JPS6160394B2 - - Google Patents
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- JPS6160394B2 JPS6160394B2 JP55088152A JP8815280A JPS6160394B2 JP S6160394 B2 JPS6160394 B2 JP S6160394B2 JP 55088152 A JP55088152 A JP 55088152A JP 8815280 A JP8815280 A JP 8815280A JP S6160394 B2 JPS6160394 B2 JP S6160394B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
- H01J47/12—Neutron detector tubes, e.g. BF3 tubes
- H01J47/1227—Fission detectors
- H01J47/1238—Counters
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
- H01J47/12—Neutron detector tubes, e.g. BF3 tubes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、原子炉炉内中性子検出器に関する
もので、特に電離箱型原子炉炉内中性子検出器に
関するものである。
もので、特に電離箱型原子炉炉内中性子検出器に
関するものである。
従来、この種の検出器の構造の一例を示すと、
第3図のようで、円筒状の外側電極1は内側に同
心状に設置された円筒状の内側電極2と径方向に
間隔を保つて相対し、一端に、これら電極を支持
し、また外側電極1と気密に接合されたシール・
セラミツク3を備え、リード棒4がこのシール・
セラミツク3を貫通し、かつ、シール・セラミツ
ク3と気密接合されている。他端には内側電極2
及び外側電極1を支持する支持セラミツク5があ
つて、外側電極1と気密接合された端板6が支持
セラミツク5の軸方向外側に接して位置し、端板
6と気密接合された排気・ガス充てん管7が端板
6を貫通している。
第3図のようで、円筒状の外側電極1は内側に同
心状に設置された円筒状の内側電極2と径方向に
間隔を保つて相対し、一端に、これら電極を支持
し、また外側電極1と気密に接合されたシール・
セラミツク3を備え、リード棒4がこのシール・
セラミツク3を貫通し、かつ、シール・セラミツ
ク3と気密接合されている。他端には内側電極2
及び外側電極1を支持する支持セラミツク5があ
つて、外側電極1と気密接合された端板6が支持
セラミツク5の軸方向外側に接して位置し、端板
6と気密接合された排気・ガス充てん管7が端板
6を貫通している。
外側電極1、シール・セラミツク3、リード棒
4、端板6及び排気管7で構成される気密容器内
に、排気・ガス充てん管7を通じて充填ガス8が
充てんされ、リード線9が内側電極2とリード棒
4とを電気的に接続している。内外両側電極を支
持する支持セラミツク5には排気・ガス充てん用
の穴が設けられている。外側電極1の内表面と内
側電極2の外表面上の一方又は双方に濃縮ウラン
膜が形成されている。濃縮ウランとしては通常
235Uを約90%に濃縮したものが用いられる。
4、端板6及び排気管7で構成される気密容器内
に、排気・ガス充てん管7を通じて充填ガス8が
充てんされ、リード線9が内側電極2とリード棒
4とを電気的に接続している。内外両側電極を支
持する支持セラミツク5には排気・ガス充てん用
の穴が設けられている。外側電極1の内表面と内
側電極2の外表面上の一方又は双方に濃縮ウラン
膜が形成されている。濃縮ウランとしては通常
235Uを約90%に濃縮したものが用いられる。
次に、動作について説明すると、内側電極2と
外側電極1との間には、直流電圧が印加されてい
る。検出器が中性子の場に置かれると、外側電極
1を通過してきた中性子は、電極表面上の濃縮ウ
ランと反応して核分裂を起こし分裂破片が生じ
る。
外側電極1との間には、直流電圧が印加されてい
る。検出器が中性子の場に置かれると、外側電極
1を通過してきた中性子は、電極表面上の濃縮ウ
ランと反応して核分裂を起こし分裂破片が生じ
る。
この分裂破片は大きな運動エネルギーを持ち、
内・外側電極間のガス層を通過するとき、ガス分
子を電離する。すなわち外側電極内は電離箱を形
成していて、生じたイオン、電子は、その極性に
従い、対応する電極に収集され電流が生じる。こ
の電流は、中性子検出器の置かれた場所の中性子
束に比例するので、この電流を測定することによ
り中性子束の測定ができる。
内・外側電極間のガス層を通過するとき、ガス分
子を電離する。すなわち外側電極内は電離箱を形
成していて、生じたイオン、電子は、その極性に
従い、対応する電極に収集され電流が生じる。こ
の電流は、中性子検出器の置かれた場所の中性子
束に比例するので、この電流を測定することによ
り中性子束の測定ができる。
なお炉心内中性子束測定用としては、第1図に
示した電離箱部分に通常、無機絶縁物の同軸ケー
ブルが一体化されたものが用いられる。また電離
箱部分の大きさは通常、外径が4〜6mm、内外電
極間間隔は0.3〜0.5mm、内側電極長さは約25mmで
あり、充てんされるガスはヘリウムまたはアルゴ
ンである。使用される濃縮ウラン量は約2mg
(235U)である。さらに、炉心内のγ線束は強
く、γ線加熱による電離箱内部の温度上昇を低く
抑えるために、内側電極は棒状ではなく円筒形状
が採用されている。
示した電離箱部分に通常、無機絶縁物の同軸ケー
ブルが一体化されたものが用いられる。また電離
箱部分の大きさは通常、外径が4〜6mm、内外電
極間間隔は0.3〜0.5mm、内側電極長さは約25mmで
あり、充てんされるガスはヘリウムまたはアルゴ
ンである。使用される濃縮ウラン量は約2mg
(235U)である。さらに、炉心内のγ線束は強
く、γ線加熱による電離箱内部の温度上昇を低く
抑えるために、内側電極は棒状ではなく円筒形状
が採用されている。
電離箱の中性子感度Sは、濃縮ウラン膜中の
235Uの原子の数NU゜、充てんされたガスの分子
の数Ngとガスの核分裂破片に対するエネルギー
阻止能ξとの積に比例する。つまり、 S=sNU゜ξNg ただし、sは電離箱の設計に応じて決定される
比例定数である。ところで235U原子の数NUは検
出器の使用とともに次式に従い減少していく。
235Uの原子の数NU゜、充てんされたガスの分子
の数Ngとガスの核分裂破片に対するエネルギー
阻止能ξとの積に比例する。つまり、 S=sNU゜ξNg ただし、sは電離箱の設計に応じて決定される
比例定数である。ところで235U原子の数NUは検
出器の使用とともに次式に従い減少していく。
NU=NU゜e -〓〓t
ここで、σは235Uの核分裂断面積、φは中性子
束、tは使用時間である。これらの値として、加
圧水型炉の場合、σは、炉心スペクトルについて
約300バーン、φは約1×1014nUであるので、1
年間連続して使用すると、σφt=0.9となり、 NU=0.4NU゜ 即ち235U原子の数は最初の半分以下に減少して
しまう。核分裂破片は核種により様々な崩壊を
経、そのうちいくらかは安定な希ガス原子とな
る。
束、tは使用時間である。これらの値として、加
圧水型炉の場合、σは、炉心スペクトルについて
約300バーン、φは約1×1014nUであるので、1
年間連続して使用すると、σφt=0.9となり、 NU=0.4NU゜ 即ち235U原子の数は最初の半分以下に減少して
しまう。核分裂破片は核種により様々な崩壊を
経、そのうちいくらかは安定な希ガス原子とな
る。
以上のような従来の原子炉炉内中性子検出器で
は、上記の希ガスが中性子感度に与える効果は小
さいとして、利用されることがなかつた。従つて
中性子感度は、ほぼ235Uの減少に従つて低下して
行き、この感度低下が中性子検出器の使用寿命を
制限するという問題点があつた。
は、上記の希ガスが中性子感度に与える効果は小
さいとして、利用されることがなかつた。従つて
中性子感度は、ほぼ235Uの減少に従つて低下して
行き、この感度低下が中性子検出器の使用寿命を
制限するという問題点があつた。
この発明は上記のような問題点を除去するため
になされたもので、235Uの減少にともなう中性子
感度の低下が小さい原子炉炉内中性子検出器を得
ることを目的とする。
になされたもので、235Uの減少にともなう中性子
感度の低下が小さい原子炉炉内中性子検出器を得
ることを目的とする。
この発明に係る原子炉炉内中性子検出器は、電
極表面上に形成された濃縮ウラン中の235U原子の
数の、電離箱内に電離ガスとして充てんされる
He原子の数に対する比が、0.45〜1.8である。
極表面上に形成された濃縮ウラン中の235U原子の
数の、電離箱内に電離ガスとして充てんされる
He原子の数に対する比が、0.45〜1.8である。
また、この発明の別の発明に係る原子炉炉内中
性子検出器は、電極表面上に形成された濃縮ウラ
ン中の235U原子の数の、電離箱内に電離ガスとし
て充てんされるAr原子の数に対する比が、2.3〜
9である。
性子検出器は、電極表面上に形成された濃縮ウラ
ン中の235U原子の数の、電離箱内に電離ガスとし
て充てんされるAr原子の数に対する比が、2.3〜
9である。
この発明およびこの発明の別の発明においては
電極表面にコーテイングしてある235Uに熱中性子
が衝突すると、核分裂反応が生じる。この反応の
結果生じる核分裂生成物のうち、安定したガスと
なるものと、KrとXeがある。この反応により生
じたKrとXeの半数は、電極間のガス層に飛出
す。ガス層内に出たKrとXeは、最初から電極間
に存在するHeまたはArと同様に、核分裂破片に
より電離され、電極に収集される。これらのKr
とXeは、それぞれの核分裂破片に対するエネル
ギー阻止能に比例して中性子感度の増大に寄与す
る。
電極表面にコーテイングしてある235Uに熱中性子
が衝突すると、核分裂反応が生じる。この反応の
結果生じる核分裂生成物のうち、安定したガスと
なるものと、KrとXeがある。この反応により生
じたKrとXeの半数は、電極間のガス層に飛出
す。ガス層内に出たKrとXeは、最初から電極間
に存在するHeまたはArと同様に、核分裂破片に
より電離され、電極に収集される。これらのKr
とXeは、それぞれの核分裂破片に対するエネル
ギー阻止能に比例して中性子感度の増大に寄与す
る。
以下に、この発明の一実施例を図について説明
する。第1図に示すこの発明の実施例において、
内側電極の構造のみが第3図のものと異なるだけ
でその他は殆んど同等である。充てんガスはHe
とする。内側電極は両端部近くで円板10,11
と気密接合されており、円板で仕切られた内部の
ガスは何であつてもよいが電極間〓に存在するガ
スHeと通じていない。このことにより濃縮ウラ
ン中の235U原子の数が充てんHe原子数の3/2.2
倍にされている。
する。第1図に示すこの発明の実施例において、
内側電極の構造のみが第3図のものと異なるだけ
でその他は殆んど同等である。充てんガスはHe
とする。内側電極は両端部近くで円板10,11
と気密接合されており、円板で仕切られた内部の
ガスは何であつてもよいが電極間〓に存在するガ
スHeと通じていない。このことにより濃縮ウラ
ン中の235U原子の数が充てんHe原子数の3/2.2
倍にされている。
235Uの熱中性子による核分裂により、安定な希
ガスとしてKrとXeができるが、これらの収率η
はそれぞれ約3.6%および約22%である。つま
り、中性子との核分裂反応により、235U原子が
100個減少したとすると、平均的に、Kr原子は約
3.6個、Xe原子は約22個生成する。これらのうち
半数は、電極間のガス層に飛出し、そのほとんど
は対向電極内に入り込む。残り半数は濃縮ウラン
膜下面方向に向かい電極内にとどまるが、核分裂
破片の飛程は短いため、これらの到達深さは極め
て浅く、まだ炉内での検出器環境温度が高いた
め、拡散により大部分がガス層に滲み出す。ガス
層内にでたKrとXeは、最初から電極間に存在す
るHeと同様、核分裂破片により電離され、電極
に収集される。これらKrとXeはHeガス中に一様
に分布すると考えてよいので、それぞれの核分裂
破片に対するエネルギー阻止能ξKr,ξXeの大
きさに比例して中性子感度の増大に寄与する。従
つて、中性子感度Sは、 S=sNU(ξHeNHe+ξKrNKr+ξXeNXe) =sNU゜e -〓〓tξHeNHe{1+NU゜/ξHeNHe (ξKrηKr+ξXeηXe)(1−e-〓〓t)} =sNU゜ξHeNHee-〓〓t {1+A・NU゜/NHe(1−e〓〓t)} =S゜e -〓〓t{1+ANU゜/NHe(1−e〓〓t)
} ただし、A=1/ξHe(ξKrηKr+ξXeηXe)、 S゜=sNU゜ξHeNHeは使用開始時の中性子
感度、エネルギー阻止能ξは、ξHe=1とする
と、 ξAr≒5、ξKr≒7、ξXe≒9なので中性子検
出管の充てんガスがHeの場合、A=2.2となる。
また、電離箱内に充てんされているガスがArの
場合にはA=0.44となる。上記例では充てんガス
がHeであり、He原子の数NHeが235U原子の数の
2.2/3になされているので、上式の感度Sの使
用時間を変数とした場合の変化は、第2図のS/
So=e-〓〓t(4−3σ-〓〓t)の曲線のように
なる。第2図には、従来NgがNU゜に比して大き
いため、感度変化はS/So=e〓〓tに従うとし
た場合の様子も図示してある。
ガスとしてKrとXeができるが、これらの収率η
はそれぞれ約3.6%および約22%である。つま
り、中性子との核分裂反応により、235U原子が
100個減少したとすると、平均的に、Kr原子は約
3.6個、Xe原子は約22個生成する。これらのうち
半数は、電極間のガス層に飛出し、そのほとんど
は対向電極内に入り込む。残り半数は濃縮ウラン
膜下面方向に向かい電極内にとどまるが、核分裂
破片の飛程は短いため、これらの到達深さは極め
て浅く、まだ炉内での検出器環境温度が高いた
め、拡散により大部分がガス層に滲み出す。ガス
層内にでたKrとXeは、最初から電極間に存在す
るHeと同様、核分裂破片により電離され、電極
に収集される。これらKrとXeはHeガス中に一様
に分布すると考えてよいので、それぞれの核分裂
破片に対するエネルギー阻止能ξKr,ξXeの大
きさに比例して中性子感度の増大に寄与する。従
つて、中性子感度Sは、 S=sNU(ξHeNHe+ξKrNKr+ξXeNXe) =sNU゜e -〓〓tξHeNHe{1+NU゜/ξHeNHe (ξKrηKr+ξXeηXe)(1−e-〓〓t)} =sNU゜ξHeNHee-〓〓t {1+A・NU゜/NHe(1−e〓〓t)} =S゜e -〓〓t{1+ANU゜/NHe(1−e〓〓t)
} ただし、A=1/ξHe(ξKrηKr+ξXeηXe)、 S゜=sNU゜ξHeNHeは使用開始時の中性子
感度、エネルギー阻止能ξは、ξHe=1とする
と、 ξAr≒5、ξKr≒7、ξXe≒9なので中性子検
出管の充てんガスがHeの場合、A=2.2となる。
また、電離箱内に充てんされているガスがArの
場合にはA=0.44となる。上記例では充てんガス
がHeであり、He原子の数NHeが235U原子の数の
2.2/3になされているので、上式の感度Sの使
用時間を変数とした場合の変化は、第2図のS/
So=e-〓〓t(4−3σ-〓〓t)の曲線のように
なる。第2図には、従来NgがNU゜に比して大き
いため、感度変化はS/So=e〓〓tに従うとし
た場合の様子も図示してある。
前述のとおり、加圧水型炉で一年連続して用い
ると、σφtは約0.9であるが、この発明によれ
ば、二年連続使用しても(σφt=1.8)感度は
元の約60%以下にしか低下しない。従来のもので
は二年で元の約15%に低下しており、この発明に
より使用寿命が大巾に改善される。
ると、σφtは約0.9であるが、この発明によれ
ば、二年連続使用しても(σφt=1.8)感度は
元の約60%以下にしか低下しない。従来のもので
は二年で元の約15%に低下しており、この発明に
より使用寿命が大巾に改善される。
以上は、NU゜とNgの比が3/2.2の場合につ
いて述べたが、第2図に示すようにこの比が1/
2.2〜4/2.2の間にあれば、S/Soはe-〓〓t
(2−e-〓〓t)とe-〓〓t(5−4e-〓〓t)との
間にくるので、第3図により検出器の使用に伴う
感度変化が従来のものに対して相当の改善がなさ
れることがわかる。つまり、上記条件で2年連続
使用した時点(σφt=1.8)で、従来のもの
(感度が元の約15%に低下)に比べ、感度が約2
倍から約4倍の範囲にくることがわかる。
いて述べたが、第2図に示すようにこの比が1/
2.2〜4/2.2の間にあれば、S/Soはe-〓〓t
(2−e-〓〓t)とe-〓〓t(5−4e-〓〓t)との
間にくるので、第3図により検出器の使用に伴う
感度変化が従来のものに対して相当の改善がなさ
れることがわかる。つまり、上記条件で2年連続
使用した時点(σφt=1.8)で、従来のもの
(感度が元の約15%に低下)に比べ、感度が約2
倍から約4倍の範囲にくることがわかる。
また充てんガスがArの場合にはNU゜とNArの
比が1/0.44〜4/0.44の間にあれば、同じ効果
が得られることは明らかである。
比が1/0.44〜4/0.44の間にあれば、同じ効果
が得られることは明らかである。
さらに、前記実施例では、内側電極内の一定空
間を、両端付近に円板を気密接合することによ
り、NU゜とNHeまたはNArの比を大きくするこ
とを企てたが、両電極間の中性子束に比例した電
離電流を作るのに用いられる有効な部分以外の空
間を他の物体をそこに配することにより小さくす
ることも可能である。
間を、両端付近に円板を気密接合することによ
り、NU゜とNHeまたはNArの比を大きくするこ
とを企てたが、両電極間の中性子束に比例した電
離電流を作るのに用いられる有効な部分以外の空
間を他の物体をそこに配することにより小さくす
ることも可能である。
以上のように、この発明およびこの発明の別の
発明によれば、Heを電離ガスとして用いる炉内
中性子検出管については、電極表面に形成された
濃縮ウラン膜中の235U原子の数と充てんするHe
原子の数との比を0.45〜1.8の間に、また、Arを
電離ガスとする炉内中性子検出管については、
235U原子の数と充てんするAr原子の数との比を
2.3〜9の間にしてあるので、長時間の使用に対
して中性子感度の変化を小さく制限できる効果が
ある。
発明によれば、Heを電離ガスとして用いる炉内
中性子検出管については、電極表面に形成された
濃縮ウラン膜中の235U原子の数と充てんするHe
原子の数との比を0.45〜1.8の間に、また、Arを
電離ガスとする炉内中性子検出管については、
235U原子の数と充てんするAr原子の数との比を
2.3〜9の間にしてあるので、長時間の使用に対
して中性子感度の変化を小さく制限できる効果が
ある。
第1図はこの発明の一実施例の縦断面図、第2
図は中性子検出器の感度が使用時間とともに変化
する態様を示すグラフ図、第3図は従来の原子炉
炉内中性子検出器の縦断面図である。 1……外側電極、2……内側電極、3……シー
ルセラミツク、4……リード棒、5……支持セラ
ミツク、6……端板、7……排気・ガス充てん
管、8……充てんガス、9……リード線、10,
11……円板。
図は中性子検出器の感度が使用時間とともに変化
する態様を示すグラフ図、第3図は従来の原子炉
炉内中性子検出器の縦断面図である。 1……外側電極、2……内側電極、3……シー
ルセラミツク、4……リード棒、5……支持セラ
ミツク、6……端板、7……排気・ガス充てん
管、8……充てんガス、9……リード線、10,
11……円板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 濃縮ウランを有感物質とし、ヘリウムを電離
ガスとする電離箱型の原子炉炉内中性子検出器に
おいて、電極表面上に形成された濃縮ウラン中の
235U原子の数の、電離箱内に電離ガスとして充て
んされる。He原子の数に対する比が0.45〜1.8で
あることを特徴とする原子炉炉内中性子検出器。 2 濃縮ウランを有感物質とし、アルゴンを電離
ガスとする電離箱型の原子炉炉内中性子検出器に
おいて、電極表面上に形成された濃縮ウラン中の
235U原子の数の、電離箱内に電離ガスとして充て
んされるAr原子の数に対する比が2.3〜9である
ことを特徴とする原子炉炉内中性子検出器。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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