DE3220959A1

DE3220959A1 - Ohne hilfsenergie betreibbarer neutronen- und gamma-strahlen-flussdetektor

Info

Publication number: DE3220959A1
Application number: DE19823220959
Authority: DE
Inventors: Colin J. Deep River Ontario Allan
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1981-06-09
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1982-12-23
Also published as: SE8203224L; JPS648795B2; FR2507328A1; RO84285A; CA1157578A; RO84285B; JPS57211574A; FR2507328B1; SE448122B

Description

Die Erfindung betrifft einen ohne Hilfsenergie betreibbaren Flußdetektor für Neutronen- und Gammastrahlen-Flüsse.

Ohne Hilfsenergie betreibbare Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektoren werden in hohem Maße in Leistungs-Kernreaktoren eingesetzt. Bei manchen Anwendungen werden sie als Primärdetektor im Reaktorsicherheitssystem verwendet, während bei anderen Anwendungen ein Einsatz als Primärdetektor im Reaktor-Steuersystem erfolgt. Bei solchen Anwendungen ist es in hohem Maße erforderlich, daß das dynamische Ansprechen des Detektors dem dynamischen Verhalten der Leistung des Kernbrennstoffes entspricht. Obwohl der größte Teil der thermischen Leistung bei einem Kernspaltungsreaktor von der direkten Spaltung des Kernbrennstoffes herrührt, d.h. durch die sogenannte Kernspaltungsleistung geliefert wird, trägt doch die von radioaktiven Spaltprodukten freigegebene ß-Strahlen-und γ-Strahlenenergie, die sogenannte verzögerte Leistung, zu einem merklichen Bruchteil der Gesamtleistung bei. Bei mit Schwerwasser betriebenen Natururanreaktoren des Typs CANDüwerden beispielsweise etwa 93 % der thermischen Gleichgewichtsleistung des Kernbrennstoffes durch die direkte Kernspaltung des Brennstoffes erzielt, während etwa 7 % der Leistung von dem Zerfall der Spaltprodukte herrühren. Der erstgenannte Anteil folgt den Änderungen des Neutronenflusses prompt,während der zweitgenannte Anteil das nicht tut, da die Spaltprodukte mit einem weiten Bereich von Zeitkonstanten (Halbwertzeiten) zerfallen, der von Sekunden bis Tagen reicht.

Zur Benutzung in Steuer- und Sicherheitssystemen von Kernreaktoren sollte ein idealer Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektor auf Änderungen des Neutronenflusses in genau der gleichen Weise ansprechen, wie der Kernbrennstoff diesen Änderungen folgt, d.h. Leistung abgibt.

Ein hilfsenergiefreier Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektor besteht normalerweise aus einem koaxialen mineralstoff -isolierten Kabel. Die Zentralelektrode wird Emitter genannt, während die Außenelektrode als Kollektor bezeichnet wird. Die beiden Elektroden werden voneinander durch eine aus Mineraloxid bestehende Isolierung elektrisch isoliert, und zwar wird normalerweise MgO oder Al_O_ verwendet, wenn auch andere Oxide eingesetzt werden können. Bei vielen Anwendungen wird der ohne Hilfsenergie betreibbare Detektor zum Messen der Leistung oder des Flusses in einem begrenzten Bereich des Reaktorkerns eingesetzt. Bei diesen Anwendungen "'wird der Detektor mit einem Leitungskabel verbunden, das gleichfalls ein mineralstoffisoliertes Koaxialkabel sein kann. Durch angemessene Auswahl der Geometrie und der verwendeten Materialien und manchmal auch durch Verwendung einer Kompensationstechnik für das Zuleitkabel kann das ohne Hilfsenergie in dem Zuleitungskabel erzeugte Signal so eingerichtet werden, daß es nur ein geringer Bruchteil des in dem Detektor erzeugten Signals ist.

Bei einem Leistungsreaktor kann der in einem ohne Hilfsenergie betreibbaren Detektor erzeugte Strom drei unterschiedlichen Wechselwirkungen zugeordnet werden, nämlich: -(n,ß)-Wechselwirkungen, bei denen ein ß-aktives Tochternuklid durch Neutroneneinfang im Detektor erzeugt wird, normalerweise in der Emitterelektrode,

-(η,γ, e)-Wechselwirkungen, bei denen die durch Neutroneneinfang im Detektor erzeugten Gammastrahlen durch Compton- und fotoelektrische Vorgänge freie Elektronen erzeugen und damit einen Überschuß-Strom zwischen den beiden Elektroden hervorrufen, und

- (γ, e)-Wechselwirkungen, bei denen im Brennstoff und in der sonstigen Reaktorausrüstung entstehende Reaktor-Gammastrahlen .im Detektor in Wechselwirkung treten und einen Gesamtstromfluß zwischen den beiden Elektroden erzeugen.

Da die (n, ß)-Wechselwirkung verzögert auftritt, sind Detektoren, bei denen derartige. Wechselwirkungen den dominierenden Erzeugungsmechanismus für elektrischen Strom darstellen, z.B. Detektoren mit Emittern aus Vanadium oder Rhodium, nicht zur Verwendung als Primärdetektoren in Steuer- und Sicherheitssystemen für Reaktoren geeignet. Für derartige Anwendungen werden deshalb Detektoren eingesetzt, bei denen der Strom im wesentlichen nur von (η,γ , e) und (γ, e)-Wechselwirkungen stammt. Es ist dabei zu bemerken, daß es vollständig unmöglich ist, einen Detektor zu bauen, bei dem überhaupt keine (n, ß)-Wechselwirkungen stattfinden, jedoch kann durch sorgfältige Materialauswahl eine Reduzierung des durch diese Wechselwirkungen erzeugten Stromanteils auf weniger als einige Prozent des Gesamtsignals erreicht werden.

Ein idealisierter Detektor, bei dem 100 % des Signals von (η,γ , e)-Wechselwirkungen stammt, würde im wesentlichen augenblicklich auf Änderungen des Neutronenflusses reagieren, d.h. ein solcher Detektor wäre 100 % prompt. Damit wäre das Ansprechen zu schnell für einen idealen Detektor, da, wie bereits besprochen, das Leistungsverhalten des Brennstoffes nur zu etwa 93 % prompt ist. Andererseits würde ein idealisierter Detektor, bei dem 100 % des Signals von (v, e)-Wechselwirkungen stammt, zu langsam ansprechen, da ungefähr ein Drittel der Reaktor-Gammastrahlen verzögert auftreten, so daß nur ungefähr 67 % der Signalbestandteile bei einem solchen Detektor prompt wären.

Dagegen würde ein Detektor, bei dem 21 % des Signals aus (y, e)-Wechselwirkungen und 79 % des Signals von (η,γ , e)-Wechselwirkungen stammen, einen Prompt-Anteil von 93 % des Signals aufweisen, und das ist der gleiche Prompt-Anteil, wie er bei dem Leistungsverhalten des Kernbrennstoffes zu merken ist. Da weiterhin das verzögerte Detektor-Ansprechen, d.h. der verzögerte Anteil des Signals von den verzögerten Reaktor-Gammastrahlen stammt, würde dieses Verhalten auch zu einer guten Annäherung des verzögerten Leistungsanteils vom Kernbrennstoff führen, da die verzögerten Gammastrahlen von dem Zerfall von Kernspaltungsprodukten herrühren, die gleichfalls die Quelle der verzögerten thermischen Leistung des Kernbrennstoffes sind.

Es sind Versuche unternommen worden, das dynamische Ansprechen eines ohne Hilfsleistung betreibbaren Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektors in einem Kernreaktor dadurch zu steuern, daß das relative Ansprechverhalten des Detektors auf die Gammastrahlen des Kernreaktors und den Kernreaktor-Neutronenfluß so gesteuert wird, daß beispielsweise eine enge Annäherung des dynamischen Ansprechverhaltens des Detektorsignals an das dynamische Ansprechverhalten der gesamten Kernreaktor-Brennstoffleistung erreicht wird.

Ein Verfahren zum Beeinflussen des relativen Ansprechverhaltens des Detektors auf die Einwirkung von Kernreaktor-Gammastrahlen und des Kernreaktor-Neutronenflusses beruht nach CA-PS 1 085 06 6 auf der Verwendung einer relativ starken Emitter-Deckschicht, beispielsweise in der Größenordnung von 0,05 mm Stärke aus beispielsweise Platin, die einen Emitterkern aus beispielsweise Inconel vollständig überdeckt. Das relative Ansprechverhalten dieser

Detektorbauart hängt von dem Durchmesser des Emitters und auch von der Auswahl des für den Emitter verwendeten Metalls ab. Damit fordert ein bestimmtes erwünschtes Ansprechverhalten eine bestimmte Geometrie und dadurch können Probleme hervorgerufen werden, da diese Geometrie nicht mit einer oder mehreren Anforderungen verträglich sein kann, die für die Größe des Detektors bestehen,beispielsweise durch das Herstellverfahren bedingt oder durch den beschränkten Raum in der Anordnung, der für die Detektoranbringung zur Verfügung steht. Wenn beispielsweise ein Detektor mit einem Emitter aus einem Inconel-Kern, bedeckt mit einer Platinschicht, ein dynamisches Ansprechverhalten besitzen soll, das dem dynamischen Ansprechverhalten der Kernbrennstoffleistung bei einem schwerwasser-moderierten Natururanreaktor entspricht, dann ist ein Detektoremitter mit einem Gesamtdurchmesser von etwa 2,9 mm erforderlich. Ein derartiger Detektor muß dann einen Außendurchmesser von ca. 5,0 mm besitzen,und die Aufnahme eines solch . großen Detektors in bestehenden schwerwasser-moderierten Natururanreaktoren kann zu ernsthaften Problemen führen.

Ein anderes Verfahren, das relative Ansprechverhalten des Detektors auf die einwirkenden Kernreaktor-Gammastrahlen und den Kernreaktor-Neutronenfluß zu steuern, besteht nach US-PS 4 123 658 darin, daß eine äußerst dünne (weniger als 5 pm Stärke)Deckschicht aus beispielsweise Platin an einem Kobaltkern verwendet wird. Durch Beeinflussung der Stärke der Deckschicht kann das Ansprechverhalten auf die Reaktor-Gammastrahlen und damit das dynamische Ansprechverhalten gesteuert werden. Diese Detektoren erweisen sich zwar als sehr nützlich, jedoch besteht ein Herstellungsproblem darin, daß es sehr schwierig ist, die Stärke der äußerst dünnen Deckschichten in dem erforderlichen Bereich zu steuern. Damit erweist es sich als schwierig, eine

angemessene Steuerung des dynamischen Ansprechverhaltens des Detektors zu erreichen.

So besteht ein Bedürfnis nach einem ohne Hilfsenergie betreibbaren Neutronenfluß- und Gammastrahlenfluß-Detektor mit einem dynamischen Ansprechverhalten, das eng an das dynamische Ansprechverhalten der Kernbrennstoff-Leistung angepaßt ist, und der dazu beispielsweise in bestehende Detektoranordnungen in schwerwasser-moderierten Natururanreaktoren aufgenommen werden kann und der keine besonderen Herstellprobleme aufweist.

Erfindungsgemäß wird ein ohne Fremdleistung zu betreibender Neutronen- und Röntgenstrahlen-Flußdetektor geschaffen, der folgende Teile umfaßt:

a) einen Emitter-Kerndraht,

b) eine äußere Emitterschicht, die den Emitterkerndraht umgibt und aus einem unterschiedlichen Material besteht,

c) einen Metallkollektor um den Emitterkerndraht und die äußere Emitterschicht, und

d) eine den Emitterkerndraht und die Emitteraußenschicht von dem aus Metall bestehenden Kollektor elektrisch isolierende dielektrische Isolationsschicht, wobei folgende Bedingungen einzuhalten sind:

e) Der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes und der äußeren Emitterschicht beträgt mindestens größenordnungsmäßig 0,4 mm,

f) die Emitter-Außenschicht bedeckt nur zwischen größenordnungsmäßig 10 % bis größenordnungsmäßig 90 % des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes und umfaßt mindestens ein den Emitterkerndraht umgebendes Band, und ihre- Stärke liegt im Bereich größenordnungsmäßig von 0,02 mm bis größenordnungsmäßig 0,07 mm, und

g) das Metall, aus dem der Emitterkerndraht besteht, das Metall, aus dem die Emitteraußenschicht besteht, das Metall, aus dem der Metallkollektor besteht, der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes und der Emitteraußenschicht und der durch die Emitteraußenschicht bedeckte Oberflächenbereich des Emitterkerndrahtes sind so ausgewählt, daß der Detektor einen Prompt-Anteil im Bereich von größenordnungsmäßig 90 % zu größenordnungsmäßig 96 % aufweist und ein dynamisches Ansprechverhalten besitzt, das im wesentlichen dem dynamischen Ansprechverhalten der Leistung im Brennstoff des Kernreaktors entspricht, in dem der Detektor eingesetzt werden soll.

Bei manchen Ausführungen der vorliegenden Erfindung

a) besteht der Emitterkerndraht aus einem Material, das aus der aus Nickel, Eisen, Titan, Chrom, Kobalt und auf mindestens einem dieser Metalle beruhenden Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und

b) die Emitteraußenschicht besteht aus einem Material, das aus der aus Platin, Palladium, Tantal, Osmium, Molybdän, Zer, Zinn, Ruthenium, Niob, Zirkon und auf mindestens einem dieser Metalle beruhenden Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Bei anderen Ausführungen der vorliegenden Erfindung enthält die Emitteraußenschicht im Bereich von fünf bis zehn Bänder gleicher Breite, die mit gleichen Abständen in Längsrichtung des Emitterkerndrahtes angebracht sind.

In anderen Ausführungen der vorliegenden Erfindung überdeckt die Emitteraußenschicht in der Größenordnung von bis 60 % des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes.

In weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung besteht der Emitterkerndraht aus einer auf Nickel basierenden Legierung, die nominell 76 Gew% Nickel, 15, 8 Gew% Chrom und 7,20 Gew% Eisen enthält, und die Emitteraußenschicht besteht aus Platin.

In den Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die zur Verwendung als Brennstoffleistungsdetektor in einem schwerwasser-moderierten Natururanreaktor bestimmt sind, besteht das Emitterkernmaterial· vorzugsweise aus einer auf Nickel basierenden Legierung mit einem nominellen Anteil von 76 Gew% Nickel, 15,8 Gewi Chrom und 7,20 Gew% Eisen, oder aus hochreinem Eisen oder aus hochreinem Nickel; die Emitteraußenschicht besteht dabei vorzugsweise aus Piatin. oder aus Zinn oder aus Moiybdän, und der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahts und der Außenschicht beträgt vorzugsweise weniger als größenordnungsmäßig 2 mm.

Bei anderen Ausführungen der vorliegenden Erfindung besteht der Emitterkerndraht aus im wesentlichen Reinnickel und die Emitteraußenschicht aus Platin.

Bei einigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung

b) die Emitteraußenschicht umfaßt mindestens zwei Bänder aus unterschiedlichen Materialien, welche jeweils aus der aus Platin, Palladium, Tantal, Osmium, Molybdän, Zer, Zinn, Ruthenium, Niob, Zirkon und auf mindestens einem dieser Metalle beruhenden Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert;in dieser zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen ohne Hilfsenergie betreibbaren Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektor, unter Weglassung bestimmter Längen des Gegenstandes, und

Figur 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines weiteren Detektors.

Der in Fig. "1 dargestellte ohne Hilfsenergie betreibbare Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektor enthält folgende Teile:

a) einen Emitter-Kerndraht 1,

b) eine allgemein mit dem Bezugszeichen 2 versehene Emitteraußenschicht, die den Emitterkerndraht 1 umgibt und aus gegenüber dem Kerndrahtmaterial unterschiedlichem Metall hergestellt ist,

c) einen den Emitterkerndraht 1 und die Emitteraußenschicht 2 umgebenden Metallkollektor 4, und

d) eine dielektrische Isolierung 6, die den Emitterkerndraht 1 und die Emitteraußenschicht 2 gegenüber dem Metallkollektor 4 elektrisch isoliert; dabei besteht die Verbesserung gegenüber bekannten Detektoren in folgendem:

e) Der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes 1 und der Emitteraußenschicht 2 beträgt mindestens größenordnungsmäßig 0,4 mm,

f) die Emitteraußenschicht 2 überdeckt nur größenordnungsmäßig 10 % bis größenordnungsmäßig 90 % des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes und umfaßt mindestens ein Band, in der gezeigten Ausführung typischerweise fünf bis zehn Bänder, von denen vier Bänder 12, 13, 14 und 15 dargestellt sind, die den Emitterkerndraht 1 um-

geben, und eine Stärke im Bereich von größenordnungsmäßig 0,02 mm bis größenordnungsmäßig 0,07 mm besitzen und

g) das für den Emitterkerndraht 1 verwendete Metall, sowie die Metalle, aus denen die Emitteraußenschicht 2 und der Metallkollektor 4 bestehen, sowie der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes 1 und der Emitteraußenschicht 2 und der Anteil des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes-1, der durch die Emitteraußenschicht 2 bedeckt ist, sind so ausgewählt, daß der Detektor einen Prompt-Anteil im Bereich von größenordnungsmäßig 90 % bis größenordnungsmäßig 96 % besitzt sowie ein dynamisches Ansprechverhalten, das im wesentlichen dem dynamischen Ansprechverhalten der Leistung des Brennstoffes im Kernreaktor angepaßt ist, in dem der Detektor verwendet werden soll.

Bei einer Ausführung besteht der Emitterkerndraht 1 aus Inconel und besitzt die Emitterbänder 12 bis 15 bildende Platinrohrabschnitte, die auf dem Draht von größeren Rohrabschnitten so heruntergezogen sind, daß der Emitterkerndraht 1 und die Emitterbänder 12 bis 15 elektrisch leitfähig in ihrer ganzen Länge miteinander verbunden sind. Eine Meßeinrichtung 8 für die elektrische Stromstärke zwischen dem Emitterkerndraht 1 und dem Kollektor 4 ist mit diesen Elektroden durch ein koaxiales Verlängerungskabel 10 verbunden.

Die dielektrische Isolierung 6 besteht in der gezeigten Ausführung aus einem komprimierten Metalloxidpulver, beispielsweise aus Magnesiumoxidpulver. Die dielektrische Isolation wird durch ein Abschlußende 20 der Kollektorelektrode 4 und eine elektrisch isolierende, aus Epoxidharz be-

stehende Abdichtung 22 am Ende des Kabels 10 gebildet.

Das dynamische Ansprechverhalten eines solchen Detektors hängt von folgenden Gegebenheiten ab:

(i) dem bedeckten, d.h. mit einem Emitterband versehenen Anteil der Oberfläche des Emitterkerndrahtes 1, und zwar wird das Ansprechverhalten umso langsamer, je höher der überdeckte Anteil ist,

(ii) dem Emitterdurchmesser, und zwar wird das Ansprechverhalten umso langsamer, je kleiner der Emitterdurchmesser ist,

(iii) und der Atomzahl des in den Bändern 12 bis 15 enthaltenen Metalls, und zwar wird das Ansprechverhalten umso schneller, je niedriger die Atomzahl ist.

Bei einem bestimmten Emitterdurchmesser, einem bestimmten Material des Kerndrahtes 1 und einem bestimmten Material der Bänder 12 bis 15 besteht allgemein ein optimaler Wert für den Anteil des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes 1, der mit Bändern bedeckt wird, um das dynamische Verhalten des Detektors am besten der verzögerten Leistung im Kernbrennstoff anzupassen. Dieser Anteil kann einfach dadurch bestimmt werden, daß experimentell das dynamische Ansprechverhalten eines Detektors gemessen wird, dessen Kerndraht keine Emitteraußenschicht 2 besitzt, und das dynamische Ansprechverhalten eines Detektors gemessen wird, dessen Emitterkerndraht 1 vollständig mit einer Emitteraußenschicht 2 überdeckt ist. Wenn beispielsweise F₁ der Promptanteil bei dem Detektor ohne Emitteraußenschicht 2 und F„ der Promptanteil bei dem Detektor mit vollständig überdecktem Emitterkerndraht 1 ist und F_f , der prompte Anteil der Kernbrennstoff leistung ist, dann besitzt ein Detektor, bei dem die

Emitteraußenschicht 2 einen Anteil X der Außenfläche des Emitterkerndrahtes 1 überdeckt, einen Promptanteil des Ansprechverhaltens, der gleich dem Promptanteil der Brennstoffleistung ist, wenn

F - F

F-F
*1 2

Experimentelle Untersuchen haben gezeigt, daß bei einem Detektor mit einem Durchmesser von 3,0 mm und einem Emittergesamtdurchmesser von ca. 1,5 mm, bei dem der Kollektor aus Nickel und ebenso der Emitterkerndraht T aus Nickel besteht und die Emitteraußenschicht 2 aus Platin ist, sich folgende Werte ergeben: F = ca. 1,02 und F_? = ca. O,9O. Um so einen Promptanteil von 0,93 zu erhalten, also den Promptleistungsanteil im Brennstoff bei einem deuteriummoderierten Natururankernreaktor des CANDU-Typs/ wird ein Detektor mit einem Kerndraht 1 aus Nickel verwendet, bei dem ca. 75 % der Außenfläche mit einer Emitteraußenschicht aus Platin überdeckt sind. Zur Verwendung bei einem Reaktorsicherheitssystem ist es erwünscht, wenn das Detektoransprechverhalten ein klein wenig schneller als das der Leistung im Brennstoff ist, so daß vorzugsweise ein etwas kleinerer Anteil des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes 1 zu überdecken ist.

Das dynamische Ansprechverhalten eines Detektors mit einer bestimmten Emitterart hängt gleichzeitig auch von dem Material ab, das für den Kollektor 4 verwendet wird. So hat es sich beispielsweise gezeigt, daß ein Ersetzen des Nickelkollektors 4 des beschriebenen Detektors durch einen aus Zircaloy bestehenden Kollektor 4 sich die Werte für unbedeckten und vollständig bedeckten Kerndraht 1 auf folgende · Weise ändern: F₁ = ca. 1,04 und F_ = ca. O,80, so daß,

um einen Promptanteil von 0,93 bei einem mit Zircaloy abgeschirmten Detektor zu erreichen, vorzugsweise nur ca. 46 % der Außenfläche des aus Nickel bestehenden Emitterkerndrahtes 1 mit einer aus Platin bestehenden Emitteraußenschicht 2 versehen wird, wobei ein Gesamteitiitterdurchmesser von 1,5 mm angenommen wird.

Beim praktischen Einsatz kann die Anpassung des Promptanteils des Detektoransprechverhaltens an den Promptanteil der Brennstoffleistung bei Verwendung eines einzigen Materials für die Emitteraußenschicht 2 nicht immer eine perfekte Berücksichtigung aller verzögerter Komponenten ergeben, da es nicht allgemein möglich ist, einen Detektor herzustellen, der keinen Beitrag von (n, ß)-Wechselwirkungen besitzt. Beispielsweise sind bei Benutzung der genannten Emittermaterialien Nickel und Platin kleine Anteile von verzögerten Strömen dem

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ß-Zerfall von Pt mit einer Halbwertzeit von 30,8 min

zuzuschreiben und dem ß-Zerfall VOn⁶⁵Ni mit einer Halbwertzeit von 2,57 h zuzuschreiben.. Trotzdem wird eine enge Gesamtanpassung des dynamischen Ansprechverhaltens des Detektors an das Zeitverhalten der Brennstoffleistung möglich sein.

Es ist aus der bereits erwähnten CA-PS 1 085 066 bekannt, daß die Empfindlichkeit für Gammastrahlen eines Emitters aus einem Kern mit einer Deckschicht bei einer Deckschichtstärke von ca. 0,02 mm gesättigt ist. Durch Verwendung von einem oder mehreren Bändern 12 bis 15 kann das Band oder können die Bänder mindestens mit einer Stärke von 0,02 mm gefertigt werden, so daß die Detektorempfindlichkeit nicht durch die Herstelltoleranzen, d.h. die unterschiedliche Stärke der Bänder 12 bis 15 beeinflußt wird. Ferner kann durch Veränderung des Gesamtanteils des überdeckten Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes 1 durch die Bänder

12 bis 15 ein bestimmtes dynamisches Ansprechverhalten bei einem Detektor mit einem bestimmten Gesamtdurchmesser und einem Emitterkerndraht 1 und Bändern 12 bis 15 aus bestimmten Metallen erreicht werden. So kann bei einem Detektor mit einem bestimmten Gesamtdurchmesser und bestimmten Metallen, die für den Emitterkerndraht 1 und den Bändern 12 bis 15 verwendet werden, der Gesamtprozentanteil des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes 1 , der überdeckt wird, so ausgewählt werden, daß ein praktisch einsetzbarer Gesamtdurchmesser des Emitters ein erwünschtes dynamisches Ansprechverhalten ergibt. Da die Gesamtempfindlichkeit des Detektors mit kleiner werdendem Gesamt-Emitterdurchmesser abnimmt, ist dadurch eine praktische untere Grenze für den einsetzbaren Gesamtemitterdurchmesser festgesetzt, der in der Größenordnung von 0,4 mm liegt.

Wie bereits erklärt, ist der Prozentanteil des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahts 1, der durch die Bänder 12 bis 15 überdeckt ist, der wichtigste Faktor, der das dynamische Ansprechverhalten bei einmal festgesetzten Metallen für den Emitterkerndraht 1 und die Bänder 12 bis 15 beeinflußt. Jedoch ergibt die Lage des Bandes oder der Bänder, falls nur eines oder nur zwei Bänder den Emitterkerndraht überdecken, einen Effekt zweiter Ordnung. Um deshalb diesen Effekt zweiter Ordnung möglichst gering zu halten wird bevorzugt der Bnitterkerndraht 1 mit einer relativ großen Anzahl von Bändern, vorzugsweise fünf bis zehn Bändern mit gleicher Breite überdeckt, die in Längsrichtung des Emitterkerndrahtes in gleichen Abständen angeordnet werden, um den gewünschten Überdeckungs-Flächenanteil zu erzielen.

Dazu wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der zunächst ein Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektor gezeigt ist, bei

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dem etwas unterschiedliche Bänder 16, 17, 18 und 19 zum Aufbau der Emitterdeckschicht 2 ausgebildet sind. Ansonsten sind für die den Darstellungen in Fig. 1 entsprechenden Einzelheiten die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, beispielsweise enthält der in Fig. 2-dargestellte Detektor einen Emitterkerndraht 1 mit Emitterdeckschicht 2, die durch eine Mineral-Isolierung 6 gegen eine umschließende Kollektorwand 4 isoliert sind etc.. Es ist nun möglich, die Anpassung durch Benutzung einer ersten Reihe von Bändern, die hier als Bänder 16 und 17 dargestellt sind, und einer zweiten Reihe von Bändern 18 und 19 zu erreichen, wobei bei einem bestimmten Material des Emitterkerndrahtes 1 die Bänder 16 und 17 aus anderem Material bestehen als die Bänder 18 und 19. So ist beispielsweise eine Kombination von Bändern 16 und 17 aus Pt mit Bändern 18 und 19 aus Mo an einem Emitterkerndraht 1 aus Ni möglich. Der Promptanteil des Ansprechverhaltens ergibt sich dann durch:

Pt Mo ^FCom. ^{= F}Ni⁽¹ ~ ^XPt " V ^{+ X}Pt^FNi ^{+ X}Mo^FNi'

wobei F_c der Promptanteil des Gesamtdetektors,

F . der Promptanteil bei einem Detektor mit bloßem Ni-Emitterkerndraht 1, d.h. ohne Bänder 16 bis 19,

Pt

F^. der Promptanteil eines Detektors mit einem vollständig mit einer Schicht aus Pt bedeckten Ni-Emitterkerndraht 1,

F . der Promptanteil eines Detektors mit einem vollständig mit einer Schicht aus Mo bedeckten Ni-Emitterkerndraht 1 ,

X der mit den Bändern 16 und 17 aus Pt überdeckte Oberfläehenanteil des Ni-Emitterkerndrahtes 1 und

X der mit Bändern 18 und 19 aus Mo überdeckte Flächenanteil des Ni-Emitterkerndrahtes 1 ist.

In gleicher Weise sind die verzögernden Komponenten eine lineare Kombination der verzögerten Ansprechwerte, die mit drei typischen Emitterdeckschxchten erzielt werden. Das optimale Ansprechverhalten wird normalerweise durch durchgeführte Messungen und anschließende Berechnungen erzielt (trial and error calculation) durch Vergleich des dynamischen Ansprechverhaltens, das sich bei einer festgesetzten Reihe von Werten für X und X ergibt, mit dem dynamischen Verhalten der Brennstoffleistung.

Es wird dabei besonders darauf hingewiesen, daß die Bänder 16 und 17 nicht notwendigerweise die gleiche Stärke wie die Bänder 18 und 19 besitzen müssen, und ebenfalls kann die Breite der Bänder 16 und 17 sich von der der Bänder 18 und 19 unterscheiden.

Es gibt eine ganze Anzahl von Verfahren zur Herstellung des Emitterkerndrahts der erfindungsgemäßen Art mit einem Band oder Bändern,und das benutzte Verfahren wird in erster Linie durch die für den Emitterkerndraht und das Band oder die Bänder verwendeten Metalle bestimmt.

Falls der Emitterkerndraht aus einem Metall besteht, das sehr duktil ist, wie beispielsweise Reinnickel, und das Metall für. das Band oder die Bänder sich gegenüber dem Emitterkerndraht-Metall als relativ hart erweist, dann kann ein oder können mehrere Rohrlängen aus dem Bandmaterial oder den Bandmaterialien über einem Emitterkorndraht mit Übergröße gesetzt werden, und die ganze Anordnung wird dann durch einen Ziehstein gezogen, um das Band oder die Bänder in die Oberfläche des Emitterkerndrahts hineinzuziehen, wobei gleichzeitig der Durchmesser des Emitterkerndrahtes

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auf die erwünschte Größe verringert wird.

Wenn es sich dagegen bei dem Material des Emitterkerndrahtes um ein relativ hartes Material im Vergleich zu dem Material des Bandes oder der Bänder handelt^ dann kann so vorgegangen werden, daß zunächst für jedes Band eine Schicht aus dem jeweiligen Metall in Form eines Drahtes, eines Streifens oder eines Bandes an einem sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt des Emitterkerndrahtes durch Umschlagen aufgebracht wird, und daß dann das jeweilige Metallband auf die Oberfläche des Emitterkerndrahtes hin abgeflacht wird. In diesem Fall können das Band oder die Bänder mindestens teilweise von der Emitterkerndrahtoberfläche vorstehen.

Ein drittes Verfahren zur Herstellung des mit einem Band oder mit Bändern bedeckten Emitterkerndrahtes besteht darin, daß für jedes Band eine geschlossene oder offene Wendel aus dünner Metallfolie oder dünnem Metalldraht um den Emitterkerndraht gewickelt wird und daß die Enden der Wendel beispielsweise durch Schweißen, Hämmern, Drücken oder ähnliches an dem Kerndraht befestigt werden, und daß man sich dann darauf verläßt, daß der Kollektor und die dielektrische Isolierung so andrücken, daß das Band oder die Bänder in ihrer Lage gehalten werden.

Bei Kernreaktoren entsteht die Leistung des Kernbrennstoffes mit einem Promptanteil von allgemein 93 %, und so sollte der Detektor vorzugsweise 93 bis 95 % Prompt-Ansprechverhalten zeigen, da es wünschenswert ist, einen Detektor zu verwenden, der ein etwas schnellers Ansprechverhalten als der Kernbrennstoff zeigt.

Es ergibt sich aus dieser Beschreibung der Erfindung, daß das gleiche allgemeine Verfahren verwendet werden kann, um anderen dynamische Ansprechvehaltenseigenschaften eines ohne Hilfsenergie betreibbaren Neutronen- und Gammastrahlen detektors zu erzielen, um beispielsweise das verzögerte Ansprechverhalten infolge der Reaktor-Gammastrahlung auszugleichen und so im wesentlichen eine Anpassung an das Ansprechen des Neutronenflusses zu erzielen.

Claims

Patentansprüche:

Ohne Hilfsenergie betreibbarer Neutronen- und Gammastrahlen-Flußdetektor mit

a) einem Emitterkerndraht,

b) einer den Emitterkerndraht umgebenden Emitteraußenschicht aus einem anderen Metall als der Kerndraht,

c) einem den Emitterkerndraht und die Emitteraußenschicht umgebenden Metallkollektor, und

d) einer den Emitterkerndraht und die Emitteraußenschicht gegenüber dem Metallkollektor elektrisch isolierenden

dielektrischen Isolationsschicht, dadurch gekennzeichnet,

e) daß der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes (1) und der Emitteraußenschicht (2) mindestens in der Größenordnung O,4 mm beträgt,

f) daß die Emitteraußenschicht (2) nur größenordnungsmäßig 10 % bis größenordnungsmäßig 90 % des Oberflächenbereiches des Emitterkerndrahtes (1) überdeckt und

mindestens ein den Emitterkerndraht (1) umgebendes Band (12, 13, 14; 16, 17, 18, 19) mit einer Stärke im Bereich von größenordnungsmäßig 0,02 mm bis größenordnungsmäßig 0,07 mm umfaßt und

g) daß das Metall für den Emitterkerndraht (1), das Metall für die Emitteraußenschicht (2), das Metall für den Metallkollektor (4) , der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes (1) und der Emitteraußenschicht (2) sowie der durch die Emitteraußenschicht (2) überdeckte Oberflächenanteil des Emitterkerndrahtes (1) so ausgewählt sind, daß der Detektor einen Promptanteil seines Ansprechverhaltens im Bereich von größenordnungsmäßig 90 % bis größenordnungsmäßig 96 % und ein dynamisches Ansprechverhalten besitzt, das im wesentlichen dem dynamischen Ansprechverhalten der Leistung des Kernbrennstoffes in dem Kernreaktor, für den der Detektor bestimmt ist, entspricht.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Emitterkerndraht (1) aus einem Material besteht, das aus der aus Nickel, Eisen, Titan, Chrom, Kobalt und mindestens eines dieser Metalle als Grundmaterial enthaltenden Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und

b) daß die Emitteraußenschicht (2) aus einem Material besteht, welches aus der aus Platin, Palladium, Tantal, Osmium, Molybdän, Zer, Zinn, Ruthenium, Niob, Zirkon und Legierungen mit mindestens einem dieser Metalle als Grundmaterial bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitteraußenschicht (2) in der Größenordnung 5 bis 10 Bänder (12, 13, 14, 15) gleicher Breite umfaßt, die mit gleichem Abstand in Längsrichtung des aus Metall bestehenden Emitterkerndrahtes (1) angeordnet sind.
4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitteraußenschicht (2) größenordnungsmäßig 40 bis 60 % der Gesamtaußenfläche des Emitterkerndrahtes (1) überdeckt.
5. Detektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennz eichnet, daß das Material des Emitterkerndrahtes (1) eine auf Nickelgrundlage gebildete Legierung mit den Nennanteilen 76 % Ni, 15;8 % Cr und 7,20 % Fe ist und daß die Emitteraußenschicht (2) aus Pt besteht.
6. Detektor nach Anspruch 5 zur Verwendung als Brennstoffleistungs-Detektor in einem schwerwasser-moderierten Natururanreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkerndraht (1) aus einer auf Nickelgrundlage aufgebauten Legierung mit den Nenn-Gewichtsanteilen 76 % Ni, 15,8 % Cr und 7,2O % Fe besteht, daß die Emitteraußenschicht (2) aus Pt besteht und daß der Gesamtdurchmesser des Emitterkerndrahtes (1) und der -außenschicht (2) weniger als größenordnungsmäßig 2 mm beträgt.
7. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkerndraht aus im wesentlichen reinem Nickel und die Emitteraußenschicht (2) aus Platin besteht.
8. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Emitterkerndraht (1) aus einem Material besteht, welches aus der aus Nickel, Eisen, Titan, Chrom, Kobalt und auf Grundlage mindestens einer dieser Metalle bestehenden Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und

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b) daß die Emitteraußenschicht (2) mindestens zwei Bänder (16, 17; 18, 19) aus unterschiedlichen Materialien enthält, die aus der aus Platin, Palladium, Tantal, Osmium, Molybdän, Zer, Zinn, Ruthenium, Niob, Zirkon und auf Grundlage eines dieser Metalle bestehenden Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt sind.