KR100314901B1 - Self powered neutron detector for atomic power plant - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A self powered neutron detector for an atomic power plant is provided to variously select a material of an emitter to design the self powered neutron detector and increase a life and a detecting efficiency. CONSTITUTION: A self powered neutron detector has a multiple tube shape. The self powered neutron detector is formed by an assembly of an order of an external accumulating member(51), an external insulator(52), a hollow emitter element(53), an internal insulator(54), and an internal accumulating member(55). The hollow emitter element(53) increase an escape probability of a beta particle. The internal insulator(54) is formed by an aluminum oxide. The beta particle is transferred to the internal insulator(54). The hollow emitter element(53) includes one of a silver(Ag), a platinum(Pt), or a cobalt(Co).

Description

원자력 발전소용 자기 출력형 중성자 검출기 및 그의 제조방법Magnetic output neutron detector for nuclear power plant and its manufacturing method

본 발명은 원자력 발전소용 자기출력형 중성자 감시장치의 설계 및 그의 제조기술에 관한 것으로서, 특히 원자력발전소용 자기출력형 중성자 검출기, 그 검출기를 설계하기 위한 알고리듬, 특성시험방법 및 검출기의 제조방범에 관한 것이다.The present invention relates to the design and manufacturing technology of a magnetic output neutron monitoring device for a nuclear power plant, and more particularly, to a magnetic output neutron detector for a nuclear power plant, an algorithm for designing the detector, a characteristic test method and a manufacturing security of the detector will be.

현재 원자력 발전소에서 원자로 내의 전체 파워와 위치에 따른 출력분포, 그리고 연소도를 측정하기 위한 장치로서 자기출력형 중성자 검출기가 쓰이고 있으나 중성자 검출에 따른 전류값이 낮고 응답시간이 길며 수명이 짧아 자주 교체하여야 하는 단점이 있다.At present, a self-powered neutron detector is used as a device to measure the output distribution and the combustion degree according to the total power, position, and combustion in a nuclear power plant. However, due to the low current value, long response time, and short life, it should be replaced frequently. There is a disadvantage.

종래 사용하던 로디움(Rh)을 사용한 자기출력형 중성자 검출기(Self Powered Neutron Detector)는 로디움 에미터(emitter)물질의 중성자 포획반응 원리에 의해 작동된다. 로디움에 입사된 중성자는 포획되어 베타(Bata)붕괴를 거치면서 에미터를 이탈한 만큼의 충분한 에너지를 가진 고에너지의 전자를 방출한다. 방출된 전자는 산화알루미늄(Al2O3) 절연체(Insulator)를 거쳐 전하 집적체(Collector)에 모여지고 에미터에 부착된 전기도선(Conductor)에는 양전하가 생성된다. 생성된 양전하는 에미터에서 중성자 흡수율에 비례하는 전류를 생성한다. 전류신호는 광전자 흡수반응, 콤프톤 산란반응 및 쌍전자 생성에 의해 약 6%가 발생되고, 로디움 104의 베타붕괴에 의해 87%, 그리고 로디움 104m의 이중 붕괴에 의해 약 7%가 발생된다. 베타 붕괴는 결국 시간에 따라 로디움의 연소를 가져오고 이로 인하여 계측기의 민감도 저하를 초래한다.Self-powered neutron detectors using rhodium (Rh), which are conventionally used, are operated by the principle of neutron capture reaction of rhodium emitter material. The neutrons that enter the rhodium are trapped and undergo a beta decay, releasing high-energy electrons with enough energy to leave the emitter. The emitted electrons are collected in a charge collector through an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) insulator, and a positive charge is generated in an electric conductor attached to the emitter. The resulting positive charge produces a current proportional to the neutron absorption in the emitter. The current signal is generated about 6% by photoelectron absorption, compton scattering, and dipole formation, 87% by beta decay of rhodium 104, and about 7% by double decay of rhodium 104m. . Beta decay eventually leads to combustion of rhodium over time, which in turn causes a decrease in the sensitivity of the instrument.

기존의 에미터와 절연체 그리고 집적체가 밀집(Solid)된 형상을 가진 검출기는 제조가 용이하다는 장점은 있으나 중성자 입자에 의해 생성된 전자가 로디움에흡수되지 않고 집적체에 전달되는 이탈확률(Escape probability)이 적어 생성 전류치가 작아지는 단점이 있었다.Conventional emitters, insulators, and detectors with integrated solids have the advantage of ease of manufacture, but the escape probability that electrons generated by neutron particles are transferred to the aggregates is not absorbed by the rhodium. There is a disadvantage that the generated current value is small due to the small number of.

따라서, 본 발명자들은 기존의 검출기가 가지고 있는 단점을 개선하기 위해 검출에 쓰이는 소자의 변경과 검출기의 형상 변경을 통해,상대적으로 짧은 응답시간과 큰 전류치를 얻을 수 있는 개선된 자기출력형 중성자 검출기를 설계하는 방법과 극소형 검출기를 경제적으로 제조할 수 있는 방법 등을 개발하고자 하였다.Therefore, the present inventors have improved the magnetic output type neutron detector that can obtain a relatively short response time and a large current value by changing the element used for detection and the shape of the detector to improve the disadvantages of the existing detector. We tried to develop a design method and a method to economically manufacture a miniaturized detector.

본 발명의 제1의 목적은 에미터의 재질을 다양하게 선택해서 자기출력형 중성자 검출기를 설계할 수 있는 알고리즘을 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide an algorithm capable of designing a magnetic output neutron detector by selecting various materials of an emitter.

본 발명의 제2의 목적은 에미터에 있어서 베타입자 비흡수(이탈)확률 계산 알고리듬과 중성자 검출기형상에 따른 특성시험방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a characteristic test method according to a beta particle non-absorption (leaving) probability calculation algorithm and neutron detector shape in the emitter.

본 발명의 제3의 목적은 장수명화하고 검출효율을 높이고 신호증폭을 위한 주변의 전자회로를 간단히 할 수 있는 극소형 검출기 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide an ultra-small detector and a method of manufacturing the same, which can increase the lifespan, increase the detection efficiency, and simplify the peripheral electronic circuit for signal amplification.

도 1은 감시 시스템 전체 구성도,1 is an overall configuration diagram of the monitoring system,

도 2a 및 도 2b는 자기출력형 중성자 검출기 구조도 및 검출원리도,2A and 2B are a schematic diagram of a magnetic output neutron detector and a detection principle thereof;

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 개선된 형상의 튜브형 검출기 구조도 및 특성 비교표,3a and 3b is a structural diagram and characteristic comparison table of an improved shape according to the present invention,

도 4는 다중 튜브형상을 가진 극소형 검출기 연속 제조장치.Figure 4 is a micro detector continuous manufacturing apparatus having a multi-tube shape.

※ 도면부호의 설명 ※※ Explanation of drawing code ※

50…검출기. 51…외부집적체. 52…외부절연체.50... Detector. 51... External aggregates. 52... External insulator.

53…에미터. 54…내부절연체. 55…내부집적체.53... Emitter. 54... Internal insulator. 55... Internal aggregate.

100…에미터 인출부. 101…하부고정대. 102…가압부.100... Emitter outlet. 101... Lower Fixture. 102... Pressurization.

103…레버 104…실린더 105…산화알루미늄의 분말.103... Lever 104.. Cylinder 105.. Powder of aluminum oxide.

106…제조장치의 본체. 107…에미터 고정부.106... Main body of the manufacturing apparatus. 107... Emitter fixture.

108…전극. 109…튜브고정부. 110…에미터 보호부.108... electrode. 109... Tube fixing. 110... Emitter Protection.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원자력 발전소용 자기출력형 중성자 감시장치의 검출기에 있어서, 상기 검출기는 다중 튜브형상으로 이루어지고, 또한 상기 튜브 형상의 외측에서 내측 중심 방향으로 외부 집적체(51), 외부절연체(52), 에미터(53), 내부절연체(54), 내부집적체(55)의 순의 집합체로 이루어지고, 상기 에미터는 베타입자의 이탈확률을 증가시키기 위해 그의 중심속이빈 형태로 이루어지고, 상기 내부절연체는 산화알루미늄으로 이루어지며, 상기 베타입자는 상기 내부집적체로 전달되는 구조로한다.In order to achieve the above object, the present invention is a detector of a magnetic output neutron monitoring device for a nuclear power plant, the detector is made of a multi-tube shape, and the outer integrated body (in the direction of the inner center from the outside of the tube shape) 51), an outer insulator 52, an emitter 53, an inner insulator 54, and an inner aggregate 55, in which the emitter has its center velocity in order to increase the probability of release of the beta particles. It is made of a hollow form, the inner insulator is made of aluminum oxide, the beta particles are to be delivered to the inner aggregate structure.

또한, 상기 에미터소자는 은(Ag), 백금(Pt) 또는 코발트(Co)중의 어느 하나를 포함한다.In addition, the emitter element includes any one of silver (Ag), platinum (Pt), and cobalt (Co).

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 검출기의 에미터와 전극을 고정하는 고정부, 상기 에미터를 둘러싸는 절연체를 형성하도록, 상기 절연체재료를 미세공간내에 충진시키는 충진부와 상기 에미터와 절연체로 형성된 검출기를 연속적으로 이송시키는 이송부를 포함하며, 상기 검출기가 다중 튜브형상으로 형성된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fixing part for fixing the emitter and the electrode of the detector, a filler for filling the insulator material into the microcavity to form an insulator surrounding the emitter and the emitter and And a transfer unit for continuously transferring a detector formed of an insulator, wherein the detector is formed in a multi-tube shape.

또한, 상기 충진부는 재료자체의 중량에 의한 압력충진방식으로 형성하였다.In addition, the filling part was formed by a pressure filling method by the weight of the material itself.

먼저 본 발명의 실시예를 설명하기 전에 본 발명의 개요에 대해 설명한다.First, the outline of the present invention will be described before explaining the embodiments of the present invention.

본 발명자들은 다양한 재질의 에미터물질을 실제 제작 전에 성능평가를 통하여 에미터로서의 적절성을 확인하고 긴 수명의 검출기를 제작토록 하기 위하여 몬테칼로 방법을 이용한 자기 출력형 중성자 검출기의 설계방법을 도입하여 검출기 소자가 중성자와 반응하여 연소됨에 따른 민감도 변화량을 계산하는 알고리듬을 개발하였다.The present inventors introduced the design method of the magnetic output type neutron detector using Monte Carlo method to confirm the adequacy of the emitter through the performance evaluation before the actual production of the emitter material of various materials and to make the detector with a long life. We developed an algorithm that calculates the amount of sensitivity change as a device reacts with a neutron and burns.

또한 수치적분을 이용하여 특정 물질이 중성자와 반응하여 붕괴에 따른 베타 감마선의 생성량을 계산하고 중성자의 분포량을 계산하는 알고리듬을 개발하였다.We also developed an algorithm that calculates the amount of beta gamma rays generated by decay and reacts with neutrons using numerical integration.

또, 자기 출력형 중성자 검출기의 늦은 응답시간과 단수명의 단점을 극복할 수 있는 새로운 방법과 신물질을 개발하였다.In addition, new methods and new materials have been developed to overcome the short response time and short life of the magnetic output neutron detector.

또, 큰 전류를 생성시키기 위해 기존의 접착제 방식의 검출기 방식에서 튜브타입의 검출기로 형상을 바꾸어 설계, 제작하는 방법에 대해서도 개발하였다.In addition, in order to generate a large current, a method of designing and manufacturing by changing a shape from a conventional adhesive method of a detector type to a tube type detector was also developed.

종래 사용되던 로디움(Rh)을 사용한 자기출력형 중성자 검출기(Self Powered Neutron Detector)는 로디움 에미터(emitter)물질의 중성자 포획반응 원리에 의해 작동된다.Self-powered neutron detectors using rhodium (Rh), which are conventionally used, are operated by the neutron capture reaction principle of rhodium emitter materials.

발생되는 전류신호는 광전자 흡수반응, 곰프톤 산란반응 및 쌍전자 생성에 의해 약 6%가 발생되고, 로디움 104의 베타붕괴에 의해 87%, 그리고 로디움 104m의 이중 붕괴에 의해 약 7%가 발생된다.The generated current signal is generated about 6% by photoelectron absorption reaction, gompton scattering reaction and dipole formation, 87% by beta decay of rhodium 104, and about 7% by double decay of rhodium 104m. Is generated.

베타붕괴는 결국 시간에 따라 로디움의 연소를 가져오고 이로 인하여 계측기의 민감도 저하를 초래한다. 따라서, 기존의 물질인 로디움과 바나디움 대신 은(Ag109)을 사용한다면 열중성자 반응 단면적이 적어지는 효과를 거둘수 있고 또한 백금(Pt)과 코발트(Co)등의 감마선 민감형 소재를 사용할 경우와 같이 장수명을 가진 검출기를 제작할 수 있다. 그러나, 이들 소재를 사용할 경우 단위 면적당 전류 생성치가 적어져 검출효율이 작아지는 단점이 있다. 전류치는 중성자 또는 감마선 조사량에 비례하여 발생하는 전자가 얼마나 효과적으로 에미터에 흡수되지 않고 집적체(Collector)에 전달되는 가에 비례한다.Beta decay eventually leads to combustion of rhodium over time, which in turn causes a decrease in the sensitivity of the instrument. Therefore, if silver (Ag 109 ) is used instead of the existing materials such as rhodium and vanadium, the cross-sectional area of the thermal neutron reaction can be reduced and gamma-sensitive materials such as platinum (Pt) and cobalt (Co) can be used. Likewise, a detector with a long life can be manufactured. However, when these materials are used, the current generation value per unit area decreases, which reduces the detection efficiency. The current value is proportional to how effectively the electrons generated in proportion to the neutron or gamma radiation dose are delivered to the collector rather than absorbed by the emitter.

전자의 이탈확률은 에미터와 집적체 사이의 임계거리에 좌우되는 위치의존적관계가 있으므로 만일 검출기의 튜브식으로 바꾼다면 전류치가 38%정도 상승하는 효과를 가져와 검출효율을 높이고 신호증폭을 위한 전자회로를 간단히 할 수 있는 장점이 있다.The probability of electron departure is dependent on the critical distance between the emitter and the integrated body. Therefore, if the tube type of the detector is changed, the current increases by about 38%, increasing the detection efficiency and improving the electronic circuit for signal amplification. There is a simple advantage.

또한, 다양한 재료를 검출기 소재로 사용하려면 위에서 설명한 민감도와 전자, 감사선의 생성량 그리고 생성위치 등이 계산되어야 한다. 이와 같은 설계변수를 계산하기 위한 방법으로서 몬테칼로 확률방법을 이용한 알고리듬을 본 발명자들이 개발하였다.In addition, in order to use a variety of materials as the detector material, the sensitivity and electrons, the amount of generation of the audit line, and the location of the radiation described above must be calculated. As a method for calculating such a design variable, the present inventors have developed an algorithm using the Monte Carlo probability method.

원자력 발전소에 사용하는 단위 검출기의 총직경은 0.076㎝로서 0.0254㎝의 절연체 두께와 에미터의 두께 0.0253㎝등 극소형으로 제작되며 상대적으로 높은 전류치를 얻을 수 있어야 하므로 이에 대한 제조방법을 개발하였다. 즉, 기존의 에미터, 절연체, 집적체가 분포되어 있는 구조에서 에미터의 중심을 속이 빈 실린더형으로 가공하여 절연층과 2차 집전극으로 성형 가공하는 방법이 개발되었다.The total diameter of the unit detector used in the nuclear power plant is 0.076cm, which is manufactured in a very small size such as an insulator thickness of 0.0254cm and an emitter thickness of 0.0253cm and a relatively high current value has to be obtained. That is, in the structure where the emitter, the insulator, and the integrated body are distributed, a method of forming a hollow cylindrical shape of the emitter by forming an insulating layer and a secondary collecting electrode has been developed.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 상용 원자력 발전소에서 사용되는 노내 중성자속 감시 시스템의 전체구성도이다. 도 1에 있어서, (1)은 핵연료(2)를 내장한 원자로, (3)은 핵연료내에 있는 검출기 집합체,(4)는 원자로(1)을 격납하는 격납용기의 벽체, (5)는 핵연료(2)에 내장된 검출기 집합체(3)으로부터의 검출신호를 전달하는 신호선, (6)은 신호선(5)를 통해 전달된 검출신호를 수짐하는 검출신호 데이타 수집장치, (7)은 데이터 수집장치(6)으로부터의 데이타를 리드하여 처리하는 컴퓨터이다.1 is an overall configuration diagram of a furnace neutron flux monitoring system used in a commercial nuclear power plant. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a reactor in which nuclear fuel 2 is embedded, numeral 3 denotes a detector assembly in a nuclear fuel, numeral 4 denotes a wall of a containment vessel containing nuclear reactor 1, and numeral 5 denotes a nuclear fuel ( 2 is a signal line for transmitting a detection signal from the detector assembly 3 embedded in 2), (6) is a detection signal data collecting device for receiving a detection signal transmitted through the signal line 5, and (7) a data collecting device ( A computer that reads and processes data from 6).

제1도의 구성은 하기와 같이 기능한다. 즉, 핵연료(2)의 중앙에 위치한 안내관에 설치된 중성자의 검출기 집합체(3)은 중성자원자로 압력경계인 밀봉장치를 거쳐 소내감시계통(Plant Monitoring System)에 신호선(5)를 통해 입력변수로서 연결된다. 소내 감시계통 전산기인 데이타 수집장치(6)과 컴퓨터(7)은 원자로에 설치된예를들어 45개의 검출기 신호를 입력받아 노내 검출기 신호처리 프로그램에 의한 신호처리를 거치게 된다. 이 신호는 노심운전 제한치 감시계통의 프로그램에 사용 되어 선형열출력 여유도와 반경방향 중성자속 분포등을 계산하여 원자로 운전에 사용하게 된다.The configuration of FIG. 1 functions as follows. That is, the detector assembly 3 of the neutrons installed in the guide tube located in the center of the nuclear fuel 2 is connected as an input variable to the plant monitoring system via a signal line 5 through a sealing device which is a pressure boundary as a neutron resource. . The data collection device 6 and the computer 7, which are the on-site monitoring system computers, receive 45 detector signals, for example, installed in a nuclear reactor, and undergo signal processing by an internal detector signal processing program. This signal is used in the core operation limit monitoring system to calculate the linear thermal output margin and the radial neutron flux distribution and use it for reactor operation.

도 2a는 도 1에 도시된 검출기 집합체(3)에 있어서, 자기출력형 중성자 검출기 구조도를 나타내고, 도 2b는 검출원리를 나타낸 도면이다.FIG. 2A shows a structure diagram of a magnetic output neutron detector in the detector assembly 3 shown in FIG. 1, and FIG. 2B shows a detection principle.

도 2a에 있어서, (21)은 밀봉장치, (22)는 로디움 검출기, (23)은 신호용 케이블, (24)는 백그라운드 중성자 검출기, (25)는 종단장치, (26)은 열전대, (27)은 교정 안내관, (28)은 집합체 외부튜브, (29)는 절연체를 나타낸다.In Fig. 2A, reference numeral 21 denotes a sealing device, 22 a rhodium detector, 23 a signal cable, 24 a background neutron detector, 25 a terminator, 26 a thermocouple, and 27 ) Denotes a calibration guide tube, 28 denotes an aggregate outer tube, and 29 denotes an insulator.

또, 도 2b에 있어서, (30)은 에미터, (31)은 절연체, (32)는 집적체를 나타낸다. 즉, 도 2에서는 5개의 로디움 검출기(22)와 백그라운드 검출기(24), 노심출구 열전대(26), 밀봉장치(21) 등으로 구성되어 있으며, 핵연료 전장길이의 10%에서 90%까지의 중성자속과 핵연료 출구온도를 측정하게 된다. 로디움 검출기(22)는 에미터(30), 절연체(31)과 집적체(32)로 구성되어 있으며, 에미터(30)과 집적체(32)는 신호선(5)으로 연결되어 중성자속에 비례하는 전류신호가 출력된다.In Fig. 2B, reference numeral 30 denotes an emitter, 31 denotes an insulator, and 32 denotes an integrated body. That is, in FIG. 2, it is composed of five rhodium detectors 22, a background detector 24, a core outlet thermocouple 26, a sealing device 21, and the like, and a neutron of 10% to 90% of the nuclear fuel length. The core and fuel outlet temperatures are measured. The rhodium detector 22 is composed of an emitter 30, an insulator 31, and an integrated body 32, and the emitter 30 and the integrated device 32 are connected by a signal line 5 to be proportional to the neutron flux. A current signal is output.

도 3a는 본 발명에 따른 검출기의 구조도이고, 도 3b는 에미터로서 Ag109와 Rh103을 사용한 경우의 특성비교도이다.3A is a structural diagram of a detector according to the present invention, and FIG. 3B is a characteristic comparison diagram when Ag 109 and Rh103 are used as emitters.

도 3a에 있어서, (50)은 본 발명에 따른 검출기, (51)은 외부집적체, (52)는 외부 절연체, (53)은 에미터, (54)는 내부절연체, (55)는 내부집적체이다.In Fig. 3A, reference numeral 50 denotes a detector according to the present invention, 51 denotes an external collector, 52 denotes an external insulator, 53 denotes an emitter, 54 denotes an internal insulator, and 55 denotes an internal collection. It is backlog.

도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 튜브방식의 검출기(50)은 에미터(53)의 중심방향에서 상, 하방향으로 이동할 때에도 이탈확률변화가 적으나 기존의 방식은 축방향으로 위치를 변경시킬 때 최고 11배 정도의 이탈확률 차이가 발생해 핵연료의 축방향 중성자속 검출에 상대적으로 정확도가 적은 것으로 나타나고 있다.As can be seen in Figure 3b, the tube-type detector 50 according to the present invention has a small change in the probability of departure even when moving from the center direction of the emitter 53 up and down, but the existing method in the axial direction Up to 11 times of deviation probability occurs when the position is changed, indicating relatively less accuracy in detecting axial neutron flux of the fuel.

도 4는 본 발명의 다중튜브형상을 가진 극소형 검출기 연속 제조장치를 도시한 도면이다.4 is a view showing a micro detector continuous manufacturing apparatus having a multi-tube shape of the present invention.

도 4에 있어서, (100)은 본 발명에 따른 검출기 연속제조장치로서의 에미터 인출부, (101)의 에미터 인출장치의 하부고정대, (102)는 가압부, (103)은 레버, (104)는 실린더, (105)는 산화알루미늄의 분말, (106)은 제조장치의 본체, (107)은 에미터 고정부, (108)은 전극, (109)는 튜브고정부, (110)은 에미터 보호부이다.In Fig. 4, reference numeral 100 denotes an emitter extractor as a detector continuous manufacturing apparatus according to the present invention, a lower fixture of an emitter extractor of 101, 102 a presser, 103 a lever, 104 ) Is cylinder, 105 is aluminum oxide powder, 106 is main body of manufacturing apparatus, 107 is emitter fixing part, 108 is electrode, 109 is tube fixing part, 110 is Emmy Protector.

도 4에 있어서, 본 발명에 따른 다중 튜브형상의 극소형 검출기(50)은 인코넬 재질의 튜브와 에미터소자 그리고 산화 알루미늄의 절연체 등으로 구성된다. 그러나, 소재와 소재간의 두께가 약 0.25㎜정도로서 에미너(53)과 절연체, 그리고 튜브간의 정렬이 종래의 방법으로는 곤란하였다. 본 발명에 따른 도 4의 장치는 에미터(53)과 전극(108)을 고정하는 에미터 고정부(107)과 산화알루미늄분말(105)를 미세 공간에 충진시키기 위한 충진부와 전장 검출기를 연속적으로 제조하기 위한 수동 이송부로 크게 나눌 수 있다.In FIG. 4, the multi-tube shaped micro detector 50 according to the present invention is composed of an Inconel tube, an emitter element, and an insulator of aluminum oxide. However, since the thickness between the raw material and the raw material is about 0.25 mm, the alignment between the emitter 53, the insulator, and the tube is difficult by the conventional method. The apparatus of FIG. 4 in accordance with the present invention continuously comprises an emitter fixing part 107 for fixing the emitter 53 and an electrode 108 and a filling part and an electric field detector for filling the aluminum oxide powder 105 in the microcavity. Can be divided largely into a manual feed for manufacturing.

이하, 도 4에 따라 본 발명의 검출기(50)를 제조하는 방법을 설명한다. 먼저, 에미터소자는 전, 후면에 순간 용접방법을 사용하여 전극을 만들게 되고 검출기 연속 제조장치에 의해 튜브형태로 제작하기 위한 공정에 들어간다. 본 발명에 따른 제조장치의 산화알루미늄 자동충진부는 가압부(102), 레버(103), 실린더(104)로 구성되고 상기 내부집적체(55)를 에미터 튜브의 정중앙에 위치시켜야 하므로 체적감소 방법대신 중량물에 의한 지렛대 방식의 충진방식(정밀한 추의 무게와 지렛대의 힘점과 작용점의 길이에 비례한 힘이 분말에 가해지는 구조)으로서 산화알루미늄분말(105)과 징크스텔라이트 분말을 일정 비율로 혼합시킨 다음, 실린더에 의해 상기 지렛대 원리를 이용한 압력을 산화알루미늄분말과 징크스텔라이트 분말을 일정비율로 혼합시킨 혼합물에 가하므로서 튜브 내로 충진된다. 그리고, 본 발명에 따른 열을 받을경우 휘발성이 있는 징크스텔라이트 성분은 절연층의 소결시 분해되어 증발되므로 검출기(50)의 재질의 요드성분에 의한 베타방출은 발생되지 않는다. 산화알루미늄분말(105)가 충진된 에미터는 튜브 고정부(109)에서 인코넬 튜브와 접속되며 전체 길이의 검출기형상이 갖춰진 후 소결공정으로 들어가게 된다.Hereinafter, a method of manufacturing the detector 50 of the present invention according to FIG. 4 will be described. First, the emitter element is made of an electrode by using the instantaneous welding method on the front, rear, and enters the process for manufacturing in the form of a tube by the detector continuous manufacturing apparatus. Aluminum oxide automatic filling part of the manufacturing apparatus according to the present invention is composed of a pressing portion 102, the lever 103, the cylinder 104, and the inner body 55 must be located in the center of the emitter tube volume reduction method Instead, the filling method of the lever method by the heavy material (structure in which the weight is applied to the powder in proportion to the weight of the precision weight and the force point and the length of the action point) is mixed with the aluminum oxide powder 105 and the zinc sterite powder in a certain ratio. Then, the cylinder is filled into the tube by applying the pressure using the lever principle to a mixture of aluminum oxide powder and zinc sterite powder in a proportion. In addition, when receiving heat according to the present invention, the volatile zinc stellite component is decomposed and evaporated during sintering of the insulating layer, and thus beta emission by the iodine component of the material of the detector 50 does not occur. The emitter filled with the aluminum oxide powder 105 is connected to the Inconel tube at the tube fixing part 109 and is provided with a detector shape of full length and then enters the sintering process.

절연체가 충진된 검출기는 와전류 발생코일이 스파이럴 형태로 감겨진 전기로에서 완전 소결된 후, 밀봉 접속코넥터를 붙이기 위한 공정에 들어가 완성된다.The detector filled with the insulator is completely sintered in an electric furnace in which the eddy current generating coil is wound in a spiral form, and then enters a process for attaching a sealing connection connector.

다음에, 다양한 재질의 에미터를 사용하여 검출기를 설계하기 위한 전산 알고리듬의 개발에 대해 설명한다.Next, the development of computational algorithms for designing detectors using emitters of various materials will be described.

자기출력형 중성자 검출기의 핵심재질인 에미터를 기존의 로듐에서 신소재로 쉽게 변경시킬 수 있도록 하기 위해 사용대상 에미터 물질에 대한 중성자 초기 민감도와 중성자와 반응하여 연소됨에 따라 민감도의 변화량을 계산하도록, 본 발명자들은 개인용 컴퓨터를 이용한 알고리듬을 개발하였으며 그 내용은 다음과 같다.In order to easily change the emitter, which is the core material of the magnetic output neutron detector, from the existing rhodium to the new material, calculate the change in sensitivity as the neutron initial sensitivity for the emitter material to be used and the reaction with the neutron are burned. The inventors have developed an algorithm using a personal computer, the contents of which are as follows.

만일 검출기의 형상이 실린더형을 가지고 있으며 열중성자(에너지 : 0.024ev)를 측정하기 위한 목적으로 사용한다면 검출기의 출력을 나타내는 식 1은 다음과 같다.If the detector has a cylindrical shape and is used for the purpose of measuring thermal neutrons (energy: 0.024ev), Equation 1 representing the detector's output is as follows.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 Ⅰ : 열중성자에 의한 검출기 출력, Ⅴ : 에미터의 체적(πR2L),Where I is the detector output by thermal neutron, V is the volume of emitter (πR 2 L),

EΒ: 에미터의 붕괴에 의해 방출되는 베타입자의 에너지,E Β : energy of the beta particles released by the collapse of the emitter,

ε(EΒ,r ) : 검출기의 위치(r)에 비례하는 베타입자 에너지의 탈출확률,ε (E Β , r): probability of escape of beta particle energy proportional to the position (r) of the detector,

P(EΒ) : 베타에너지의 정규분포, NRb(r) : 에미터의 밀도.P (E Β ): Normal distribution of beta energy, N Rb (r): Emitter density.

또, 검출기의 감도를 계산하는 일반적인 공식은 다음과 같다.In addition, the general formula for calculating the sensitivity of the detector is as follows.

[식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 S : 검출기의 감도[A/nv-㎝], Φ0: 검출기 부근에서의 열중성자속Where S: sensitivity of detector [A / nv-cm], Φ 0 : thermal neutron flux near detector

fn(r) : Φ0로 정규화된 중성자속 분포f n (r): Neutron flux distribution normalized to Φ 0

또한, 만일 위치변수와 에미터의 직경에 비례한 밀도 그리고 초기값이 각각 정해진다면, 검출기의 감도 계산식은 다음과 같이 시간 종속적인 베타입자 생성률항과 시간 비종속적인 베타 비흡수 확률 항으로 나누어 간단하게 표시될 수 있다.In addition, if the density and initial value are proportional to the position variable and the diameter of the emitter, respectively, the sensitivity calculation of the detector is simplified by dividing the time-dependent beta particle production rate term and the time-independent beta non-absorption probability term as follows. Can be displayed.

[식 3][Equation 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

또한, 시간과 위치에 종속관계에 있는 베타 생성률을 계산하기 위해서는 시간의존적인 중성자속의 분포를 계산해야 한다. 에미터에 사용되는 물질의 중성자 흡수단면적은 산란 단면적에 비해 상대적으로 크므로 중성자의 확산은 고려할 필요가 없다. 본 발명에서는 실용적으로 사용할 수 있는 다음의 식 4를 이용한 베타 생성률 계산 알고리듬을 개발하였다.In addition, in order to calculate the beta production rate that is dependent on time and location, the distribution of time-dependent neutron flux must be calculated. The neutron absorption cross-sectional area of the material used in the emitter is relatively large compared to the scattering cross-sectional area, so neutron diffusion does not need to be considered. In the present invention, a beta production rate calculation algorithm was developed using the following Equation 4.

[식 4][Equation 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서 Ø(r,0) : 베타 입자 생성률, Φ0: 검출기 부근에서의 열중성자 속,Where Ø (r, 0): beta particle production rate, Φ 0 : thermal neutron flux in the vicinity of the detector,

x : 실린더형 에미터 표면에서 국부위치 r까지의 열중성자 이송경로,x: thermal neutron transport path from the cylindrical emitter surface to the local position r,

∑ : 거시적 중성자 흡수 단면적∑ macroscopic neutron absorption cross section

다음에, 본 발명에 따른 베타 입자 비흡수(이탈)확률 계산 알고리듬과 검출기 형상에 따른 특성시험방법을 설명한다.Next, a beta particle non-absorption (departure) probability calculation algorithm and a characteristic test method according to the detector shape will be described.

중성자를 흡수한 에미터는 쿨롱반응에 의해 에너지를 발생하게 되며 에너지의 궤적은 에미터로부터 근거리인 경우는 직선운동을 하다가 점차 거리가 멀어짐에 따라 지그재그 운동을 하면서 에너지를 잃게 된다. 에너지를 완전히 상실하게 되면 최종 정지위치는 에미터내부, 집적체 그리고 절연층의 세 영역으로 구분할 수 있으며 이 정지위치를 계산해야 최적의 검출기 형상 설계가 가능하다. 베타에너지가 얇은 전기적 절연층에서 정지되는 경우 에너지는 절연층에 공간전하를 축적시키며 정전기장과 포텐셜을 생성하게 된다. 일정한 시간 뒤 축적된 전하는 검출기의 전기적 비저항이 유한하기 때문에 축적되는 전하량은 포화되며 포화된 후에는 에미터로 베타입자를 돌려보내거나 집적체에 전달하게 된다. 따라서 베타입자의 비흡수(이탈)확률은 베타입자가 정지하기 전 절연층의 임계거리를 빠져나가는 확률로 정의될 수 있으며 이 확률계산은 다양한 베타입자의 경로를 확률적으로 계산해야 하므로 본 발명에 따른 알고리듐은 몬테칼로 중성자 및 입자 수송 계산코드를 사용하여 확률을 계산한다. 이 계산결과에 의해 베타입자의 생성위치와 절연체 및 집적체의 형상에 대한 설계 및 특성계산이 가능하며 검출기의 중성자조사에 의한 특성시험을 수행하지 않고도 검출기 제작전에 성능을 확인할 수 있다.Emitters absorbing neutrons generate energy by the Coulomb reaction, and the trajectory of energy loses energy by zigzag movement as it moves away from the emitter in a straight line. When energy is lost completely, the final stop position can be divided into three areas: the emitter interior, the integrated body, and the insulating layer. The stop position must be calculated for optimal detector shape design. When beta energy is stopped in a thin electrically insulating layer, the energy accumulates space charge in the insulating layer and generates an electrostatic field and potential. Since the charge accumulated after a certain time is finite in the electrical resistivity of the detector, the accumulated charge is saturated, and after saturation, the beta particles are returned to the emitter or transferred to the integrated body. Therefore, the non-absorption (deletion) probability of the beta particles can be defined as the probability of exiting the critical distance of the insulating layer before the beta particles stop, and this probability calculation needs to calculate the paths of various beta particles stochastically. Algorithm according to the calculation using the Monte Carlo neutron and particle transport calculation code. The calculation results allow the design and characterization of the beta particle formation position and the shape of the insulator and the integrated body, and the performance can be verified before the detector is manufactured without performing the characteristic test by neutron irradiation of the detector.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 원자력발전소용 자기출력형 중성자 감시장치에 있어서, 다양한 재질의 에미터를 사용할 수 있고, 또 그 사용수명을 연장시킬 수 있으며, 검출효율을 높이고, 신호증폭을 위한 주변의 전자회로를 간단히 할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the magnetic output neutron monitoring device for nuclear power plants, emitters of various materials can be used, and the service life thereof can be extended, the detection efficiency can be increased, and the signal amplification can be used. Peripheral electronic circuits can be simplified.

또한 본 발명에 의하면, 극소형 중성자 검출기를 연속하여 제조할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to continuously manufacture a microminiature neutron detector.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변경가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.

Claims (2)

원자력 발전소용 자기출력형 중성자 감시장치의 검출기에 있어서,In the detector of the magnetic output neutron monitoring device for nuclear power plants, 상기 검출기는 다중 튜브형상으로 이루어지고 또한 상기 튜브 형상의 외측에서 내측 중심 방향으로 외부 집적체(51), 외부절연체52), 에미터(53), 내부절연체(54), 내부집적체(55)의 순의 집합체로 이루어지고,The detector has a multi-tubular shape and is formed from an outer integrator 51, an outer insulator 52, an emitter 53, an inner insulator 54, and an inner collector 55 from the outside of the tubular shape to the inner center direction. Made up of a sequence of 상기 에미터는 베타입자의 이탈확률을 증가시키기 위해 그의 중심속이 빈 형태로 이루어지고,The emitter is hollow in its center to increase the probability of release of beta particles, 상기 내부절연체는 산화알루미늄으로 이루어지며,The internal insulator is made of aluminum oxide, 상기 베타입자는 상기 내부집적체로 전달되는 것을 특징으로 하는 검출기.The beta particles are detectors, characterized in that delivered to the internal aggregate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에미터소자는 은(Ag), 백금(Pt) 또는 코발트(Co)중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.And the emitter element comprises one of silver (Ag), platinum (Pt) or cobalt (Co).
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