DE3210582A1 - Verfahren zur herstellung von selbst strom liefernden kernstrahlungsdetektoranordnungen - Google Patents

Description

VNR: 109126

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

Verfahren zur Herstellung von selbst Strom
liefernden Kernstrahlungsdetektoranordnungen

■ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von selbst Strom liefernden Kernstrahlungsdetektoranordnungen.

Ein selbst Strom liefernder Kernstrahlungsdetektor ist ein
Detektor, an den kein Antriebspotential angelegt werden muß,
damit er ein Signal als Funktion des Neutronen- oder Gammastrahlungsflusses abgibt, das auf den Detektor auftrifft. Das Ausgangssignal eines selbst Strom liefernden Detektors wird als
Ergebnis von unterschiedlichen Strahlungswechselwirkungseigenschaften von im Abstand zueinander angeordneten Elektroden erzeugt, nämlich einem Emitter und einem davon isolierten Kollektor. Ein derartiger Detektor wird in der US-Patentschrift 40 80 533 beschrieben und umfaßt eine zentral angeordnete Emitterelektrode sowie eine koaxial um den Emitter herum angeordnete Kollektorelektrode, die durch ein wärmefestes isolierendes Oxid voneinander isoliert sind.

Die Genauigkeit des Ausgangssignals als Maß für die Strahlungsflußhöhe ist stark vom Emitterdurchmesser und von der Länge
des Emitters abhängig, wobei angestrebt wird, daß der Emitterdurchmesser entlang seiner Längserstreckung möglichst gleichförmig

ist und entlang seiner Länge genau festliegt» Ein Detektor wird entfernt von dem Signalanzeigegerät oder dem Meßgerät angeordnet, welches sich typischerweise außerhalb des Strahlungsflußfeldes befindet. Ein Signalkabel muß an den Detektor angeschlossen werden. Das Signalkabel ist typischerweise ein Kabel, dessen Zentraldraht mit dem Detektoremitter elektrisch verbunden ist und zu diesem ausgerichtet ist.

Es war bisher üblich, den Detektor innerhalb von engen Dimensionstoleranzen separat herzustellen, und dann diesen Detektor einer gewünschten Länge an das Signalkabel anzuschließen, wie beispiels-'**·*' weise durch Zusammenlegen des Emitters und des Kabelzentraldrahtes, und durch Verlöten der äußeren Mäntel. Es hat sich als schwierig erwiesen, die Verbindung zwischen dem Detektor und dem Signalkabel wegen des kleinen Durchmessers der hergestellten Einrichtungen ausreichend zuverlässig zu machen. Die Verbindung brach leicht während des Testens und Handhabens oder während des Einführ ens des Detektors in den Reaktor.

Ein anderes Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik bestand darin, den Emitterdraht und den Zentraldraht des Signalkabels vor dem Reduzieren des Durchmessers des Emitters und des Kabelzentraldrahtes auf die gewünschten Werte miteinander zu verbinden. Der Emitterdraht und der darin angeschlossene Kabelzentraldraht wurden dann in einen ununterbrochenen röhrenförmigen Mantel angeordnet, wobei um den Emitter und den Zentraldraht eine Isolation kompakt herumgelegt wurde, wonach die gesamte Anordnung durch Kaltverformung (Pressen oder Gesenkschmieden) auf den gewünschten Durchmesser reduziert wurde. Bei diesem Verfahren mußte ein Kompromiß geschlossen werden hinsichtlich entweder des endgültigen Emitterdrahtdurchmessers oder hinsichtlich der Emitterdrahtlänge, mit entsprechenden sich ergebenden Variationen hinsichtlich der Detektorempfindlichkeit.

Es ist nun wichtig, Detektor-Kabel-Anordnungen zu schaffen, die genaue, reproduzierbare Empfindlichkeiten aufweisen. Dies vor allem deshalb, weil die erzeugten Signalpegel typischerweise

sehr klein sind, sie liegen im Nanoampere-Bereich. Auch haben die Detektoren eine begrenzte Betriebsdauer aufgrund .zeitlicher Änderung der Emitterstrahlungsantwort. Das bedeutet, daß die Detektor- und Kabelanordnungen in regelmäßigen Abständen ersetzt werden, und ohne genau wiederholbare Strahlungsantwort von einer Anordnung zur anderen Anordnung ist es schwierig, die Reaktorbetriebsbedingungen zu interpretieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Detektor- und Signalkabelanordnung derart hergestellt werden kann, daß der Durchmesser und die Länge des Detektoremitters sehr genau festlegbar sind, um so eine gute Qualitätskontrolle hinsichtlich der Empfindlichkeit der hergestellten Strahlungsmeßeinrichtungen zu ermöglichen.

Dabei soll nach Möglichkeit das Verfahren Detektor- und Signalkabe!anordnungen liefern, die eine starke, zuverlässige Verbindung zwischen dem Emitterdraht des Detektors und dem Signalkabelzentraldraht ergibt.

In der US-Patentschrift 40 87 693 wird ein selbst Strom liefernder Detektor beschrieben, der dadurch hergestellt wird, daß die Enden eines Rhodium-Emitterdrahtes und eines Signalkabeldrahtes miteinander verschweißt werden. Ein isolierender Mantel aus gewebten Siliziumdioxidfasern wird über die Verbindung aus Emitter- und Signalkabeldraht angeordnet. Dann wird eine rohrförmige Kollektorelektrode über dem isolierenden Mantel angeordnet und leicht in seiner Größe reduziert, um den isolierenden Fasermantel zu kompaktieren und den Emitterdraht zu zentrieren. Es gibt dort keine wesentliche Änderung des Emitterdrahtdurchmessers. Es wird dann ein Endstopfen an dem frei sich erstreckenden Ende des Emitters vorgesehen, mit einer Isolation zwischen dem Emitterende und dem Stopfen.

Es ist erstrebenswert, in der Lage zu sein, lange Emitterdrahtdetektoren herzustellen, die in günstigerer Weise dadurch hergestellt werden können, daß mit einem Emitter größeren Durchmessers

begonnen und dann der Emitterdraht während der Herstellung durch entsprechende Bearbeitung, wie Ziehen, Schmieden oder Gesenkpressen reduziert wird. Dieses Reduzieren im Durchmesser oder diese gleichförmige Verlängerung mit gleichzeitiger Durchmesserreduktion ist ein bequemer Weg, langgestreckte Detektoren mit gleichförmigem Durchmesser herzustellen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von selbst Strom liefernden Kernstrahlungsdetektoranordnungen gelöst, bei dem die Anordnung einen Detektorteil umfaßt, der einen Signalstrom als Funktion eines einfallenden Strahlungsflusses erzeugt, und einen Kabelteil, der mit dem Detektorteil elektrisch verbunden ist, um den Signalstrom zu einer überwachungseinrichtung zu übertragen, wobei das Verfahren darin besteht, sich gegenüberliegende Enden eines Emitterelektrodendrahtes und eines Signalkabeldrahtes elektrisch miteinander zu verbinden, welche Drähte durch Ziehen oder Gesenkpressen (swage-reducible) auf einen vorbestimmten reduzierten Durchmesser und eine vorbestimmte Länge redusierbar sind, Anordnen des Emitterelektrodendrahtes und des damit elektrisch verbundenen Signalkabeldrahtes in einem im wesentlichen rohrförmigen Mantel aus durch Ziehen oder Gesenkpressen reduzierbarem Metall, wobei ausgewählte isolierende Einrichtungen zwischen den Drähten und dem rohrförmigen Mantel angeordnet sind, Reduzieren des Durchmessers der obigen Anordnung und Verlängerung des rohrförmigen Mantels und des Emitterdrahtes und des Signalkabeldrahtes während der Kompaktierung der isolierenden Einrichtungen; Trimmen des Emitterdrahtes auf eine vorbestimmte Längei und hermetisches Abdichten des rohrförmigen Mantels am Emitterelektrodenende des Mantels, wobei zwischen dem Emitterdraht und der Enddichtung eine Isoliereinrichtung angeordnet wird.

Die selbst Strom liefernden Strahlungsdetektoranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind typischerweise langgestreckte Einrichtungen, wobei sich der aktive Detektor über eine Länge von mehr als einem Meter bis zu mehreren Metern erstrecken kann, während das Signalkabel noch viel länger ist. Eine Vielzahl

von Detektor- und Kabelanordnungen kann zu einer Anordnung geformt werden, wie sie in der US-Patentschrift 41 40 911 zur Verwendung in einem Reaktor geschildert wird. Die aktiven Detektorteile können wendelförmig um ein Stützglied gewickelt werden, um einen langgestreckten Emitterdraht in einem gegebenen Flußgebiet zu schaffen, um so einen erhöhten Antwortsignalpegel zu erlangen.

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

Es zeigt:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer selbst Strom liefernden Strahlungsdetektoranordnung, einschließlich einer von einem Detektorteil ausgehenden Signalkabelfortsetzung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer teilweise hergestellten Detektoranordnung zur Darstellung einer Fabrikationsstufe; und

Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht des Detektorendteils einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine selbst Strom liefernde Kernstrahlungsdetektoranordnung 10 dargestellt, die ein koaxiales Signalkabelteil 12 sowie ein strahlungsempfindliches Detektorteil 14 umfaßt. Eine hermetische Endabdichteinrichtung 16 ist an dem frei sich erstrekkenden Ende 18 des Detektorteils 14 vorgesehen. Der strahlungsempfindliche Detektorteil 14 umfaßt eine langgestreckte Emitterelektrode 20 mit vorbestimmtem Durchmesser und vorbestimmter Länge. Diese Emitterelektrode 20 ist aus einem strahlungsempfindlichen Material gebildet, welches neutronen- oder gammaempfindlich sein kann, wie Kobalt, Rhodium, Platin, oder auch aus anderen bekannten Materialien bestehen kann. Um den Emitter 20 sind hochkompaktierte Isoliereinrichtungen 22 angeordnet, die

typischerweise aus Metalloxid ausgewählt sind, beispielsweise pulverförmiges Magnesiumoxid. Eine langgestreckte, im wesentlichen rohrförmige Kollektorelektrode 24 ist koaxial um den Emitter 20 und die Isoliereinrichtung 22 herum angeordnet. Diese Kollektorelektrode 24 ist aus einem Material geformt, das verhältnismäßig wenig strahlungsempfindlich ist, und der Detektorsignalstrom, der zwischen dem Emitter und dem Kollektor erzeugt wird, resultiert aus den unterschiedlichen Strahlungsantworten dieser unterschiedlichen Materialien. Der Signalstrom fließt über die Isoliereinrichtung 22. Die Endabdichteinrichtung 16 ist an dem Abschlußende des rohrförmigen Kollektors 24 abdichtend angeordnet, wie im folgenden noch erläutert wird.

Der aufgrund der Strahlung erzeugte Signalstrom des Detektorteils 14, der sich in einem Strahlungsflußfeld befindet, wird einer entfernt angeordneten, externen überwachungseinrichtung - nicht dargestellt - über einen Signalkabelteil 12 zugeführt. Das Signalkabelteil 12 ist im wesentlichen ein koaxiales Kabel mit einem SignalkabeIzentraldraht 26, das an die Emitterelektrode am Verbindungspunkt 28 elektrisch angeschlossen ist. Isoliereinrichtungen 22 sind um den Zentraldraht 26 herum angeordnet, wobei das Material das gleiche Metalloxid darstellt, wie es auch um den Emitterdraht herum vorgesehen ist. Ein rohrförmiger u Koaxialmantel 30 ist um die Isoliereinrichtung 22 und um den Kabelzentraldraht 26 herum vorgesehen. Dieser Kabelmantel 30 stellt im allgemeinen eine Verlängerung der Kollektorelektrode dar und ist typischerweise aus einem Stahl mit hohem Nickelgehalt gebildet, wie beispielsweise Inconelstahl, wobei dieses Handelsmaterial bei der International Nickel Co. bezogen werden kann«

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 sei angemerkt, daß die Herstellung der Detektoranordnung 10 mit einem Emitterdraht von verhältnismäßig großem Durchmesser beginnt, der zu dem gewünschten Enddurchmesser und angenähert der gewünschten Länge durch Ziehen oder Pressen (swage) gebracht werden kann. Der Emitterdraht ist beim Verbindungspunkt 28 elektrisch mit dem Signalkabelzen-

traldraht beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen verbunden, welcher Signalkabelzentraldraht gleichfalls auf den gewünschten Enddurchmesser durch Ziehen oder Pressen gebracht werden kann. Emitterdraht und damit verbundener Kabelzentraldraht sind in einem rohrförmigen Leiter zusammen mit Isoliereinrichtungen angeordnet, welche Isoliereinrichtungen zwischen diesen Zentraldrähten und dem rohrförmigen Leiter eingepreßt sind. Die Vorformanordnung wird dann "swage"-reduziert, um die Anordnung zu verlängern und den Durchmesser des Emitterdrahtes und des Kabelzentraldrahtes zu verringern und um den äußeren leitenden Rohrmantel zu reduzieren. Während dieses "swaging"-Proζesses werden die Isolatoreinrichtungen in gleicher Weise weiter kompakt iert.

Wenn der Emitterdraht weiter gleichförmig auf den gewünschten Durchmesser von beispielsweise etwa 1 bis 2 mm reduziert ist, wird der Emitter auf die gewünschte Länge geschnitten, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kollektorelektrode erstreckt sich über das getrimmte vorbestimmte Ende des Emitters hinaus. Ausreichende Isoliereinrichtungen werden dann um das Emitterende kompaktiert und eine Endabdichtkappe, wie in Fig. 1 zu erkennen, hermetisch abdichtend an das Abschlußende des rohrförmigen Kollektors angebracht.

Eine alternative Endabdichtung ist in Fig. 3 zu erkennen, wo die sich hinaus erstreckenden Enden des rohrförmigen Kollektors einfach zusammengedrückt werden, während sie erhitzt werden, um so eine birnenförmige Enddichtung mit oder ohne Lötmaterial zu bilden. Wiederum werden zwischen dem Emitterende und der birnenförmigen Endabdichtung Isoliereinrichtungen eingepreßt, wobei die Endabdichtung durch das zusammengedrückte Kollektorendteil gebildet wird.

Der erfindungsgemäße Detektor kann auch auf andere Weise als durch "swage"-Reduzierung des vormontierten Kollektormantels, Isolation und Emitterdraht hergestellt werden. Diese Reduktion auf einen vorbestimmten Durchmesser und eine vorbestimmte Länge

kann durch Ziehen der Voranordnung durch eine Tiefziehform oder auch durch eine Kombination von "swaging" und Tiefziehen erreicht werden/ um den gewünschten Durchmesser und die gewünschte Länge zu erhalten. Die Anordnung wird dann auf Länge geschnitten und eine Endabdichtung oder Endkappe vervollständxgt die Detektoranordnung .

ES/jn 5

Claims (3)

1. ϊ. Ernst Stratmann

   PATENTANWALT
   D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

   VNR: 109126

   Düsseldorf, 22. März 1'982 47,431
   8203

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

   Patentansprüche:

   . 1. Verfahren zur Herstellung einer selbst Strom liefernden Kernstrahlungsdetektoranordnung, die einen Detektorteil/ der einen Signalstrom als Funktion eines eintreffenden Strahlungsflusses erzeugt, und einen Kabelteil umfaßt, der mit dem Detektorteil elektrisch verbunden ist, um den Signalstrom zu einer überwachungseinrichtung zu übertragen, gekennzeichnet durch elektrisches Verbinden von sich gegenüberliegenden Enden eines Emitterelektrodendrahtes (20) und eines Signalkabeldrahtes (26) , welche Drähte (20, 26) auf einen vorbestimmten reduzierten Durchmesser und eine vorbestimmte größere Länge durch Gesenkbeafbeitung bringbar sind; Anordnen des Emitterelektrodendrahtes und des damit elektrisch verbundenen Signalkabeldrahtes innerhalb eines im wesentlichen rohrförmigen Mantels aus durch Senkbearbeitung reduzierbaren Metalls, mit ausgewählten isolierenden Einrichtungen, die zwischen den Drähten und dem rohrförmigen Mantel angeordnet sind; Reduzieren des Durchmessers der obigen Anordnung und Verlängerung des rohrförmigen Mantels und des Emitterdrahtes und des Signalkabeldrahtes unter gleichzeitiger Kompaktierung der Isoliereinrichtungen; Trimmen des Emitterdrahtes auf eine vorbestimmte Länge;

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   und hermetisches Abschließen des rohrförmigen Mantels am Emitterelektrodenende des rohrförmigen Mantels mit Isoliereinrichtungen zwischen dem Emitterdraht und der Enddichtung.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   das Reduzieren der vormontierten Anordnung aus rohrförmigem Mantel, Isoliereinrichtung und Emitterdraht mittels Gesenkpressen oder -schmieden erfolgt»
3. 3. Verfahren nach Anspruch Ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, '***·'' daß die hermetische Abdichtung des rohrförmigen Mantels

   durch eine Endkappe erfolgt, die dicht auf das Ende des rohrförmigen Mantels aufgebracht wird.

   Beschreibung;