DE2924972C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE-AS 23 60 221 bekannt ist, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Das Material der Emitterelektrode ist typischerweise ein Material mit hohem Neutronenquerschnitt, falls es sich um einen Neutro­ nendetektor handelt, während das Kollektorelektrodenmaterial Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt darstellt. Über diesen Elektroden wird aufgrund der unterschiedlichen Neutronen­ fangeingenschaft von Emitter und Kollektor eine unterschiedliche elektrische Ladung erzeugt und infolgedessen ergibt sich über der Isolationseinrichtung auch eine unterschiedliche Elektronen­ ladung und Elektronenwanderung. Diese Elektronenladung wird extern gemessen und zeigt eine Abhängigkeit von dem Neutronen­ fluß.

Für den Gesamtflußdetektor gelten die gleiche Struktur und die gleichen allgemeinen Prinzipien, wobei jedoch die Materialien bezüglich ihrer unterschiedlichen Gammaempfindlichkeit ausge­ wählt werden. In fast allen Fällen stellt die äußere Kollektor­ elektrode ein hermetisch abgedichtetes Glied mit hoher Tempera­ turfestigkeit und niedrigem Neutronenquerschnitt dar und besteht aus einem Metall oder einer Metallegierung, wie einem Stahl, der hohen Nickelge­ halt aufweist.

Das Emitterelektrodenmaterial wird hinsichtlich seiner Wech­ selwirkungseigenschaften mit der Strahlung ausgewählt, wobei die am häufigsten verwendeten Materialien Rhodium und Kobalt sind. Diese Materialien besitzen keine besonders vorteilhafte mechanische Duktilität, sondern sind ziemlich spröde. Dies macht die Herstellung von zuverlässigen Detektoren recht kompliziert.

Das herkömmliche Herstellungsverfahren für derartige sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren umfaßt den Beginn mit einem koaxialen Körper von verhältnismäßig großem Durchmesser und die langsame Verringerung der Abmessungen des Detektors und der Elektrodendicke durch wiederholtes Tiefziehen oder Bearbeiten im Gesenk. Bei jedem Tiefzieh- oder Gesenkbearbeitungsschritt läuft die Detektoranordnung durch einen kleineren Formsatz, bis die gewünschten Detektorabmessungen erreicht sind. Bei diesem Vielfach-Tiefzieh- oder Gesenkarbeitungsherstellungsverfahren bricht der zentrale Emitter, wenn er aus Rhodium und/oder Kobalt oder einem anderen derartig wenig duktilen Material be­ steht, oft in elektrisch voneinander isolierte Segmente, so daß der Detektor nicht mehr verwendbar ist.

In der US-Patentschrift 39 40 627 wird ein sich selbst mit Leistung versorgender Detektor beschrieben, der eine zylindrische Emitterelektrode aus neutronenempfindlichem Material aufweist, mit einem Metallmantel oder Metallrohr aus nicht auf Neutronen reagierenden Material wie rostfreiem Stahl, der um das Emitter­ material herum angeordnet ist. Dieser Metallmantel stört die Gammaenergie, die von der verzögerten Beta-Strom-Komponente ausgelöst wird, bezüglich des Detektorstroms, um ein genaueres Neutronensignal für den Detektor zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung des eingangs genannten sich selbst mit Leistung versorgenden Detektors dahingehend, daß sich die Herstellung wesentlich vereinfachen läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Die erfindungsgemäße sich selbst mit Leistung versorgende Detek­ tor besitzt eine Struktur, die zu einem bedeutsamen Herstellungs­ vorteil führt, so daß selbst dann, wenn das Material der Emitter­ elektrode spröde ist oder eine niedrige Duktilität aufweist und deshalb reißt, sich immernoch ein zuverlässig arbeitender Detektor ergibt. Ein zentraler, leicht tiefziehbarer oder im Gesenk bearbeitbarer und verhältnismäßig duktiler leitender Stützdraht ist längs der Longitudinalachse des Detektors angeord­ net. Die Emitterelektrode ist ein rohrförmiger Körper aus einem Leiter, der einen hohen Neutronenquerschnitt oder hohe Gammawech­ selwirkungswahrscheinlichkeit aufweist und stets in innigem elektrischen Kontakt mit dem stützenden Zentraldraht ist. Das Zentraldrahtmaterial wird hinsichtlich seiner Duktilität aus­ gewählt und dient als der Leiter, der an einem Ende des Detektors mit einem koaxialen Signalkabel elektrisch verbunden sein kann, das an entfernter Stelle außerhalb des Reaktors mit der Meßeinrich­ tung in Verbindung steht.

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

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines sich selbst mit Leistung versorgenden Detektors; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch den Detektor der Fig. 1 längs der Linie II-II.

In den Fig. 1 und 2 ist ein sich selbst mit Leistung versor­ gender Detektor 10 dargestellt, der aus einem Zentraldraht oder -Leiter 12 besteht, der längs der Longitudinalachse des Detektors angeordnet ist, des weiteren aus einer rohrförmigen Emitterelek­ trode 14, die um den Zentraldraht 12 herum angeordnet ist und von dieser getragen wird. Der Zentraldraht 12 und der rohrförmige Emitter stehen in innigem elektrischem Kontakt miteinander. Zwischen dem rohrförmigen Emitter 14 und einer koaxialen äußeren Kollektorelektrode 18 ist eine Isoliereinrichtung 16 angeordnet.

Der zentrale Drahtleiter 12 besteht aus einem verhältnismäßig duktilen leitfähigen Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt und hoher Temperaturfestigkeit, wie einem Stahl mit hohem Nickel­ gehalt. Die rohrförmige Emitterelektrode wird aus beispielsweise Rhodium oder Kobalt gebildet. Die Isoliereinrichtung 16 besteht typischerweise aus hochkompaktiertem Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder anderem derartigem Isoliermaterial mit hoher Temperatur- und Strahlungsfestigkeit. Die Kollektorelektrode ist aus einem Leiter mit niedrigem Neutronenquerschnitt und hoher Temperaturfestigkeit gebildet, beispielsweise aus Stahl, wie es auch beim Zentraldraht der Fall war.

Die Detektorstruktur kann dadurch hergestellt werden, daß zunächst ein rohrförmiger Körper aus Rhodium oder Kobalt beschafft wird. In den rohrförmigen Körper wird der zentrale Stützdraht aus Stahl eingeführt. Diese Unteranordnung wird dann in das rohrförmige Kollektorelektrodenglied aus Stahl angeordnet, und zwar mit einer Isoliereinrichtung aus Aluminiumoxid, die die Teile voneinander im Abstand hält. Die Anordnung kann dann wiederholt tiefgezogen oder im Gesenk bearbei­ tet werden, um die Abmessungen bis zu dem gewünschten Ausmaß zu verringern. Dieses Tiefziehen oder im Gesenk bearbeiten stellt sicher, daß der rohrförmige Emitter sich in innigem elektrischem Kontakt mit dem zentralen Stützdraht befindet, wobei der duktile Zentraldraht den spröden rohrförmigen Emitter stützt.

Der Detektor könnte alternativ dadurch hergestellt werden, daß mit dem duktilen Zentraldraht begonnen wird und pulvriges leitfähiges Material wie Rhodium oder Kobalt auf den Zentral­ draht mittels geeigneter Sintertemperatur und Sinterungszeit aufgesintert wird. Der weitere Zusammenbau sowie das Tiefziehen oder im Gesenk bearbeiten zur Herstellung des Detektors wird dann in der oben bereits beschriebenen Weise fortgesetzt.

Der Detektor ist an ein koaxiales Verbindungs­ kabel 20 elektrisch angeschlossen und mit diesem hermetisch abdichtend verbunden. Der Zentraldraht 22 des koaxialen Verbindungskabels kann als Zentraldraht des Detektors innerhalb des Emitters dienen.

Es besteht keine Notwendigkeit, eine elektrische Verbindung zwischen dem Detektoremitter und dem Verbindungskabel herzu­ stellen, was bei Detektorkonstruktionen gemäß dem Stand der Technik immer ein Problem gewesen ist. Die äußere Kollektor­ elektrode 18 des Detektors wird an den rohrförmigen äußeren Mantel 24 des Koaxialkabels 20 elektrischt angeschlossen und an diesen hermetisch abdichtend angebracht. Die Isolationsein­ richtungen 26 werden zwischen dem Zentraldraht 22 und dem äuße­ ren Mantel 24 des Koaxialkabels vorgesehen.

Der sich selbst mit Leistung versorgende Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt beispielsweise einen äußeren Gesamtdurchmesser, der von 1,65 bis 3,81 mm reicht. Für einen Detektor mit dem kleineren Durchmesser, der innerhalb des Reaktor­ kerns leicht untergebracht werden kann, besitzt der Zentraldraht oder Zentralleiter einen Durchmesser, der von 0,17 bis 0,254 mm reicht. Der rohrförmige Emitter besitzt einen typischen äußeren Durchmesser von 0,508 mm, die Isoliereinrichtung ist etwa 0,254 mm dick, und die rohrförmige Kollektorelektrode besitzt eine Dicke, die von 0,254 bis 0,381 mm reicht. Für Detektoren mit größerem Durchmesser müßten die verschiedenen Teile entsprechende größere Abmessungen aufweisen.

Der erfindungsgemäße Detektor kann empfindlich gegenüber Neutronen oder gegenüber Gammastrahlen sein, wobei diese Empfindlichkeit im wesentlichen durch die Wahl des Emittermaterials bestimmt wird. Die Funktion des Detektors beruht auf den unterschiedlichen Strahlungswechselwirkungseigenschaften der Materialien von Emitterelektrode und Kollektorelektrode, wodurch ein elektrisches Signal oder Potential zwischen diesen im Abstand isoliert vonein­ ander angeordneten erzeugt wird, wobei dieses Signal bzw. Potential eine Funktion des einfallenden Strahlungsflusses ist. Bei einem neutronenempfindlichen Detektor wird der rohrförmige Emitter aus einem Material mit hohem Neutronenquerschnitt hergestellt. Ein gammaempfindlicher Detektor wird dadurch geschaffen, daß der rohrförmige Emitter aus einem Material gebildet wird, das eine hohe Gammawechselwirkungswahrscheinlichkeit aufweist.

Claims (6)

1. Langgestreckter, sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor (10) der Bauart, bei der ein elektrisches Signal als Funktion des einfallenden Strahlungsflusses erzeugt wird, der mit isoliert voneinander im Abstand angeordneten koaxialen Leitern in Wechselwirkung tritt, welche unterschiedliche Strahlungswechselwirkungseigenschaften besitzen, wobei der Leiter mit der größeren Strahlungswechselwirkung eine rohrförmige zentrale Emitterelektrode (14) und der Leiter mit der geringeren Strahlungswechselwirkung eine rohrförmige koaxiale Kollektorelektrode (18) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein duktiler leitender Zentraldraht (12) längs der Longitudinalachse des Detektors (10) innerhalb der rohrförmigen Emitter­ elektrode (14) angeordnet ist und mit dieser in innigem elektrischen Kontakt steht.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Emitterelektrode (14) aus Rhodium oder Kobalt gebildet ist.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zentraldraht (12) aus Stahl mit hohem Nickelgehalt gebildet ist, der eine niedrige Strah­ lungswechselwirkung besitzt.

4. Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Detektor (10) mit einem koaxialen Verbindungskabel (20) elektrisch verbunden ist und an dieses hermetisch dicht angeschlossen ist, und daß der zentrale Leiter (22) des koaxialen Verbindungskabels (20) über das Kabel (20) sich hinaus erstreckt und den Zentraldraht (12) des Detektors (10) bildet.

5. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

• (a) Anordnen des duktilen leitenden Zentraldrahtes (12) innerhalb der rohrförmigen Emitterelektrode (14),
• (b) Anordnen von Isoliereinrichtungen (26) um die so gebildete langgestreckte rohrförmige Anordnung;
• (c) Anordnen der rohrförmigen Kollektorelektrode (24) koaxial um die rohrförmige, mit den Isolier­ einrichtungen (26) umhüllte Emitterelektrode (14); und
• (d) Tiefziehen oder Gesenkschmieden der langge­ streckten, gemäß den Verfahrensschritten (a), (b) und (c) hergestellten Anordnung, um den Durch­ messer des so gebildeten, sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektors (10) zu ver­ ringern und seine Länge zu vergrößern, wobei der duktile leitende Zentraldraht (12) eine Stütze für die rohrförmige Emitterelektrode (14) bildet und mit dieser in den innigen elektrischen Kontakt gerät.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der duktile leitende Zentraldraht (12) von dem duktilen leitenden Zentraldraht (22) eines koaxialen Signal­ kabels (20) gebildet wird.