in dem Reaktor verwendet.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer bestimmten Schaltung zur Durchführung des Verfahrens. Die innerhalb der gestrichelten Linien 19 enthaltene Schaltung besitzt die Funktionen der Netzteil- und Signalformerschaltung 19, welche in Fig. 2 in Blockform dargestellt ist. Die in den gestrichelten Linien 29 enthaltene Schaltung ist eine Analog-Rechnerschaltung und führt die Funktion der Rechnerschaltung 29 aus, wie sie in der Fig. 2 in Blockform dargestellt ist. Weitere ähnliche Komponenten werden in Fig. 3 mit den gleichen Bezugsziffern wie in der Fig. 2 bezeichnet.

Die Signalformerschaltung nach Fig. 3 enthält Einrichtungen zur Erzeugung einer Spannung zur Polarisierung des Detektors welche hier durch eine Batterie 40 dargestellt ist, obwohl normalerweise ein übliches Netzteil allgemein verwendet würde, welches ohne Erdung betrieben werden kann. Der Differenzverstärker 41 bildet die erste Verstärkerstufe der Schaltung zur Verformung oder Aufbereitung des Wechselstromsignals. Ein Stromverstärker 42 bildet die erste Verstärkerstufe der Schaltung zur Formung oder Aufbereitung des Gleichstromsignals. Der Eingang des Differenzverstärkers 41 ist über die geerdete und ungeerdete Elektrode des Detektors 1 geschaltet. Die Quelle für die polarisierende Spannung oder das Netzteil 40 ist zwischen die ungeerdete Elektrode des Detektors 1 und den Eingang des Stromverstärkers 42 geschaltet. Ein Vorschaltwiderstand 43 mit einem geeigneten Widerstandswert ist zwischen das Netzteil 40 und die ungeerdete Elektrode des Detektors 1 geschaltet. Kondensatoren 44 und 45 mit geeigneten Kapazitätswerten werden als Filter in dem Eingang des Differenzverstärkers 41 verwendet, um die Gleichspannung von der Schaltung zur Verarbeitung des Wechselstromsignals abzuhalten. Ein Kondensator 46 mit einem geeigneten Kapazitätswert dient zur Umleitung des Wechselstromsignals um das Netzteil 40 und die Schaltung für die Verarbeitung des Gleichstromsignals.

Die Wechselstromsignal-Verarbeitungsschaltung enthält weiterhin ein Bandfilter 50, einen Spannungsverstärker 51, eine Rechteckschaltung oder Quadratbildungsschaltung 52 und ein RC-Glied mit den Widerständen 53, 54 und einem Kondensator 55. Das Bandfilter 50 ist in Reihe zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 41 und den Eingang des Spannungsverstärkers 51 geschaltet. Das Bandfilter 50 wird dabei so ausgewählt, daß es die Signale in einem vorbestimmten Frequenzbereich durchläßt. Der Bereich der durchgelassenen Frequenzen kann dabei frei gewählt werden, da bekanntlich das Wechselstromsignal in einem bestimmten Frequenzbereich am zuverlässigsten ist. Das Ausgangssignal des Bandfilters 50 wird dem Spannungsverstärker 51 zugeführt, welcher den gleichen Verstärkertyp wie der Differenzverstärker 41 darstellt mit der Ausnahme, daß er als Spannungsverstärker geschaltet ist. Das Ausgangssignal des Spannungsverstärkers 51 wird einer Rechteckschaltung 52 zugeführt. Das Ausgangsignal der Quadrierschaltung 52 wird auf das RC-Glied gegeben, welches zur Beruhigung und Glättung des Signals dient. Das RC-Glied wird verwendet, weil die zur Messung des Neutronenflusses verwendeten Schaltungen einen starken Rauschanteil besitzen und Schwankungen aufweisen. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes oder Zeitgliedes wird gemäß der Verwendungart des Überwachungsgerätes gewählt. Wenn das Gerät vorwiegend zur Bestimmung der Nichtlinearität des Detektors verwendet wird und die Genauigkeit des Meßwertes besonders wichtig ist, dann wird ein Zeitglied mit einer langen Zeitkonstante gewählt. Wenn die Schaltung zur Berechnung der Reaktorleistung verwendet wird und eine rasche Anzeige für den Neutronenfluß erwünscht ist, dann ist ein Zeitglied mit einer geringeren Zeitkonstante zu bevorzugen.

Die Gleichstromsignal-Verarbeitungsschaltung besteht aus dem Stromverstärker 42 und einem Zeitglied oder RC-Glied mit den Widerständen 60, 61 und einem Kondensator 62. Der Verstärker 42 ist mit dem Netzteil 40 und mit Masse als Stromverstärker verbunden. Der Ausgang des Stromverstärkers 42 ist mit dem Zeitglied der Schaltung zur Verarbeitung des Gleichstromsignals verbunden. Die Zeitkonstante dieses Zeitglieds der Schaltung zur Verarbeitung des Gleichstromsignals wird nach den gleichen Gesichtspunkten ausgewählt, wie sie vorstehend erörtert wurden. Wenn jedoch einmal eine Zeitkonstante gewählt ist, dann werden beide Zeitglieder mit der gleichen Zeitkonstante ausgestattet, da es erforderlich ist, Wechsel- und Gleichstromsignale zu erzeugen, welche den Neutronenfluß in dem Detektor zum gleichen Zeitpunkt darstellen.

Die Anschlüsse 22 und 23 der Signalverarbeitungsschaltung 19 sind mit den Anschlüssen 26 und 27 der Rechnerschaltung 29 verbunden. Die Wechsel- und Gleichstromsignale werden auf diese Weise gleichzeitig über Widerstände 64 bzw. 65 dem Anschluß X bzw. Z einer Teilerschaltung 66 zugeführt. Die Widerstände 64 und 65 sind lediglich vorgesehen zur Anpassung der Amplitude der Wechsel- und Gleichstromsignale an die Eingangsamplitude der Teilerschaltung 66. Die Teilerschaltung 66 kann irgendeine geeignete Schaltung sein, bei welcher die Ausgangsgröße am Anschluß Y proportional zur Spannung am Anschluß Z geteilt durch die Spannung am Anschluß X ist. Daher ist die Spannung auf der mit dem Anschluß Y verbundenen Leitung 67 gleich der Größe 1/R, wobei R das Verhältnis der von dem Detektor 1 erzeugten Wechselstromsignale zu den Gleichstromsignalen ist. Ein Gleichspannungsmesser, ein Streifenschreiber oder dergleichen werden über den Anschluß 29 bei 34 mit der Leitung 67 verbunden und verwendet zur Anzeige dieses Signals 1/R. Ein allmählicher Anstieg in der Anzeige des Meßinstrumentes 34 auf das (M+1)/M-fache seines Ausgangswertes zeigt an, daß der Detektor das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, wenn das Gleichstromsignal als Maß des Neutronenflusses verwendet wird. Eine plötzliche Änderung in dem vom Meßinstrument 34 angezeigten Signal zeigt sofort, daß eine Änderung in der Gasdichte in der Kammer vorliegt, welche gewöhnlich durch ein Leck in der Abdichtung erzeugt wird. Aus der bekannten Gleichstromempfindlichkeit und Wechselstromempfindlichkeit des Detektors bei niedrigeren Leistungsstufen wird dann das Signal am Meßinstrument 34 verwendet zur Errechnung der Wechsel- und Gleichstromempfindlichkeit und damit der Nichtlinearität des Detektors bei höheren Leistungsstufen.

Das Gleichstromsignal vom Anschluß 27 und das Signal 1/R von der Leitung 67 werden über Widerstände 70 und 71 dem Anschluß Y bzw. X einer Multiplikationsschaltung 72 zugeführt. Die Widerstände 70 und 71 sind lediglich vorgesehen zur Anpassung der Signale an die Eingangswerte der Multiplikationsschaltung 72. Die Multiplikationsschaltung 72 ist eine beliebige Schaltung einer geeigneten Bauform, bei welcher die Spannung am Anschluß Z proportional ist zu dem Produkt der Spannungen an den Anschlüssen X und Y. Daher ist die Spannung am Anschluß Z gleich V_DC/R. Ein Gleichspannungsmesser, Streifenschreiber oder dergleichen bei 35 zeigt dann den Wert V_DC/R an. Dieses Signal ist proportional zu dem Neutronenfluß in der Kammer 13 des Detektors 1 unabhängig von der Gasdichte in der Kammer.

Das Signal 1/R von der Leitung 67 wird auch noch dem Anschluß X einer Quadratwertbildungsschaltung 81 über den Widerstand 82 zugeführt. Der Widerstand 82 wird vorgesehen zur Anpassung des Signals 1/R an den Eingangskennwert der Quadratwertbildungsschaltung 81. Die Schaltung 81 ist dabei eine geeignete Schaltung, bei welcher die Spannung am Anschluß Z proportional zu dem Quadrat der Spannung am Anschluß X ist. Daher ist die Spannung am Anschluß Z proportional zu 1/R². Dieses Signal 1/R² von der Quadratwertbildungsschaltung 81 und das Wechselstromsignal vom Anschluß 26 werden einer Multiplikationsschaltung 83 zugeführt. Der Anschluß Z der Quadratwertbildungsschaltung 81 ist mit dem Anschluß X der Multiplikationsschaltung 83 verbunden. Das Wechselstromsignal von dem Anschluß 26 wird dem Anschluß Y der Multiplikationsschaltung 83 durch einen Widerstand 84 zugeführt, welcher zur Anpassung des Wechselstromsignals an den Eingangswert der Multiplikationsschaltung 83 ausgewählt ist. Die Multiplikationsschaltung 83 ist dabei eine Schaltung eines geeigneten Typs, bei welcher die Spannung am Anschluß Z proportional zu dem Produkt der Spannungen an den Anschlüssen X und Y ist. Daher ist das Ausgangssignal am Anschluß Z, welches auf einem Gleichspannungsmesser, Streifenschreiber oder dergleichen bei 33 angezeigt wird, gleich der Größe V_MSV/R². Dieses Signal V_MSV/R² ist repräsentativ für den Neutronenfluß in der Kammer 13 des Detektors 1 unabhängig von der Gasdichte in der Kammer.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung einer abgewandelten Signalformerschaltung und einer Digitalrechnerschaltung anstelle einer Analog-Rechnerschaltung zeigt. Gleiche Bauelemente in den Fig. 3 und 4 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Signalverarbeitungsschaltung ist eingeschlossen innerhalb der gestrichelten Linie 19′. Die Digitalrechnerschaltung ist eingeschlossen innerhalb der gestrichelten Linien 29′. Die Signalverarbeitungsschaltung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig. 3 darin, daß der Verstärker 42 der Fig. 3 ersetzt wurde durch einen ungeerdeten Verstärker 90, welcher über die ungeerdete Elektrode des Detektors 1 und den Netzteil 40 geschaltet ist. In diesem Falle ist der Netzteil 40 geerdet. Diese Anordnung ist besonders geeignet, wenn das Überwachungsgerät zwischen einer Anzahl von Detektoren umgeschaltet werden soll. Die Signalverarbeitungsschaltung nach Fig. 3 wird bevorzugt, wenn eine Überwachungsschaltung nur mit einem einzelnen Detektor verwendet werden soll. Die Signalverarbeitungsschaltung nach den Fig. 3 und 4 sind untereinander austauschbar und können alternativ mit den Analog-Rechnerschaltungen oder den Digital-Rechnerschaltungen nach den Fig. 3 oder 4 verwendet werden.

Die Digital-Rechnerschaltung 29′ nach Fig. 4 besteht aus den Analog/Digital-Wandlern 95 und 96 und einem programmierbaren Digital-Rechner 97. Der Analog/Digital-Wandler 96 erhält das Gleichstromsignal vom Anschluß 27. Die Analog/Digital- Wandler 95 und 96 setzen die Gleich- bzw. Wechselstromsignale in eine digitale Form um zur Verwendung als Eingangssignal zum Digital-Rechner 97. Der Digital- Rechner 97 kann irgendein geeigneter Typ sein, auf dem die Berechnungen für das Verfahren ausgeführt werden können. Die Signale entsprechend V_MSV/R², 1/R und V_DC/R werden den Anschlüssen 28 bzw. 29 bzw. 30 zugeführt. Digitale Anzeigegeräte 33, 34 und 35 ergeben eine Sichtanzeige für die Signale V_MSV/R², 1/R und V_DC/R. Wenn eine dauerhafte Aufzeichnung irgendeines dieser Werte erwünscht ist, dann wird ein Streifenschreiber wie der bei 100 dargestellte Schreiber vorgesehen zusammen mit einem Digital/Analog-Wandler 101 zur Umformung der digitalen Ausgangsgröße des Rechners 97 in geeignete Eingangssignale für den Streifenschreiber 100.

In beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 wird sich beim Auftreten eines Ausfalls der Abdichtung das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal relativ rasch ändern und das Meßinstrument 34 wird diese Änderung anzeigen, da auf ihm der Meßwert V_DC/V_MSV oder 1/R erscheint. Wenn ein Ausfall der Abdichtung eintritt, dann wird die Meßgröße an den Meßinstrumenten 24, 25 fehlerhaft infolge einer Veränderung der Empfindlichkeit des Detektors. Die auf den Meßinstrumenten 33 und 35 angezeigte Spannung wird sich jedoch nicht ändern, da ihr Wert proportional der Größe V_MSV/R² bzw. V_DC/R ist, wobei diese Werte unabhängig von der Gasdichte in der Kammer sind. Das Meßinstrument 34 wird auch verwendet zur Anzeige des Endes der Lebensdauer des Detektors, wenn das Gleichstromsignal als Maß für den Neutronenfluß verwendet wird. Das Ende der Lebensdauer des Detektors ist angezeigt, wenn die Anzeige am Meßinstrument 34 gleich dem (M+1)/M-fachen des ursprünglichen Wertes ist. Wenn die Wechselstromempfindlichkeit und die Gleichstromempfindlichkeit des Detektors an einer niedrigeren Leistungsstufe bekannt sind, dann können die Empfindlichkeiten bei höheren Leistungsstufen und damit die Nichtlinearität des Detektors errechnet werden unter Verwendung der Gleichungen (44) und (45) während einer Zeitdauer, in welcher die Größe r_γ/r_n relativ konstant ist. Die Anzeige der Meßinstrumente 34 und 35 wird normalerweise verwendet als ein Maß für den Neutronenfluß in der Kammer 23 des Detektors 1, welches unabhängig ist von der Gasdichte in der Kammer. Das korrigierte Wechselstromsignal aus dem Meßinstrument 33 wird normalerweise bei niedrigen Leistungsstufen des Reaktors verwendet und das korrigierte Gleichstromsignal wird normalerweise in dem höheren Leistungsbereich des Reaktors verwendet. Die Meßinstrumente 24 und 25 sind vorgesehen wegen ihres allgemeinen Informationswertes.

Es ist zu beachten, daß das Verhältnis des Gleichstromsignals zum Wechselstromsignal anstelle des Verhältnisses des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal in den Berechnungen verwendet werden könnte. Die mathematische Form des Ergebnisses wäre dann verschieden, aber das Grundprinzip wäre jedoch das Gleiche.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen eines Neutronendetektors, der eine mit einem ionisierbaren Gas gefüllte Kammer und Elektroden aufweist, an die eine Gleichspannung angelegt wird, und der ein Signal abgibt, das sowohl eine Wechselstrom- als auch eine Gleichstromkomponente enthält, wobei beide Komponenten ein Maß für den Neutronenfluß in der Kammer darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrom- und die Gleichstromkomponente getrennt werden, daß ein zur Wechselstromkomponente proportionales Wechselstromsignal (V_MSV) und ein zur Gleichstromkomponente proportionales Gleichstromsignal (V_DC) gebildet werden und daß das Verhältnis R des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal oder das Verhältnis 1/R gebildet und überwacht wird.

2. Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Rückführung des Gleichstromsignals auf seinen korrekten Wert bei Änderung des Verhältnisses R, dadurch gekennzeichnet, daß der korrekte Wert mittels der Beziehung R = V_MSV/V_DC vor einer Gasdichteänderung,
R′ das Verhältnis nach einer Gasdichteänderung und
V_DC′ das Gleichstromsignal nach einer Gasdichteänderung sind.

3. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromsignal V_DC durch das Verhältnis R geteilt wird zur Bildung eines Signals V_DC/R, welches den Neutronenfluß in der Kammer im wesentlichen unabhängig von der Gasdichte in der Kammer darstellt.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Rückführung des Gleichstromsignals auf seinen korrekten Wert bei Änderung des Verhältnisses R, dadurch gekennzeichnet, daß der korrekte Wert mittels der Beziehung gebildet wird, wobei
R = V_MSV/V_DC vor einer Gasdichteänderung,
R′ das Verhältnis nach einer Gasdichteänderung und
V_MSV′ das Wechselstromsignal nach einer Gasdichteänderung sind.

5. Anwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Quadrat des Verhältnisses R gebildet und das Wechselstromsignal V_MSV durch den Wert R² geteilt wird zur Bildung eines Signals V_MSV/R², welches den Neutronenfluß in der Kammer im wesentlichen unabhängig von der Gasdichte in der Kammer darstellt.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anfangsverhältnis R₁ des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal gebildet wird, ein zweites Verhältnis R₂ des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal zu einem späteren Zeitpunkt gebildet wird und das Ende der Lebensdauer der Kammer unter Verwendung des Gleichstromsignals als Maß für den Neutronenfluß durch die folgende Beziehung ermittelt wird: wobei M ein vorbestimmtes Vielfaches ist, welches das Verhältnis des durch Neutronen erzeugten Stromes zu dem durch Gammastrahlung erzeugten Strom in der Kammer am Ende der Lebensdauer darstellt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Verhältnis R(i) des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei einer ersten Detektorumgebungstemperatur gebildet wird, die Empfindlichkeit S_DC(i) des Gleichstromsigals der Kammer bei dieser ersten Detektorumgebungstemperatur bestimmt wird, ein zweites Verhältnis R(j) des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei einer zweiten höheren Detektorumgebungstemperatur gebildet wird und die Empfindlichkeit S_DC(j) des Gleichstromsignals der Kammer bei dieser zweiten höheren Detektorumgebungstemperatur nach der folgenden Beziehung bestimmt wird:

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Verhältnis R(i) des Wechselstromsignals zu dem Gleichstromsignal bei einer ersten Detektorumgebungstemperatur gebildet wird, die Empfindlichkeit S_AC(i), des Wechselstromsignals der Kammer bei einer zweiten höheren Detektorumgebungstemperatur bestimmt wird, ein zweites Verhältnis R(j) des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal bei einer zweiten höheren Detektorumgebungstemperatur bestimmt wird und die Empfindlichkeit S_AC(j) des Wechselstromsignals der Kammer bei der zweiten, höheren Detektorumgebungstemperatur bestimmt wird aus der folgenden Beziehung:

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- eine mit dem Signalausgang des Neutronendetektors (1) verbundene Schaltung (19, 19′) zum Trennen der Wechselstrom- und der Gleichstromkomponente und zum Erzeugen eines Wechselstromsignals proportional zur Wechselstromkomponente und eines Gleichstromsignals proportional zur Gleichstromkomponente,
- eine Schaltungsanordnung (29, 29′) zur Erzeugung eines Ausgangssignals 1/R, wobei R das Verhältnis des Wechselstromsignals zum Gleichstromsignal ist, und
- Anordnungen (33, 34, 35), welche auf das Signal 1/R ansprechen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (29, 29′) rasche Änderungen des Signals 1/R als Änderung in der Gasdichte in der Kammer (13) anzeigt, und das Ende der Lebensdauer der Kammer bei Verwendung des Gleichstromsignals als Maß für den Neutronenfluß angezeigt ist, wenn das Signal 1/R gleich dem (M+1)/M-fachen seines ursprünglichen Wertes ist, wobei M ein Vielfaches ist, welches das Verhältnis des durch Neutronen erzeugten Stroms zum durch Gammastrahlung erzeugten Strom am Ende der Lebensdauer darstellt.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilerschaltung (66) an ihrem ersten Eingang (Z) das Gleichstromsignal V_DC und an ihrem zweiten Eingang (X) das Wechselstromsignal V_MSV empfängt und an ihrem Ausgang (Y) das Signal 1/R liefert.

12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Multiplizierschaltung (72) an ihrem ersten Eingang (Y) das Gleichstromsignal V_DC und an ihrem zweiten Eingang (X) das Signal 1/R empfängt und an ihrem Ausgang (Z) ein Signal V_DC/R liefert, das den Neutronenfluß in der Kammer (13) im wesentlichen unabhängig von der Gasdichte in der Kammer darstellt.

13. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quadrierschaltung (81) an ihrem Eingang (X) das Signal 1/R empfängt und an ihrem Ausgang (Z) ein Signal 1/R² liefert, und eine zweite Multiplizierschaltung (83) an ihrem ersten Eingang (Y) das Wechselstromsignal V_MSV und an ihrem zweiten Eingang das Signal 1/R² empfängt und an ihrem Ausgang (Z) das Signal V_MSV/R² liefert, das den Neutronenfluß in der Kammer im wesentlichen unabhängig von der Gasdichte in der Kammer darstellt.