JP4829052B2 - Manufacturing method of neutron detector - Google Patents
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Description
原子炉炉心に挿入して炉心内の中性子を測定する中性子検出器の製造方法に関する。 Was inserted into the reactor core relates to the production how neutron detector for measuring the neutron in the core.
原子炉において、炉心内に設置したセンサで中性子束を測定することによって炉出力が監視される。 In a nuclear reactor, the reactor power is monitored by measuring the neutron flux with a sensor installed in the core.
例えば沸騰水型原子炉(BWR)では、炉心内に設置された中性子検出器である局所出力領域モニタ(Local Power Range Monitor,LPRM)によって監視され、炉出力に異常が発生した場合に原子炉の運転を停止させる(特許文献1参照)。 For example, in a boiling water reactor (BWR), the reactor is monitored by a local power range monitor (LPRM), which is a neutron detector installed in the reactor core. The operation is stopped (see Patent Document 1).
このLPRMセンサは、カソードとアノードとを絶縁体で分離して両者に電圧を印加し、その間の電離イオンを収集することで放射線を計測する検出器である。 This LPRM sensor is a detector that measures radiation by separating a cathode and an anode with an insulator, applying a voltage to the two, and collecting ionized ions therebetween.
具体的には、中性子と反応して荷電粒子を放出する中性子変換物質をカソードの内面に塗布し、その中性子変換物質から放出された荷電粒子により電極間のガスを電離し、その電離量を測定する(特許文献2参照)。 Specifically, a neutron conversion material that reacts with neutrons to release charged particles is applied to the inner surface of the cathode, the gas between the electrodes is ionized by the charged particles released from the neutron conversion material, and the amount of ionization is measured. (See Patent Document 2).
通常、このLPRMセンサは、110万kW出力の原子炉で燃料軸方向に沿って4個のセンサが格納されたLPRM検出器集合体が炉心内に約43本配置され、燃料域の局所炉出力を監視する。
このような中性子検出器を、現在設置されている原子炉燃料の隙間よりもさらに狭い隙間に設置することが望まれているが、そのためには中性子検出器の径、すなわちカソードの径を更に細くする必要がある。 It is desired to install such a neutron detector in a gap that is narrower than that of the currently installed reactor fuel. To that end, the diameter of the neutron detector, that is, the diameter of the cathode is further reduced. There is a need to.
しかし、カソードを細径とした場合、カソードの内面に中性子変換物質を安定に塗布することが難しくなる。 However, when the cathode has a small diameter, it becomes difficult to stably apply the neutron conversion substance to the inner surface of the cathode.
例えば、真空中にプラズマを生成し、そのプラズマで中性子変換層をスパッタリングしてアノード内面に中性子変換層を塗布するPVD法を用いた場合、カソードの径を細くするとプラズマを発生させるための十分な空間が確保し難くなるという問題があった。 For example, when the PVD method is used in which plasma is generated in a vacuum, the neutron conversion layer is sputtered with the plasma, and the neutron conversion layer is applied to the inner surface of the anode, reducing the cathode diameter is sufficient to generate the plasma. There was a problem that it was difficult to secure space.
また、通常、中性子検出器内に電離用のガスを封入するためにカソードの外側にケースを設け、そのケースに電離ガスを封入する。しかし、中性子検出器の径を細くするためには、このような2重円筒構造を採用することは困難となる。 Usually, a case is provided outside the cathode in order to enclose the ionizing gas in the neutron detector, and the ionizing gas is enclosed in the case. However, in order to reduce the diameter of the neutron detector, it is difficult to adopt such a double cylindrical structure.
本発明は、上記課題を鑑みなされたものであり、細径の中性子検出器を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a way to produce a small-diameter neutron detectors.
上記課題を解決するために、本発明に係る中性子検出器の製造方法は、本体ケース内に円筒状のカソードが収納され、そのカソード内に棒状のアノードが配置されて、本体ケース内部に充填ガスが封入されるとともに、カソードの内周壁に中性子に反応して荷電粒子を放出する中性子変換層が設けられる中性子検出器の製造方法において、前記アノードの代わりに、中性子有感物質を含み先端に尖端部を有する放電電極をカソード内に挿入し、前記放電電極及びカソードに電圧を印加し、放電電極の尖端部及びカソード間にプラズマを発生させ、このプラズマにより放電電極の中性子有感物質をスパッタリングさせてカソード内周壁に蒸着させることにより中性子変換層を設けることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a neutron detector according to the present invention includes a cylindrical cathode housed in a body case, a rod-shaped anode disposed in the cathode, and a filling gas inside the body case. In the method of manufacturing a neutron detector, in which a neutron conversion layer that emits charged particles in response to neutrons is provided on the inner peripheral wall of the cathode, the neutron sensitive material is included instead of the anode, and the tip is pointed A discharge electrode having a portion is inserted into the cathode, a voltage is applied to the discharge electrode and the cathode, plasma is generated between the tip of the discharge electrode and the cathode, and the neutron sensitive material of the discharge electrode is sputtered by this plasma. A neutron conversion layer is provided by vapor deposition on the inner peripheral wall of the cathode.
本発明に係る中性子検出器の製造方法によると、細径の中性子検出器を製造することが可能となる。 According to the manufacturing how neutron detector according to the present invention, it is possible to manufacture the thin neutron detector.
本発明に係る中性子検出器の製造方法の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。 An embodiment of a method for manufacturing a neutron detector according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
〔第1実施形態〕
始めに、本発明に係る中性子検出器の製造方法、及びこの製造方法により製造された中性子検出器の第1実施形態を、図1〜図6に基づいて詳細に説明する。
[First Embodiment]
First, the manufacturing method of the neutron detector which concerns on this invention, and 1st Embodiment of the neutron detector manufactured by this manufacturing method are described in detail based on FIGS.
図1は、第1実施形態の中性子検出器1を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a neutron detector 1 of the first embodiment.
中性子検出器1は、核分裂電離箱から成り、一般的に局所出力領域モニタ(LPRM)と呼ばれている中性子検出器である。 The neutron detector 1 is a neutron detector that is composed of a fission ionization chamber and is generally called a local output region monitor (LPRM).
中性子検出器1は、図1に示すように、円筒状の本体ケース2を有し、本体ケース2内の中心部に棒状のアノード3が軸方向に配置され、そのアノード3を囲うように円筒状のカソード4が配置される。アノード3は、周方向位置決め絶縁体5にて両端がカソード4に固定され、カソード4内の周方向位置がずれないように固定される。この周方向位置決め絶縁体5は、アノード3及びカソード4のスペーサを兼ねている。
As shown in FIG. 1, the neutron detector 1 has a cylindrical
本体ケース2の一端は金属製の端栓6で塞がれ、端栓6とアノード3及びカソード4との間に軸方向位置決め絶縁体7が収納されることにより、本体ケース2内においてアノード3の軸方向位置がずれないように固定される。
One end of the
本体ケース2の内部には、アルゴン等の充填ガス8が封入され、粒子の飛程を短くするために数気圧程度の高圧に保たれる。
The
また、本体ケース2のもう一端には信号ケーブル要素9が差し込まれ、アノード3及びカソード4に電気的に接続される。本体ケース2の一端と信号ケーブル要素9との間は、本体ケース2内の充填ガス8が本体ケース2の外部に漏れないように溶接部10が設けられる。
A
円筒形のカソード4の内周壁11には、中性子に反応して核反応を起こし荷電粒子を放出するウラン等の中性子有感物質からなる中性子変換層12が皮膜として設けられる。
The inner
炉心にて発生した中性子が中性子検出器1の中性子変換層12に入射すると、中性子は荷電粒子に変換される。中性子検出器1は、その荷電粒子Aをアノード3及びカソード4で検出することによって、中性子を計測する。
When neutrons generated in the core enter the
この中性子検出器1において、カソード4の内周壁11に中性子変換層12を塗布する方法について説明する。
A method for applying the
図2は、中性子検出器1に中性子変換層12を塗布する中性子変換層塗布装置13の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a neutron conversion
中性子変換層塗布装置13は、先端に突起状の尖端部14を有する細長い棒状あるいは鉛筆形状の放電電極15と、この放電電極15及びカソード4を電気的に絶縁する筒状あるいはスリーブ状の絶縁体16と、放電電極15及びカソード4間に電圧を印加する電圧印加手段17と、放電電極15が中性子検出器1のカソード4内に挿入された際に、放電電極15及び絶縁体16をカソード4内において軸方向に移動させる電極移動手段18とから構成される。なお、放電電極15の周囲が絶縁体16で覆われ、放電電極15の尖端部14のみが絶縁体16から露出するように構成される。
The neutron conversion
放電電極15は、中性子と反応して荷電粒子Aを発生させるボロン、リチウム等や、核分裂を起こすウラン等の中性子有感物質Bで表面の全面または一部をコーティングさせて作成しても良いし、全体をこれらの材料で作成しても良い。また、絶縁材の材料は、アルミナ、シリカ等である。
The
中性子変換層塗布装置13において、雰囲気や放電電極15の尖端部14及びカソード4間の距離がプラズマ発生条件を満たしている場合に、放電電極15の尖端部14及びカソード4間にあるガスがプラズマ化する。このプラズマPにより放電電極15の中性子有感物質Bがスパッタリングし、カソード4の内面に中性子変換層12が塗布される。
In the neutron conversion
図3は、中性子検出器1のカソード4に中性子変換層12を塗布する際の動作説明図である。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram when the
図3に示すように、先端に円錐状または多角錐状の尖端部14を有する棒状の放電電極15をカソード4内に挿入する。カソード4及び放電電極15間にプラズマPが安定して生成できる空間があれば、プラズマPが生成されて、加速された荷電電子Aが放電電極15に衝突し、その材料またはその表面に塗布された中性子有感物質Bをスパッタリングし、カソード4の内周壁11にスパッタリングされた中性子有感物質Bが蒸着し、中性子変換層12が生成される。
As shown in FIG. 3, a rod-
この時、放電電極15の絶縁体16で覆われていない尖端部14周辺のみでプラズマPが発生するので、この放電電極15を電極移動手段18によりカソード4内を軸方向に走査させることで、カソード4内の任意の位置に中性子変換層12を塗布することができる。
At this time, since the plasma P is generated only around the
このように放電電極15の一端に尖端部14を設けることにより、カソード4が細径であっても、その放電電極15の尖端部14とカソード4との間隔を確保することが可能となり、放電電極15及びカソード4間に安定したプラズマPを生成させて、安定な中性子変換層12を生成することができる。
By providing the
図4が尖端部14を有さない従来の円筒状の放電電極15Aを用いた際の動作説明図である。図4では、カソード4の内径が狭くなるとプラズマPを安定的に生成する空間を確保できなくなるのに対し、本発明に該当する図3では、常にプラズマPを安定的に発生させるために必要なプラズマ空間を確保することができる。
FIG. 4 is an operation explanatory diagram when a conventional
すなわち、従来の中性子変換層の塗布方法(図4)は、カソードの内径が5mm以上の場合でないと適用できなかったが、第1実施形態の中性子変換層の塗布方法(図3)によると、カソードの内径が4mm以下であっても安定した中性子変換層を塗布することが可能となる。 That is, the conventional neutron conversion layer coating method (FIG. 4) could not be applied unless the inner diameter of the cathode is 5 mm or more, but according to the neutron conversion layer coating method of the first embodiment (FIG. 3), Even when the inner diameter of the cathode is 4 mm or less, a stable neutron conversion layer can be applied.
また、放電電極15自体をスパッタリング用のターゲットにするのではなく、中性子有感物質BをこのプラズマP部内に別個設置しても良い。
Further, instead of using the
すなわち、図5に示すように、中性子変換層塗布装置13Aにおいて、放電電極15をウラン等の中性子有感物質Bで生成したり、放電電極15を中性子有感物質Bでコーティングしたりせずに、中性子有感物質Bを含む中性子変換材19、及び、この中性子変換材19をカソード4内において放電電極15とともに軸方向に移動させる中性子変換材移動手段20を別個に設けても良い。
That is, as shown in FIG. 5, in the neutron conversion
さらに、図6に示すように、中性子変換層塗布装置13Bにおいて、中性子有感物質Bを塗布する際に、イオンや電子等の粒子を発生させる粒子発生装置21からカソード4内に粒子を注入しても良い。粒子発生装置21を用いて放電電極15に直接粒子を衝突させることで、スパッタリングの頻度を向上させて中性子変換層12の塗布に要する時間を短縮することができる。
Further, as shown in FIG. 6, when applying the neutron sensitive substance B in the neutron conversion
第1実施形態によると、カソード4が細径であっても、カソード4の内周壁11に中性子変換層12を塗布することができ、小型の中性子検出器1を提供することが可能となった。
According to the first embodiment, even if the
〔第2実施形態〕
次に、本発明に係る中性子検出器1及びその製造方法の第2実施形態を図7に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the neutron detector 1 and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図7は、第2実施形態の中性子検出器1Aを示す構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram showing a neutron detector 1A of the second embodiment.
第2実施形態の中性子検出器1Aは、カソード4Aを耐圧構造とすることにより、第1実施形態の中性子検出器1で用いた本体ケース2を省略したものである。
In the neutron detector 1A of the second embodiment, the
すなわち、中性子検出器1Aは、図7に示すように、耐圧性を有する円筒状あるいはスリーブ状のカソード4Aを有し、カソード4A内の中心部に棒状のアノード3が配置される。アノード3は、周方向位置決め絶縁体5にて両端がカソード4Aに固定され、カソード4A内の周方向位置がずれないように固定される。
That is, as shown in FIG. 7, the neutron detector 1A has a cylindrical or sleeve-
カソード4Aの一端は金属製の端栓6で溶接により綿密に塞がれ、端栓6とアノード3及びカソード4Aとの間に軸方向位置決め絶縁体7が収納されることにより、アノード3及びカソード4Aの軸方向位置がずれないように固定される。
One end of the
カソード4Aの内部には、アルゴン等の充填ガス8が封入され、粒子の飛程を短くするために数気圧程度の高圧に保たれる。
A filling
また、カソード4Aのもう一端には信号ケーブル要素9が差し込まれ、アノード3及びカソード4Aに電気的に接続される。カソード4Aと信号ケーブル要素9との間は、本体ケース2内の充填ガス8が本体ケース2の外部に漏れないように溶接部10が設けられる。
A
円筒形のカソード4Aの内周壁11には、中性子変換層12が設けられる。
A
従来のような本体ケースを有する中性子検出器では、外径が8mm以上であったが、第2実施形態によると、本体ケースの分だけ外径を小さくすることができ、具体的には、中性子検出器1Aの外径を6mm以下にすることが可能となる。 In a conventional neutron detector having a main body case, the outer diameter is 8 mm or more. However, according to the second embodiment, the outer diameter can be reduced by the amount of the main body case. It becomes possible to make the outer diameter of the detector 1A 6 mm or less.
第2実施形態によると、中性子検出器1Aを本体ケース2の分だけ更に細径化することが可能となる。
According to the second embodiment, the diameter of the neutron detector 1A can be further reduced by the amount of the
〔第3実施形態〕
次に、本発明に係る中性子検出器1及びその製造方法の第3実施形態を図8に基づいて説明する。なお、第1実施形態及び第2実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the neutron detector 1 and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図8は、第3実施形態の中性子検出器1Bを示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a
第3実施形態の中性子検出器1Bは、第2実施形態の中性子検出器1Aにおいて、中性子変換層12a〜12cを軸方向に複数離間させて作成し、アノード3の代わりに光ファイバ22を用いたものである。
The
すなわち、中性子検出器1Bは、図8に示すように、耐圧性を有する円筒状のカソード4Aを有し、カソード4A内の中心部において光ファイバ22がカソード4Aの両端を貫通するように配置される。
That is, as shown in FIG. 8, the
光ファイバ22は、カソード4Aの両端で溶接されて固定され、この溶接部10によって内部の充填ガス8の外部への漏れが防止される。
The
円筒形のカソード4Aの内周壁11には、複数の中性子変換層12a〜12cが設けられる。
A plurality of neutron conversion layers 12a to 12c are provided on the inner
なお、第1実施形態の中性子変換層塗布装置13を用いると、放電電極15をカソード4A内において軸方向に移動させながら、任意の軸方向位置で電圧を印加することにより、カソード4Aの内周壁11の任意の位置に任意の数だけ中性子変換層12a〜12cを設けることができる。
When the neutron conversion
図8では、カソード4Aの内周壁11に、間隔を置いて3箇所の中性子変換層12a〜12cが塗布されている例を示している。
FIG. 8 shows an example in which three neutron conversion layers 12a to 12c are applied to the inner
中性子検出器1は、中性子変換層12a〜cを多点に分布させ、ぞれぞれの位置からの中性子反応による信号を識別して読み取ることで、中性子分布が測定できる。 The neutron detector 1 can measure the neutron distribution by distributing the neutron conversion layers 12a to 12c at multiple points and identifying and reading a signal due to a neutron reaction from each position.
すなわち、中性子変換層12a〜12cで中性子と反応し放出された荷電粒子により光ファイバ22内でシンチレーション光が発生するように設置する。このシンチレーション光の検出時間差からシンチレーション光の発生位置が特定でき、最終的に、中性子反応位置を識別することが可能となる。
That is, it installs so that the scintillation light may generate | occur | produce in the
なお、第3実施形態では、光ファイバ22を用いて光で位置を検出する手法を説明したが、管内に封入したガスのガスシンチレーション光により計測する手法や、複数の電気的な電極(アノード電極)を設けてそれぞれの位置を識別する信号処理を用いた手法で代用しても良い。
In the third embodiment, the method of detecting the position with light using the
第3実施形態によると、カソード4A内の任意の位置に中性子変換層12a〜12cを離間させて塗布することにより、細径の分布計測型の中性子検出器1Bを提供することが可能となった。
According to the third embodiment, it is possible to provide a
1、1A、1B 中性子検出器
2 本体ケース
3 アノード
4、4A カソード
5 周方向位置決め絶縁体
6 端栓
7 軸方向位置決め絶縁体
8 充填ガス
9 信号ケーブル要素
10 溶接部
11 内周壁
12、12a〜12c 中性子変換層
13 中性子変換層塗布装置
14 尖端部
15、15A 放電電極
16 絶縁体
17 電圧印加手段
18 電極移動手段
19 中性子変換材
20 中性子変換材移動手段
21 粒子発生装置
22 光ファイバ
A 荷電粒子
B 中性子有感物質
P プラズマ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記アノードの代わりに、中性子有感物質を含み先端に尖端部を有する放電電極をカソード内に挿入し、
前記放電電極及びカソードに電圧を印加し、放電電極の尖端部及びカソード間にプラズマを発生させ、
このプラズマにより放電電極の中性子有感物質をスパッタリングさせてカソードの内周壁に蒸着させることにより中性子変換層を設けることを特徴とする中性子検出器の製造方法。 A cylindrical cathode is housed in the main body case, and a rod-shaped anode is axially arranged in the cathode. The main body case is filled with a filling gas, and the inner peripheral wall of the cathode is charged by reacting with neutrons. In the method of manufacturing a neutron detector provided with a neutron conversion layer that emits particles,
Instead of the anode, a discharge electrode containing a neutron sensitive material and having a tip at the tip is inserted into the cathode,
A voltage is applied to the discharge electrode and the cathode to generate plasma between the tip of the discharge electrode and the cathode,
A method for producing a neutron detector, characterized in that a neutron conversion layer is provided by sputtering a neutron sensitive substance of a discharge electrode by this plasma and depositing it on an inner peripheral wall of a cathode.
前記アノードの代わりに、中性子有感物質を含み先端に尖端部を有する放電電極をカソード内に挿入し、
前記放電電極に向けて荷電粒子を放出して前記放電電極の中性子有感物質をスパッタリングさせてカソードの内周壁に蒸着させることにより中性子変換層を設けることを特徴とする中性子検出器の製造方法。 A cylindrical cathode is housed in the main body case, and a rod-shaped anode is axially arranged in the cathode. The main body case is filled with a filling gas, and the inner peripheral wall of the cathode is charged by reacting with neutrons. In the method of manufacturing a neutron detector provided with a neutron conversion layer that emits particles,
Instead of the anode, a discharge electrode containing a neutron sensitive material and having a tip at the tip is inserted into the cathode,
A method for producing a neutron detector, comprising: providing a neutron conversion layer by discharging charged particles toward the discharge electrode, sputtering the neutron sensitive material of the discharge electrode, and depositing the neutron sensitive material on the inner peripheral wall of the cathode.
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