DE3402150C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionisationskammer zur Leistungsmessung in einem Kernreaktor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Ionisationskammer ist aus der DE-OS 30 11 960 bekannt und wird dort als Teilchennachweisgerät bezeichnet. Dieses bekannte Meßgerät dient zur Neutronenmessung bei sehr hohen Temperaturen, beispielswei­ se oberhalb von 600°C, und weist zu diesem Zweck einen Körper aus einem keramischen Material auf, in dem zwei rohrförmige, konzentrische Elektroden abgedichtet eingebettet sind, welche eine mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllte, ringförmige Kammer begrenzen, wobei von den Elektroden, wie üblich, elek­ trische Verbindungsdrähte nach außen führen. Der Keramikkörper besteht insbesondere aus gesintertem Aluminiumoxid, das Grund­ material der Elektroden besteht vorzugsweise aus Platin, wovon mindestens eine an ihrer der anderen Elektrode gegenüberliegen­ den Oberfläche mit einer regelmäßigen gleichförmigen Schicht aus einem spaltbaren Material bedeckt ist. Als ein solches spaltba­ res Material kommt zum Beispiel 235 U, 238 Pu, Np oder derglei­ chen in Betracht. Die Spaltprodukte der Spaltstoffe, welche bei Neutronenbeschuß frei werden, ionisieren die unter Druck stehen­ de Gasfüllung, z. B. Argon, Krypton, Stickstoff, Methan oder der­ gleichen, relativ stark, so daß die dadurch ausgelösten Impulse von den demgegenüber kleineren, aber häufigen Impulsen des Gam­ mauntergrundes unterschieden werden können.

Aus der DE-PS 11 95 415 ist eine andere Ionisa­ tionskammer bekannt, welche gleichfalls zwei durch einen dazwischenliegenden Gasraum getrennte, einander gegenüberliegende Elektroden aufweist, wobei das Grundmaterial der Elektroden aus Platin bestehen kann (eine Wandstärke ist nicht angegeben) und mit einer Beschichtung aus spaltbarem Mate­ rial der Isotope oder der Isotopenmischungen aus 233 U, 235 U, 238 U, 232 Th usw. versehen ist. Ferner ist wieder eine Gas­ füllung vorgesehen, in diesem Falle reines Argon, das unter ei­ nem Druck von ca. 15 bar steht. Auch hier ist Platin als Elek­ trodenträgermaterial, nicht als Elektroden-Beschichtung, verwen­ det. Als weitere Elektrodenträgermaterialien sind Stahl oder Nic­ kel angegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einer Ionisationskammer der eingangs genannten Art die Leistung des Kernreaktors statt durch Messung des Neutronen­ flusses durch Messung des Gammaflusses möglichst genau zu erfas­ sen. Dies soll insbesondere bei einem Siedewasserreaktor bei ebenso kleinen Abmessungen der Ionisationskammer wie bei den Miniatur-Ionisationskammern und mit der Möglichkeit, diese Ioni­ sationskammer auch als sogenannte Fahrkammer verwenden zu kön­ nen, gewährleistet sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Ionisa­ tionskammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vor­ teilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem in Folgendem zu sehen: Man kann nun, wie gefunden wurde, die Leistungsmessung in einem Kernreaktor ausschließlich auf die vorhandene Gamma-Strahlung stützen. Die nach der Erfindung vorgesehene Beschichtung steigert wegen der hohen Kernladungs­ zahl Z des Beschichtungsmaterials die für die Messung verwende­ te Ionisierung durch Photoeffekt, Comptoneffekt und Paarbildung, hat aber gleichzeitig einen genügend kleinen Neutronenwirkungs­ querschnitt, so daß der Neutronenfluß als "Störgröße" nicht ins Gewicht fällt. Außerdem führen dabei vorkommende (n, γ)-Prozes­ se auf stabile Isotope. Die erfindungsgemäße Beschichtung ge­ nügt hohen mechanischen Anforderungen auch unter Reaktorbetriebs­ bedingungen, weil ein hoher Schmelzpunkt gegeben ist und das Material als Schicht leicht aufbringbar und festhaftend ist.

Mit der im Anspruch 2 angegebenen Schichtdicke der Platinbe­ schichtung läßt sich die Empfindlichkeit noch weiter steigern, wobei ein bevorzugter Wert bei 0,05 mm Schichtdicke liegt. Dies führt zusammen mit dem in Anspruch 1 angegebenen Trägermaterial in Form von Nickel oder Titan dazu, daß die im Beschichtungsmaterial freigesetzten Elektronen in der Platin­ schicht selbst so weit abgebremst werden, daß sie in dem rela­ tiv engen Spalt zwischen den Elektroden auf besonders günstige Weise ionisierend wirken, denn bei relativ kleinen Energien nach dem Austritt (ungefähr gleich 20 keV) ist das Ionisations­ vermögen am größten.

Bevorzugt wird man wegen der noch höheren Empfindlichkeit beide Elektroden mit einer Platin-Beschichtung versehen. Bei der üb­ lichen Anordnung konzentrischer Elektroden ist damit der Raum des ionisierenden Gases mit der Platin-Beschichtung praktisch umschlossen.

Durch die Zeitschrift "Kerntechnik", 7. Jg., 1965, H. 10, Sei­ ten 445 bis 449, insbesondere Seite 446, ist es bekannt, der richtigen Wahl der Kammer- und Elektrodenmaterialien bei Gamma­ kammern eine entscheidende Bedeutung beizumessen, wobei zweck­ mäßig Materialien hoher Ordnungszahl für die Gammakammern ver­ wendet werden, da der Absorptionskoeffizient beim Photoeffekt der 5. Potenz der Ordnungszahl proportional ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung als Ausführungsbeispiel ei­ ne Miniatur-Ionisationskammer beschrieben, die in der Figur in einem Längsschnitt dargestellt ist.

Die Ionisationskammer besitzt eine Außenelektrode 1 aus Nickel­ blech mit 0,1 mm Dicke, das ein zylindrisches Gehäuse von 6 mm Durchmesser mit einem die Ionisationskammer am freien Ende abschließenden Boden 2 bildet. Die gegenüberliegen­ de Seite ist mit einem Konus 3 auf den Außendurchmesser eines Koaxialkabels 4 verjüngt, das zum Anschluß der Ionisationskam­ mer dient.

Konzentrisch zur Außenelektrode 1 sitzt eine zylindrische Innen­ elektrode 6 aus Nickelblech von 0,08 mm Dicke. Sie ist gegen­ über der Außenelektrode 1 durch einen mit Stufen ausgebildeten keramischen Führungskörper 7 abgestützt. In diesem ist mit einer Nut ein Ausgleichskanal 8 geschaffen. Er verbindet den Innenraum 9 der Elektrode 6 mit dem Gasraum 10 zwischen den Elektroden 1, 6, der als wirksames Volumen dient. Innenraum 9 und Gasraum 10 enthalten Argon, das unter einem Druck von 20 bar steht.

Der an die Platinschicht angrenzende Gasraum 10 enthält vorzugs­ weise Argon mit erhöhtem Druck. Mit Argon, das einen Druck von mehr als 2 bar, insbesondere 20 bar in dem nur 0,2 mm dicken Spalt zwischen den Elektroden 1, 6 aufweist, läßt sich eine aus­ gezeichnete Umsetzung der durch die Gamma-Strahlung ausgelösten Elektronen in das elektrische Meßsignal erreichen, wobei gleich­ zeitig der Neutronenfluß-Untergrund praktisch nicht zum Meßsi­ gnal beiträgt.

In die Elektrode 6 ist ein rotationssymmetrischer An­ schlußkörper 12 eingesetzt. Seine Außenseite ist mit der Innenseite der Elektrode 6 gasdicht verbunden. In einem zentralen Stutzen 13 ist der Mittelleiter 14 des Koaxialkabels 4 mit einer Schweißverbindung 15 gasdicht angeschlossen.

Der Anschlußkörper 12 wird zusammen mit der Innenelektro­ de 6 durch einen dem Kabel 4 zugekehrten Keramikkörper 17 gehalten, der die Ionisationskammer am kabelseitigen Ende abschließt. Der Keramikkörper sitzt auf dem Außen­ leiter 18 des Koaxialkabels 4, auf dem der Konus 3 mit einem zylindrischen Fortsatz 19 befestigt ist.

Die Elektroden 1 und 6 sind im Bereich des Gasraumes 10, der einen Spalt von 0,2 mm Dicke aufweist, mit Platinschichten 20 und 21 versehen, die eine Schicht­ dicke von 0,05 mm aufweisen. Sie ergeben eine um den Fak­ tor 3 bis 4 gesteigerte Gamma-Empfindlichkeit gegenüber Ionisationskammern ohne die Beschich­ tung. Dabei ist die Erhöhung im Bereich von Gamma-Strah­ lung kleiner Energie, d. h. unterhalb von 1 MeV, am deutlichsten, wo der Photoeffekt vorherrscht. Gerade dieser Bereich ist für die Leistungsmessung in einem Kernreaktor, insbesondere für die Feststellung der Leistungsverteilung in modernen Siedewasserreaktoren, wichtig.

Claims (2)

1. Ionisationskammer zur Leistungsmessung in einem Kern­ reaktor mit zwei durch einen dazwischen liegenden Gasraum getrennten Elektroden, die Platin umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gamma-Strahlungsmessung das Platin als Schicht (20, 21) mit einer Dicke von 0,02 bis 0,1 mm auf wenigstens eine der beiden aus Nickel oder Titan als Trägermaterial be­ stehenden Elektroden (1, 6) aufgebracht ist.

2. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinschicht (20, 21) eine Dicke von 0,03 bis 0,06 mm hat.