DE2920919A1

DE2920919A1 - Sich selbst mit leistung versorgender strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2920919A1
Application number: DE19792920919
Authority: DE
Inventors: Norman P Goldstein; William H Todt
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-12-13
Also published as: US4238676A; CA1122336A; GB2022921A; JPS55499A; GB2022921B; FR2427616B1; FR2427616A1

Description

drying. Ernst Stratmann

PAT E N TAN WA LT
D-4OOO DÜSSELDORF 1 ■ SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf, 22. Mai 1979

■Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor ·

"Die Erfindung betrifft sich selbst mit Leistung versorgende Strahlungsdetektoren, insbesondere gammaflußempfindliche Detektoren. Ein sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor braucht kein Antriebspotential, um einen Signalstrom zu erzeugen. Der Signalstrom ergibt sich aus der Differenz zwischen Elektronenströmen, die zwischen der inneren Emitterelektrode und der koaxialen äußeren Kollektorelektrode infolge von Neutronen- oder Gammaflußwechselwirkungen mit der Kollektor- und der Emitterelektrode erzeugt wird.

Gammaflußempfindliche sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren benutzen ein hochdichtes Emittermaterial mit niedrigem Neutronenquerschnitt und hohem Atomgewicht, wie Platin, Blei, Wismuth, Tantal oder Wolfram. Das Kollektormaterial ist auch ein Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt wie ein Stahl mit hohem Nickelgehalt. Der Gammafluß von einem Kernreaktor erzeugt aufgrund der Wechselwirkung mit der Kollektorelektrode einen nach innen gerichteten Strom und aufgrund der Wechselwirkung von Gammaphotonen mit dem Emitter einen nach außen gerichteten Strom. Die Nettodifferenz zwischen diesen Strömen wird als Signalstrom gemessen, der den Reaktorzustand anzeigt.

909860/064 6

POSTSCHECK₁BERLINWESt(BLZ lOOlOOlO) 132736-109 · deutsche bank (BLZ 30070010) 6160 253

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-A-

Die typischen sich selbst mit Leistung versorgenden gammaempfindlichen Detektoren des Standes der Technik wurden typischerweise mit einem Emitter aus massivem Platin hergestellt, wobei dieser einen Durchmesser von etwa 0,51 mm aufwies.

Es wurde ermittelt, daß sich eine Empfindlichkeitsverbesserung bei einem Platinemitterdetektor erreichen läßt, wenn der Durchmesser des Emitters erhöht wird. Die Empfindlichkeit derartiger Platindetektoren kann verdoppelt werden, indem der Emitterdurchmesser auf etwa 2 mm erhöht wird. Weitere Analysen von Emittern mit derartig vergrößertem Durchmesser und des Elektronensignalerzeugungsmechanismus haben zu der Erkenntnis geführt, daß sich noch eine weitere Verbesserung der Detektorempfindlichkeit erreichen läßt, wie anhand der Fig. 3 noch näher erläutert werden wird, die eine herkömmliche sich selbst mit Leistung versorgende Detektorstruktur zeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese bekannte Detektorstruktur bezüglich ihrer Empfindlichkeit noch zu verbessern.

Eine Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die Erkenntnis, daß der vom zentralen Emitter resultierende Elektronenstrom aufgrund von Gammastrahlen entsteht, die durch den Emitter hindurchtreten und an dessen entfernter Seite in Wechselwirkung mit ihm treten und nach außen tretende Elektronen erzeugen. Eine Gammawechselwirkung auf der Eingangs- oder Auftreffseite des Emitters erzeugt dagegen Elektronen, die weiter in den Emitter hineinwandern und nicht in der Lage sind, aus dem Emitter auszutreten. Wenn der Emitterdurchmesser erhöht wird, müssen die eintretenden Gammastrahlen einen größeren Weg durch das Emittermaterial hindurch zurücklegen, um die entfernte Seite des Emitters zu erreichen. Da das Emittermaterial ein hohes Atomgewicht und eine hohe Dichte aufweist, werden die eintretenden Gammastrahlen beim Hindurchtreten durch das Emittermaterial gedämpft und daher wird ein geringerer nach außen gerichteter Elektronenstrom auftreten.

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Erfindungsgemäß besteht der gammaflußempfindliche sich selbst mit Leistung versorgende Strahlungsdetektor aus einem zentralen leitenden Emitter, einer um diesen Emitter herum angeordneten Isoliereinrichtung sowie einem leitenden, im wesentlichen röhrenförmigen äußeren Kollektormantel, der um die Isoliereinrichtung herum angeordnet ist, wobei der Emitter ein röhrenförmiges Glied ist, bei dem Isoliereinrichtungen sich innerhalb des Gliedes befinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II der Fig. 1; und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines sich selbst mit Leistung versorgenden Detektors gemäß dem Stand der Technik, um den Elektronenaustrittenergiebereich für einen derartigen Detektor zu erläutern.

In den Fig. 1 und 2 ist ein gammaflußempfindlicher, sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor 10 gezeigt, der aus einer leitenden rohrförmigen Emitterelektrode 12 besteht, mit einer Isoliereinrichtung 14 sowohl innerhalb als auch um die rohrförmige Emitterelektrode 12 herum, um die rohrförmige Emitterelektrode 12 von der koaxialen äußeren leitenden Kollektorelektrode 16 zu isolieren.

Die rohrförmige leitende Emitterelektrode 12 ist aus einem hochdichten Metall mit niedrigem Neutronenquerschnitt wie Platin, Blei, Wismuth, Tantal oder Wolfram hergestellt. Die rohrförmige

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Emitterelektrode sollte hohe Temperaturfestigkeit, aber auch ausreichende Bearbeitbarkeit besitzen, um die Herstellung zu erleichtern. Der rohrförmige Emitter 12 besitzt vorzugsweise einen äußeren Durchmesser von etwa 2 mm, während die Rohrwanddicke zwischen 0,13 und 0,25 mm liegt. Die Isolationseinrichtung 14 besteht aus einem Material, das gegenüber hoher Temperatur und gegenüber Strahlung widerstandsfähig ist und dessen elektrischer Widerstand unter allen Bedingungen sehr hoch bleibt, wobei es sich beispielsweise um dicht kompaktiertes Aluminiumoxyd oder Magnesiumoxyd handelt. Die Isoliereinrichtung 14 füllt den rohrförmigen Emitter und ist auch zwischen dem rohrförmigen Emitter und dem Kollektor mit einer Dicke von etwa 0,51 mm angeordnet. Der koaxiale leitende Kollektor 16 wird typischerweise aus einem hochtemperaturfesten Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt wie Inconel-Stahl oder einem anderen derartigen Stahl mit hohem Nickelgehalt hergestellt. "Inconel" ist ein Material der International Nickel Company. Der Kollektor besitzt eine typische Wanddicke von etwa 0,25 mm, so daß der äußere Durchmesser des Detektors etwa 3,56 mm beträgt.

Die in Fig. 3 wiedergegebene Darstellung eines Detektors gemäß dem Stand der Technik zeigt eine massive Emitterelektrode mit mehreren konzentrischen Kreisen, die mit verschiedenen Durchmessern innerhalb des Emittergebietes eingezeichnet sind. Der äußerste Kreis, der der äußeren Oberfläche des Emitters am nächsten liegt, erläutert die Entfernung, die ein Elektron mit der Energie von 0,25 MeV überbrückt, um den Emitter zu verlassen, nachdem ein solches Elektron durch eine Gammastrahlwechselwirkung mit dem Emittermaterial erzeugt wurde. Elektronen dieser Energie, die weiter innen innerhalb des Emitters erzeugt werden, werden den Emitter nicht verlassen. Die nachfolgenden weiter innen liegenden Kreise erläutern die Bereiche für Elektronen mit Energien von 0,5, 1,0 und 2,0 MeV, sie zeigen, daß nur die Elektronen mit der größten Energie aus dem Zentralbereich des Emitters austreten können. Es sollte erkannt werden, daß ein größerer Teil der Elektronen, die durch den Gammafluß eines kommerziellen Nuklearreaktorkerns erzeugt werden, Energien auf-

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weisen, die geringer als etwa 1 MeV sind.

Dies bedeutet, daß der zentrale Teil des Emitters nur einen
geringen Beitrag zum Signalstrom liefert und daher wirksam entfernt werden kann, ohne daß der Teil des Emitters, der zum Signalstrom beiträgt, wesentlich verringert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Gesamtemitterdurchmesser erhöht wird, um so die Empfindlichkeit der Einrichtung zu erhöhen. Gleichzeitig wird durch Entfernung des Zentralbereiches des Emitters bei der rohrförmigen Konstruktion des Emitters die Dämpfung
der Gammastrahlen verringert, die durch den Emitter hindurchtreten. Eine derartig verringerte Dämpfung führt zu größerer
Gammawechselwirkung in der entfernten Seite des Emitters, während die Gammastrahlen durch den Emitter hindurchtreten, wodurch ein insgesamt größerer Signalstrom erzeugt wird.

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Claims

2B2091S DR.-ING. Ernst Stratmann PATENTANWALT D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 Düsseldorf, 22. Mai 1979 47,884 7933 ,Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A. Patentansprüche :

1. Gammaflußempfindlicher, sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor, gekennzeichnet durch einen zentralen leitenden Emitter (12), um den Emitter (12) angeordnete Isoliereinrichtungen und durch einen im wesentlichen rohrförmigen, leitenden äußeren Kollektormantel (16), der um die Isoliereinrichtung (14) angeordnet ist, wobei der Emitter (12) ein rohrförmiges Glied mit einer innerhalb des Gliedes angeordneten Isoliereinrichtung (14) ist.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (12) koaxial bezüglich des leitenden Kollektormantels (16) angeordnet ist.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (12) ein verhältnismäßig dünnwandiges rohrförmiges Glied ist.

4. Detektor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (12) aus einem leitfähigen Material mit hohem Atomgewicht, niedrigem Neutronenquerschnitt und hoher Temperaturwiderstandsfähigkeit besteht.

ORIGINAL INSPECTED

Postschecks berlin west (BLZ 10010010) 132736-109· deutsche bank (BLZ 300 700 10) 6160253

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5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des rohrförmigen Emitters (12) Platin, Blei, Wismuth, Tantal oder Wolfram ist.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des rohrförmigen Emitters (12) Platin ist und daß der äußere Durchmesser des rohrförmigen Platinemitters (12) etwa 2 mm beträgt, während die Wanddicke des rohrförmigen Emitters (12) zwischen 0,13 und 0,25 mm liegt.

Beschreibung: