DE69121974T2

DE69121974T2 - Vorrichtung zur Messung des Neutronenflusses

Info

Publication number: DE69121974T2
Application number: DE69121974T
Authority: DE
Inventors: Eugene Bacconnet; Gerard Dauphin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-06-04
Also published as: JPH04289484A; DE69121974D1; FR2662816A1; CA2043714A1; EP0461015B1; FR2662816B1; EP0461015A1; CA2043714C; US5098639A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Neutronenflusses.
Die Erfindung ermöglicht, Neutronenflüssen von 1 bis 10¹² Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu messen (12 Dekaden).
Sie wird vor allem angewandt zur Kontrolle und Steuerung eines Atomreaktors sowie zur Herstellung von Sicherheitsketten, die dazu bestimmt sind, bei diesem letzteren im Störungsfall benutzt zu werden.
Es sei daran erinnert, daß eine Fissionskammer ein Neutronendetektor ist, der eine Ionisationskammer umfaßt und bei dem man die Fissionsemissionen eines spaltbaren Materials nutzt, z.B. Uran 235, das durch langsame Neutronen bestrahlt wird.
Jedes der Spaltfragmente dieses Materials besitzt eine große Energie (65 MeV und 102 MeV für die Spaltfragmente eines Uran 235-Atoms) und verliert diese Energie durch das Ionisieren des Gases der Ionisationskammer.
Die so durch die Spaltungsfragmente erzeugten elektrischen Ladungen werden gesammelt dank eines elektrischen Feldes zwischen Elektroden, mit denen die Kammer versehen ist, wobei jede Spaltung der Ursprung eines elektrischen Stromimpulses ist.
Man kann diesen Stromimpuls mit geeigneten elektrischen Einrichtungen in einen Spannungsimpuls umwandeln.
Man kann durch Summierung einer großen Anzahl von Impulsen auch einen mittleren Gleichstrom herstellen und messen.
Eine bekannte Fissionskammer umfaßt:
- einen Behälter, der zylindrisch sein kann und der mit einem geeigneten Gas gefüllt ist, und
- zwei Elektroden, angeordnet in dem Behälter, die elektrisch voneinander isoliert sind und die voneinander getrennt sind durch einen Abstand, der im allgemeinen der freien mittleren Reichweite der Spaltungsfragmente in dem betreffenden Gas entspricht.
Die beiden Elektroden sind entweder zylindrisch und koaxial oder flach (es sind dann Platten).
Die sich gegenüberstehenden Flächen der beiden Elektroden sind überzogen mit einer Abscheidung aus spaltbarem Material von geringer Dicke, um den Spaltfragmenten zu ermöglichen, diese Abscheidung zu verlassen.
Im allgemeinen verwendet man eine Uran 235-Abscheidung mit einer flächenbezogenen Masse kleiner oder gleich 2mg.cm&supmin;².
Die Kontrolle und die Steuerung eines Druckwasser-Atomreaktors erfordert die Messung von Neutronenflüssen in einem Bereich von 1 bis 10¹¹ Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹, also 11 Dekaden.
Man kann einen solchen Meßbereich abdecken, indem man drei verschiedene Meßketten benutzt, die jeweils drei unterschiedliche Detektoren umfassen:
- eine Quellenkette, ausgerüstet mit Proportionalzählern, mit Impulsen arbeitend,
- eine sogenannte "Zwischenkette", ausgerüstet mit Bor-Ionisationskammern, gegenüber Gammastrahlung kompensiert, und
- eine Leistungskette, ausgerüstet mit nicht-kompensierten Bor- Ionisationskammern.
Man hat schon in Betracht gezogen, einen großen Meßbereich mit einem einzigen Detektor abzudecken, nämlich der weiter oben beschriebenen Fissionskammer, die nach drei verschiedenen Signalanalyse-Betriebsarten arbeitet, nämlich der "Impuls"- Betriebsart, der "Fluktuations"-Betriebsart und der "Strom"- Betriebsart.
Was die Impulsbetriebsart betrifft, so erzeugt jede Spaltung im Innern der Fissionskammer einen elektrischen Impuls.
Die Gesamtheit der Impulse wird durch sogenannte elektronische "Impuls"-Einrichtungen gezählt und analysiert, die einen Verstärker, einen Amplitudendiskriminator und einen Integrator umfassen.
Der Meßbereich für diese Betriebsart beträgt 1 bis 10&sup6; Impulse pro Sekunde.
Was die Fluktuationsbetriebsart betrifft, so induzieren diese Spaltungen, wenn ihre Anzahl pro Sekunde im Innern der Fissionskammer ausreichend groß ist (mehr als 10&sup4; Spaltungen pro Sekunde) einen mittleren Strom.
Die Fluktuationsanalyse dieses Stroms und, genauer, die spektrale Leistungsdichte in einem bestimmten Band des Spektrums der Frequenzen ist abhängig von der Anzahl der Impulse, die den Strom erzeugen; von daher die Möglichkeit, einen Neutronenfluß zu messen in einem Bereich, der dem Intervall zwischen 10&sup4; und 10&sup9; Impulsen pro Sekunde entspricht.
Was die Strom-Betriebsart betrifft, so mißt man den von der Kammer ausgehenden mittleren Strom, wenn dieser Strom einen akzeptablen Wert erreicht und die Störströme, zurückzuführen auf die Alpha-Strahlung des Urans der Kammer und auf die Gamma- Strahlung der Umgebung, vernachlässigbar sind gegenüber dem Strom, der durch die Spaltungen und folglich die Neutronen hervorgerufen wird.
Man ist somit imstande, einen Neutronenfluß von 10&sup8; bis 10¹² Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu messen.
Jedoch ist der mit einer klassischen, nach den drei vorerwähnten Betriebsarten arbeitenden Fissionskammer zu erreichende globale Meßbereich (9 bis 10 Dekaden) etwas zu sehr begrenzt, um die Kontrolle und die Steuerung eines Atomreaktors unter guten Bedingungen zu ermöglichen.
Wenn man die Ansprechbarkeit auf schwache Neutronenflüsse begünstigt, so geschieht dies zum Nachteil der Linearität bei den starken Neutronenflüssen
Die bekannten Lösungen zum Abdecken eines großen Meßbereichs sind folglich:
- die weiter oben beschriebene Lösung, darin bestehend, drei Meßketten, jeweils drei unterschiedlichen Detektoren zugeordnet, zu benutzen, was kompliziert ist, und
- die ebenfalls weiter oben beschriebene Lösung, darin bestehend, eine klassische Fissionskammer zu verwenden, die nach der "Impuls"-Betriebsart, der "Fluktuations"-Betriebsart und der "Strom" -Betriebsart arbeitet.
Diese zweite Lösung führt zu einem etwas kleinen Meßbereich und es ist dann nötig, der nach den drei Betriebsarten arbeitenden Meßkette eine zusätzliche Meßkette hinzuzufügen, entweder auf der Seite der schwachen Neutronenflüsse oder auf der Seite der starken Neutronenflüsse, was ebenfalls zu einer komplizierten Lösung führt.
Eine Variante der zweiten Lösung besteht darin, eine klassische Fissionskammer zu benutzen, die gegenüber Alpha- und Gammastrahlungen kompensiert ist, wie beschrieben in dem Dokument FR-A-2357915.
Dies ermöglicht, die Benutzung der Fluktuationsbetriebsart zu vermeiden, ermöglicht aber nicht den globalen Meßbereich einer klassischen Fissionskammer zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung hat eine Beseitigung der vorhergehenden Nachteile zum Gegenstand, indem sie eine Neutronenfluß- Meßvorrichtung vorschlägt, die einen Meßbereich über 12 Dekaden ermöglicht (von 1 bis 10¹² Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹) und dabei nur einen einzigen Detektor verwendet (nämlich die bei der Erfindung benutzte Fissionskammer).
Durch US-A-4682036 kennt man eine Bor-Ionisationskammer, kompensiert gegenüber Gammastrahlung. Diese Kammer umfaßt einen im wesentlichen auf Neutronen ansprechenden Teil, der eine Elektrode umfaßt, die mit einem neutronen-sensiblen Material überzogen ist, und einen anderen Teil, der auf Gammastrahlen anspricht und dessen Empfindlichkeit für Neutronen gering ist, verglichen mit dem vorhergehenden Teil. Die Kammer umfaßt ebenfalls eine Einrichtung, welche die den gammastrahlen-sensiblen Teil betreffenden Ionisationsströme subtrahiert von den Ionisationströmen, die den neutronen-sensiblen Teil betreffen.
Genaugenommen hat die vorliegende Erfindung eine Neutronenfluß-Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1 zum Gegenstand.
Die vorliegende Erfindung hat auch eine Neutronenfluß-Meßvorrichtung gemäß Anspruch 2 zum Gegenstand.
Als spaltbares Material kann man angereichertes Uran, beispielsweise mit einem Uran 235-Anteil von 93% verwenden.
Damit die Ladungssammelzeit möglichst kurz ist, wenn die in der Erfindung benutzte Kammer auf Impulse anspricht, verwendet man vorzugsweise ein gasförmiges Milieu, gebildet durch ein Gasgemisch, z.B. Argon mit 4% Stickstoff.
Man stellt fest, daß die in der Erfindung benutzte Fissionskammer zwei Gruppen von Elektroden umfaßt, wobei jede Elektrodengruppe einem Ausgang von verwertbaren elektrischen Signalen entspricht.
Bei der vorliegenden Erfindung, um Neutronenflußmessungen in einem Atomreaktor durchzuführen, genügt es folglich, zwei elektrische Verbindungen durch eine dichte Wand herzustellen, zwischen der Fissionskammer, untergebracht in der Nähe des Reaktorkerns, und den elektronischen Signalverarbeitungseinrichtungen, angeordnet außerhalb des Reaktor-Containments.
Die flächenbezogene Masse der ersten Abscheidung aus spaltbarem Material kann enthalten sein zwischen 1 und 2 mg.cm&supmin;².
Die flächenbezogene Masse der zweiten Abscheidung aus spaltbarem Material kann zwischen 0,01 und 1 mg.cm&supmin;² enthalten sein, ist aber vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 mg.cm&supmin;² enthalten.
Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung umfaßt jede Elektrodengruppe zwei Elektroden, von denen eine an Masse liegt und beiden Gruppen gemeinsam ist.
Nach einer anderen besonderen Ausführungart der Erfindung umfaßt die erste Elektrodengruppe wenigstens drei parallelgeschaltete Elektroden, damit diese erste Elektrodengruppe, die für einen Impuls- und Fluktuations- oder eventuell Strombetrieb bestimmt ist, eine große Empfindlichkeit für thermische Neutronen aufweist.
Die zweite Elektrodengruppe kann wenigstens zwei parallelgeschaltete Elektroden umfassen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, um eine einfache und leicht anwendbare Technik zu benutzen, sind die Elektroden der ersten und zweiten Gruppe zylindrisch und koaxial.
Vorzugsweise werden die Elektroden der ersten und zweiten Gruppe an jedem Ende festgehalten durch elektrisch isolierende Träger.
Dies ermöglicht, die Festigkeit der Ionisationskammer zu verstärken, so daß sie vor allem weiterarbeiten kann nach einem Unfall des Reaktors, in dem sie sich befindet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt die Fissionskammer außerdem zwischen den Elektroden Potentialringe.
Dies ermöglicht eine gute Linearität bei der Strom- Betriebsart, wobei jede Elektrodengruppe imstande ist, nach dieser Betriebsart zu arbeiten.
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgend angeführten, erläuternden und keinesfalls einschränkenden Beispiele, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht einer besonderen Ausführungsart der erfindungsgemäßen Fissionskammer,
- die Figur 2 ist eine schematische und partielle Schnittansicht einer anderen besonderen Ausführungsart dieser Kammer,
- die Figur 3 ist eine schematische Ansicht einer Neutronenfluß- Meßvorrichtung mit der in Figur 1 dargestellten Fissionskammer,
- die Figur 4 zeigt graphisch den Betriebsbereich der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung, um sie mit der einer bekannten Neutronenfluß-Meßvorrichtung zu vergleichen,
- die Figur 5 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Neutronenfluß-Meßvorrichtung, die ebenfalls die in Figur 1 dargestellte Fissionskammer umfaßt, und
- die Figur 6 zeigt graphisch den Betriebsbereich der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung.
Die besondere Ausführungsart der in der Erfindung benutzten Fissionskammer, die in Figur 1 schematisch dargestellt ist, umfaßt einen dichten Behälter 2 mit z.B. der Form eines Zylinders mit der Rotationsachse X, der an seinen beiden Enden verschlossen ist durch elektrisch isolierende Verschlußplatten 4 und 5.
Bei einer praktischeren, nicht dargestellten Ausführungsart sind die Verschlußplatten metallisch und umfassen isolierende Halter für die Elektroden und isolierende abdichtende Durchführungen für die Ausgänge der elektrischen Signale.
Der Behälter 2 ist gefüllt mit einer geeigneten Gasmischung, ionisierbar durch die Spaltungsprodukte, die aus dem Zerfall eines spaltbaren Materials resultieren, das die Kammer enthält und von dem in der Folge die Rede sein wird.
Die Fissionskammer 6, dargestellt in Figur 1, umfaßt ebenfalls, in dem Behälter 2, eine erste Gruppe zylindrischer und koaxialer Elektroden 8 und 10 und eine zweite Gruppe zylindrischer und koaxialer Elektroden 10 und 12, wobei die Elektrode 10 also für beide Gruppen gemeinsam ist.
Die Elektroden 8, 10, 12 sind koaxial und haben die Achse X als gemeinsame Achse.
Die Elektroden der ersten Gruppe befinden sich näher beim Rand des Behälters 2, während die Elektroden der zweiten Gruppe sich näher bei der Achse X des Behälters 2 befinden, wobei die Elektrode 10 zwischen den Elektroden 8 und 12 enthalten ist.
Die Elektrode 8 ist von der Wand des Behälters 2 beabstandet und die Elektroden 8, 10 und 12 sind voneinander beabstandet und elektrisch isoliert.
Die Enden jeder Elektrode 8, 10 und 12 werden jeweils festgehalten durch die Platten 4 und 5.
Die der Elektrode 10 zugewandte Fläche der Elektrode 8 ist überzogen mit einer Abscheidung 14 aus spaltbarem Material mit großer flächenbezogener Masse.
Die der Elektrode 8 zugewandte Fläche der Elektrode 10 kann ebenfalls überzogen sein mit einer Abscheidung, die identisch ist mit der Abscheidung 14.
Bei der Benutzung der Fissionskammer 6 ist eine der Elektroden der ersten Gruppe, z.B. die Elektrode 8, verbunden mit elektronischen Meßeinrichtungen, nicht dargestellt, dieser ersten Gruppe zugeordnet, durch eine abdichtende Durchführung hindurch, vorgesehen in einer der Platten 4 und 5 (z.B. die Platte 4 in Figur 1), und mittels eines angepaßten elektrischen Kabels 16, dessen charakteristische Impedanz 50 Ohm beträgt ünd dessen Verluste gering sind, während die andere Elektrode der ersten Gruppe, in diesem Fall die Elektrode 10, an Masse liegt.
Wenn die Ionisationskammer 6 in einem Neutronenfluß angeordnet wird (z.B. dem Neutronenfluß, der im Innern eines Atomreaktors erzeugt wird), ist die zweite Elektrodengruppe, die näher bei der Achse X ist als die erste Gruppe, einem schwächeren Neutronenfluß als jenem ausgesetzt, dem die Elektroden der ersten Gruppe ausgesetzt sind.
Die der Elektrode 10 zugewandte Fläche der Elektrode 12 ist überzogen von einer Abscheidung 18 aus spaltbarem Material, dessen flächenbezogene Masse kleiner ist als die die erste Elektrodengruppe betreffende Abscheidung 14.
Anders ausgedrückt: bei Verwendung desselben spaltbaren Materials für die beiden Elektrodengruppen ist die Dicke der Abscheidung 18 kleiner als die Dicke der Abscheidung 14.
Außerdem resultiert die Wahl der die zweite Elektrodengruppe betreffenden flächenbezogenen Masse aus einem Kompromiß. Diese flächenbezogene Masse wird gewählt, um:
- das Verhältnis (I Neutronen/I Gammastrahlung) aus dem durch die Neutronen hervorgerufenen elektrischen Strom und dem durch die Gammastrahlung hervorgerufenen elektrischen Strom möglichst groß zu machen, wobei man imstande ist, diese Ströme dank der Elektroden der zweiten Gruppe zu detektieren, z.B. wenn die Fissionskammer 6 in der Nähe des Kern eines Atomreaktors angeordnet ist, und
- die Linearität des durch die Elektroden der zweiten Gruppe gelieferten elektrischen Signals zu optimieren für einen bestimmten Neutronenflußbereich, d.h. für den Fall, wo die Fissionskammer sich in der Nähe des Atomreaktorkerns befindet, bei einem Betrieb des Reaktors mit Nominalleistung.
Die der Elektrode 12 zugewandte Fläche der Elektrode 10 kann ebenfalls mit einer mit der Abscheidung 18 identischen Abscheidung überzogen sein.
Die zweite Elektrodengruppe ist fähig, mit Strom und eventuell mit Impulsen zu funktionieren.
Bei der Benutzung der Fissionskammer 6 ist die Elektrode 12 verbunden mit nicht dargestellten elektronischen Meßeinrichtungen, der zweiten Elektrodengruppe zugeordnet, durch eine in einer der isolierenden Platten 4 und 5 hergestellten abdichtenden Durchführung (Platte 4 in dem Beispiel der Figur 1), und mittels eines elektrischen Kabels 20.
Im Fall eines Funktionierens mit Strom genügt es, wenn das Kabel 20 einen guten Schutz gegen Störungen bietet.
Falls ebenfalls ein Funktionieren mit Impulsen vorgesehen ist, weist das Kabel 20 vorteilhafterweise eine feste charakteristische Impedanz für die übertragung der Impulse auf.
Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend:
- ist der Behälter aus Aluminium oder nichtoxidierbarem Stahl,
- sind die Platten 4 und 5 aus Aluminiumoxid oder aus Metall mit isolierenden Durchführungen und Halterungen aus Aluminiumoxid,
- wird die Gasmischung gebildet durch Argon, dem 4% Stickstoff beigemischt sind,
- ist das spaltbare Material (zu Spaltungreaktionen fähiges Material, wenn es durch langsame Neutronen bestrahlt wird) angereichertes Uran mit einem Uran 235-Anteil von 93%,
- ist die flächenbezogene Masse der die erste Elektrodengruppe betreffenden Abscheidung in der Größenordnung 1 bis 2 mg.cm², und
- ist die flächenbezogene Masse der die zweite Elektrodengruppe betreffenden Abscheidung in der Größenordnung 0,01 bis 1 mg.cm&supmin;² oder vorzugsweise in der Größenordnung 0,1 bis 1 mg.cm&supmin;².
Angenommen die beiden Elektrodengruppen arbeiten nach der Strom-Betriebsart, so sind die Enden dieser Elektroden vorzugsweise mit klassischen Potentialringen versehen, um unzweideutig die Form und den Wert des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden festzulegen, die elektrischen Verluste zwischen den Elektroden zu eliminieren und aus diesem Grund für diese Strom- Betriebsart eine gute Linearität zu erzielen.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel sieht man zwei identische Potentialringe 22 und 24, deren gemeinsame Achse die Achse X ist, die jeweils die isolierenden Platten 4 und 5 durchqueren und jeweils enthalten sind zwischen den Enden der Elektroden 10 und 12 (und von diesen getrennt sind) und die an Masse liegen.
Man sieht noch zwei weitere identische Potentialringe 26 und 28 mit der gemeinsamen Achse X, die jeweils die isolierenden Platten 4 und 5 durchqueren und enthalten sind zwischen den Enden der Elektroden 8 und 10 (und von diesen getrennt sind), die ebenfalls an Masse liegen.
Die erste Elektrodengruppe kann auf den sich gegenüberstehenden Flächen mehr als zwei Elektroden umfassen, die beschichtet sind mit einem spaltbaren Material von großer flächenbezogener Masse, um eine große Empfindlichkeit gegenüber thermischen Neutronen aufzuweisen.
Diese Elektroden sind parallelgeschaltet: in der ersten Gruppe wechseln Elektroden, die mit den dieser ersten Gruppe zugeordneten elektronischen Meßeinrichtungen verbunden sind, ab mit an Masse gelegten Elektroden.
Ebenso kann die zweite Gruppe bei Bedarf zwei oder mehr als zwei Elektroden umfassen, die auf einer oder zwei der sich gegenüberstehenden Flächen mit einem spaltbaren Material beschichtet sind, dessen flächenbezogene Masse gewählt wird wie weiter oben beschrieben.
In der zweiten Gruppe sind alle diese Elektroden ebenfalls parallelgeschaltet: mit den elektronischen Meßeinrichtungen verbundene Elektroden der zweiten Gruppe wechseln ab mit an Masse gelegten Elektroden.
All dies wird dargestellt durch die Figur 2, in der die Fissionskammer 6 der Figur 1 modifiziert worden ist: man sieht eine erste Gruppe zylindrischer und koaxialer Elektroden, die Elektroden 8 und 10 umfassend, und außerdem Elektroden 30 und 32, enthalten zwischen der Wand des Behälters und der Elektrode 8, wobei die Elektrode 32 dieser Wand am nächsten ist.
Die Flächen der Elektroden 30 und 32, die der den Elektroden 8, 10, 30 und 32 gemeinsamen Achse X zugewandt sind, sowie die nach außen gekehrten Flächen der Elektroden 8, 10 und 30 tragen einen Überzug, der identisch ist mit dem Überzug 14.
Die Elektroden 8 und 32 sind verbunden mit dem Kabel 16 und die Elektroden 10 und 30 sind an Masse gelegt.
In dem in der Figur 2 dargestellten Beispiel umfaßt die zweite Elektrodengruppe die Elektrode 12 und eine Elektrode 34, enthalten zwischen den Elektroden 10 und 12.
Alle Elektroden sind zylindrisch und koaxial und ihre Achse ist die Achse X.
Die Elektrode 12 ist verbunden mit dem Kabel 20 und die Elektrode 34 liegt an Masse.
Man verwendet wieder Potentialringe 22 und 24, an Masse gelegt, wobei die Ringe 22 und 24 enthalten sind zwischen den Elektroden 12 und 34.
Nun werden zwei Neutronenfluß-Meßeinrichtungen beschrieben, die eine erfindungsgemäße Fissionskammer benutzen, z.B. die in Figur 1 dargestellte.
Die erste Vorrichtung ist in Figur 3 schematisch dargestellt und funktioniert nach den Impuls-, Fluktuations- und Strom-Betriebsarten.
Die zweite Vorrichtung ist schematisch in Figur 5 dargestellt und funktioniert nach den Impuls- und Strom- Betriebsarten.
Je nach gewählter Betriebsart kann es nötig sein, die Dicken der Überzüge aus spaltbarem Material anzupassen sowie die Anzahl der Elektroden und die Elektrodenzwischenräume.
Die in der Figur 3 schematisch dargestellte Vorrichtung umfaßt außer der Fissionskammere 6 der Figur 1 zwei Gleich- Hochspannungsquellen 38 und 45, Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 40 mit Impulsbetrieb, Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 42 mit Fluktuationsbetrieb und Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 44 mit Strombetrieb.
Die Einrichtungen 40, 42, 44 sind ausgestattet mit Anzeigeeinrichtungen der gemessenen Neutronenfluß-Meßwerte.
Man benutzt die erste Elektrodengruppe für den Impulsbetrieb und den Fluktuationsbetrieb und die zweite Elektrodengruppe für den Strombetrieb.
Mit dem Kabel 16, der ersten Elektrodengruppe entsprechend, sind die Einrichtungen 40 und 42 verbunden sowie der positive Anschluß der Quelle 38, deren negativer Anschluß mit der Masse verbunden ist.
Die Einrichtungen 44 sind verbunden mit dem Kabel 20, das der zweiten Elektrodengruppe entspricht, und in Serie geschaltet mit der zweiten Gleich-Hochspannungsquelle 45, deren negativer Anschluß mit der Masse verbunden ist.
Die positive Vorspannung der Elektrode 12 erfolgt über die Einrichtungen 44 durch die Gleich-Hochspannungsquelle 45.
Bei einer nicht dargestellten Schaltungsvariante liegt die Elektrode 8 an Masse, um eine Hochspannungsquelle einzusparen; die Elektrode 10 ist über das Kabel 16 mit der Quelle 38 und den Einrichtungen 40 und 42 verbunden, und die Elektrode 12 ist über die Einrichtungen 44 mit der Masse verbunden.
Der Benutzer der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung wechselt von einer Betriebsart zur anderen, je nach dem, welche Werte für den Neutronenfluß gemessen werden.
Wie in Figur 4 zu sehen, arbeitet man, um den Bereich der Neutronenflüsse D zwischen 1 und 10¹¹ Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ mit der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung (Graphiken A der Figur 4) abzudecken:
- in der Impulsbetriebsart I von 1 bis 10&sup5; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹,
- in der Fluktuationsbetriebsart F von 10&sup5; bis 10&sup9; Neutronen .cm&supmin;².s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 10¹&sup0; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen), und
- in der Strombetriebsart C von 10&sup9; bis 10¹¹ Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 10¹² Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen).
Zum Vergleich arbeitet eine klassische Fissionskammer des Typs CFUL01 (Graphik B der Figur 4):
- in der Impulsbetriebsart I von 1 bis 10&sup5; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 106 Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen),
- in der Fluktuationsbetriebsart F von 10&sup5; bis 10&sup8; Neutronen .cm&supmin;².s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 10¹&sup0; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen), und
- in der Strombetriebsart C von 10&sup8; bis 10¹&sup0; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹
Die in Figur 5 schematisch dargestellte Vorrichtung umfaßt außer der Fissionskammer 6 der Figur 1 eine erste Gleich-Hochspannungsquelle 46, mit Impulsen arbeitende Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 48, mit Strom arbeitende Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 50, eine zweite Gleich-Hochspannungsquelle 52, mit Strom arbeitende Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 54 und mit Impulsen arbeitende Neutronenfluß-Meßeinrichtungen 56.
Die Einrichtungen 48, 50, 54 und 56 sind mit Anzeigeeinrichtungen der gemessenen Neutronenflußwerte ausgestattet.
Mit dem der ersten Elektrodengruppe entsprechenden Kabel 16 sind die Einrichtungen 48 und 54 verbunden.
Die Elektrode 8 der Fissionskammer 6 ist über die Einrichtungen 54 positiv vorgespannt durch die Quelle 46, wobei der negative Anschluß der Quelle 46 an Masse liegt.
Mit dem der zweiten Elektrodengruppe entsprechenden Kabel 20 sind die Einrichtungen 50 und 56 verbunden.
Die Elektrode 12 der Fissionskammer 6 ist über die Einrichtungen 50 positiv vorgespannt durch die Quelle 52, wobei der negative Anschluß der Quelle 52 an Masse liegt.
Im Falle der Vorrichtung der Figur 5 benutzt man also jede Elektrodengruppe für Messungen in der Impulsbetriebsart und Messungen in der Strombetriebsart.
Wie in Figur 6 zu sehen, arbeitet man, um den Bereich der Neutronenflüsse D zwischen 1 und 10¹² Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ mit der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung abzudecken:
- in der Impulsbetriebsart, bei Benutzung der ersten Elektrodengruppe (I1), von 1 bis 10&sup4; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 10&sup5; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen),
- in der Impulsbetriebsart, bei Benutzung der zweiten Elektrodengruppe (I2), von 10&sup4; bis 5x10&sup7; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 10&sup8; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen),
- in der Strombetriebsart, bei Benutzung der ersten Elektrodengruppe (C1), von 5x10&sup7; bis 5x10&sup9; Neutronen.cm&supmin;² s&supmin;¹ (mit der Möglichkeit, bis 10¹&sup0; Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹ zu gehen), und
- in der Strombetriebsart, bei Benutzung der zweiten Elektrodengruppe (C2), von 5x10&sup9; bis 10¹² Neutronen.cm&supmin;².s&supmin;¹
Der Elektrodenzwischenraum kann bei beiden Elektrodengruppen gleich sein, er kann aber auch unterschiedlich sein.
Im allgemeinen sind die Elektroden der zweiten Gruppe näher beieinander als die der ersten Gruppe, um das Verhältnis INeutronen/IGammastrahlen zu verbessern.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung des Neutronenflusses, umfassend:

- eine Fissionskammer (6),

- Einrichtungen (38, 45, 46, 52) zum Vorspannen der Elektroden der Kammer, und

- elektronische Einrichtungen (40-42-44, 48-50-54-56) zur Verarbeitung der durch diese Kammer gelieferten elektrischen Signale, vorgesehen zur Bestimmung des Neutronenflusses,

Vorrichtung bei der die Fissionskammer eine Fissionskammer (6) mit einem großen Meßbereich ist, umfassend einen Behälter (2), gefüllt mit einem gasförmigen Medium, und in diesem Behälter eine Vielzahl Elektroden, überzogen mit einem fissiblen bzw. spaltbaren Material, wobei die Elektroden in zwei Gruppen geteilt sind, nämlich:

- eine erste Gruppe von Elektroden (8-10, 8-10-30-32) nahe dem Rand des Behälters, wobei wenigstens eine Elektrode (8, 8-30-32) dieser ersten Gruppe überzogen ist mit einer ersten Abscheidung (14) aus Material mit großer flächenbezogener Masse, und

- eine zweite Gruppe von Elektroden (10-12, 10-12-34) nahe der Mitte des Behälters und somit einem kleineren Neutronenfluß ausgesetzt als dem, dem die Elektroden der ersten Gruppe ausgesetzt sind, wobei wenigstens ein Elektrode (12) der zweiten Gruppe überzogen ist mit einer zweiten Abscheidung (18) aus spaltbarem Material, deren flächenbezogene Masse kleiner ist als die der ersten Abscheidung (14) und entsprechend gewählt wird, um

- einerseits die durch Neutronen und parasitäre Gamma- Stahlen hervorgerufenen elektrischen Ströme so groß wie möglich zu machen, wobei man diese Ströme mittels Elektroden der zweiten Gruppe erfassen kann, und

- andererseits die Linearität des durch die Elektroden (10-12, 10-12-34) dieser zweiten Gruppe für einen bestimmten Neutronenflußbereich gelieferten Signals zu optimieren,

und bei der die elektronischen Verarbeitungseinrichtungen umfassen:

- Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (40), die mit Impulsen funktionieren können und die mit der ersten Elektrodengruppe verbunden sind,

- Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (42), die mit Fluktuationen funktionieren können und die mit der ersten Elektrodengruppe verbunden sind, und

- Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (44), die mit Strom arbeiten können und die mit der zweiten Elektrodengruppe verbunden sind.

2. Vorrichtung zur Messung des Neutronenflusses, umfassend:

- eine Fissionskammer (6),

- Einrichtungen (38, 45, 46, 52) zum Vorspannen der Elektroden der Kammer, und

Vorrichtung bei der die Fissionskammer eine Fissionskammer (6) mit einem großen Meßbereich ist, umfassend einen Behälter (2), gefüllt mit einem gasförmigen Medium, und in diesem Behälter eine Vielzahl Elektroden, überzogen mit einem fissiblen bzw. spaltbaren Material, wobei die Elektroden in zwei Gruppen geteilt sind, näml ich:

- eine zweite Gruppe von Elektroden (10-12, 10-12-34) nahe der Mitte des Behälters und somit einem kleineren Neutronenfluß ausgesetzt als dem, dem die Elektroden der ersten Gruppe ausgesetzt sind, wobei wenigstens ein Elektrode (12) der zweiten Gruppe überzogen ist mit einer zweiten Abscheidung (18) aus spältbarem Material, deren flächenbezogene Masse kleiner ist als die der ersten Abscheidung (14) und entsprechend gewählt wird, um

und bei der die elektronischen Verarbeitungseinrichtungen umfassen:

- erste Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (48), die mit Impulse funktionieren können und die mit der ersten Elektrodengruppe verbunden sind,

- zweite Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (56), die mit Impulsen funktionieren können und die mit der zweiten Elektrodengruppe verbunden sind und vorgesehen sind, Neutronenflüsse zu messen, die größer sind als diejenigen, die mit Hilfe der ersten Einrichtungen (48) gemessen wurden,

- dritte Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (54), die mit Strom funktionieren können und die mit der dritten Elektrodengruppe verbunden sind und vorgesehen sind, Neutronenflüsse zu messen, die größer sind als diejenigen, die mit Hilfe der zweiten Einrichtungen (56) gemessen werden, und

- vierte Neutronenfluß-Meßeinrichtungen (50), die mit Strom funktionieren können und die mit der zweiten Elektrodengruppe verbunden sind und vorgesehen sind, Neutronenflüsse zu messen, die größer sind als diejenigen, die mit Hilfe der dritten Einrichtungen gemessen werden.

3. Kammer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenbezogene Masse der ersten Abscheidung (14) aus fissiblem bzw. spaltbarem Material enthalten ist zwischen 1 und 2 mg.cm&supmin;².

4. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenbezogene Masse der zweiten Abscheidung (18) aus fissiblem bzw. spaltbarem Material enthalten ist zwischen 0,01 und 1 mg.cm&supmin;².

5. Kammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenbezogene Masse der zweiten Abscheidung (18) aus fissiblem bzw. spaltbarem Material enthalten ist zwischen 0,1 und 1 mg . cm&supmin;²

6. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodengruppe zwei Elektroden umfaßt (8-10, 10-12), von denen eine an Masse gelegt wird und beiden Gruppen gemein ist.

7. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodengruppe wenigstens drei parallelgeschaltete Elektroden (8, 10, 30, 32) umfaßt.

8. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrodengruppe wenigstens zwei parallelgeschaltete Elektroden (12, 34) umfaßt.

9. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der ersten und der zweiten Gruppe zylindrisch und koaxial sind.

10. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der ersten und der zweiten Gruppe an jedem Ende durch elektrisch isolierende Träger (4, 5) gehalten werden.

11. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem zwischen den Elektroden Potentialringe (22, 24, 26, 28) umfaßt.