KR830001872B1 - 핵 방사선에 불감성인 도전 케이블 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

핵 방사선에 불감성인 도전 케이블

제1도는 본 발명에 따른 케이블의 단면도.

제2도는 그 속에서 합성전류가 순환하는 방사선에 노출된 상이한 재료의 2개층을 도시한 도면.

제3도는 방사선에 노출될 때 제1도의 코어, 절연층 및 케이블을 순환하는 전류를 도시한 도면.

본 발명은 핵 방사선에 불감성인 도전 케이블에 관한 것으로, 특히 원자로의 경우에 열중성자 속이나 고속 중성자속, 감마 방사선 강도, 변형 등과 같은 상이한 물리적 크기의 연속적인 측정에 사용되는 것이다. 일반적으로 이러한 측정은 가끔 원자로 심내에 침잠되는 탐침으로부터 전달되어야 하는 전기 신호를 외부의 제어실 내의 측정 장치로 공급하는 탐침에 의해 행해진다. 사용된 도전 케이블은 가끔 스트랩 또는 누설전류 또는 전압에 의해 방해되며, 특히 원자로심내 또는 노심에 근접하여 위치한 부분의 상기 케이블은 연료에 의해 방출된 방사선, 즉 감마 방사선 포획시 방출되는 전자, 감마선, 비활성 B선 및 중성자 등의 영향을 받는다. 케이블의 조사된 길이가 비교적 크거나 케이블에 비해 탐침이 낮은 감도를 가지면 상당히 심한 방해를 받게 된다. 이러한 방해에 기인하여 예를 들어 고속 중성자 속의 연속측정과 같은 측정을 할 수 있다. 고속로의 안전을 개선하기 위해 알려져야 할 과도 현상의 측정의 문제시에 이러한 방해로 생성된 간섭된 신호는 그 시간에 검출기를 사용할 수 없게한다. 이러한 표류전류 또는 뉴설 전류 및 전압은 열중 성자 속을 일시적으로 측정할 필요가 있으면 대용량의 검출기를 사용할 필요가 있다.

측정장치와 측정 탐침 사이에 신호를 전송하는 케이블의 이러한 과도한 감도를 제거하기 위해 각종 해결책이 모색되고 있다.

케이블 내에 발생한 소음 이외의 유용한 신호를 얻기 위한 이러한 해결책 중의 한개에 따라서 그 치수를 증가함으로써 검출기 감도를 증가시킨다. 그러나 이러한 해결책은 항상 직시될 수는 없으며, 특히 이대형 검출기를 내장하는 데 필요한 공간이 허용되지 않을 때 그러한데 이것도 측정된 방사선장을 방해한다. 그리고 간섭의 원인을 공략하지 않는 이러한 해결책은 예를 들어 고속 중성자 속의 측정을 위해 낮은 상대 감도를 갖는 검출기를 개발할 수 없게 된다.

다른 해결책을 두줄 차폐 도전 케이블을 사용하는 것인데, 2개의 내부 도전체는 동일 간섭전류를 흐르게 하며, 그 중 1개는 검출기에 연결되고, 보상 도전체인 다른 것은 여기에 연결되지 않는다. 검출기와 연결된 도전체에 의해 발생된 신호로부터 보상도 전체의 신호를 감함으로써 케이블 내 발생된 간섭신호가 부분적으로 독립되는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 해결책은 완전하지 못하다. 따라서 2개 신호를 측정하며 그 사이의 차이를 얻고 단일 측정을 행하는 것은 더욱 어렵고 고가이다. 그리고 2개의 유사한 크기를 감함으로써 얻은 크기는 아주 큰 상대오차로부터 고통을 받게 된다는 것을 알 수 있다. 최종적으로 대칭적인 2줄 케이블을 제조하기가 아주 곤란하고 불가능하게 되므로 2개 도전체는 결코 동일한 간섭신호를 공급하지 않으며 하나의 2줄 케이블보다 두개의 1줄 차폐 케이블을 많이 사용하게 된다.

2개의 1줄 차폐 케이블을 사용하는 해결책에서 1개는 측정을 위해서 다른 1개는 보상을 위해서 사용된다. 이러한 해결책은 측정 와이어의 수효를 2배로 하는 주된 결점을 가지며, 그것은 전체치수, 밀봉패키지의 수효 등을 2배고 하여 결국 이 측정장치의 전체 가격을 증가시킨다. 이러한 해결책도 동일한 방사선장 내에 위치하도록 동일 경로를 추종하기 위한 2개의 케이블을 요구한다. 그러나 이러한 제한은 항상 따르지 않으므로 각 1줄 케이블 내에서 상이한 간섭 신호가 발생한다. 최종적으로 2줄 케이블의 경우와 같이 아주 높은 상대 오차를 유도하는 차이를 만들어서 측정을 수행할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 결점을 제거하며 특히 종래의 해결책에서와 같은 2줄 구조 또는 상당한 치수를 갖는 검출기를 사용하지 않는 핵방사선에 불감성인 도전 케이블을 제조하는 것이다. 핵 방사선, 특히 중성자, 감마 방사선 및 외부의 전자에 비교적으로 불감성이 되게 하는 구조를 갖는 본 발명에 따른 도전 케이블에 의해 이러한 문제점이 해결된다.

따라서, 본 발명은 핵 방사선에 불감성인 도전 케이블에 관한 것으로 이것은 1개 이상의 도전 코어와 상기 도전 코어를 둘러싸는 절연 물질의 1개 이상의 층 및 상기 절연층을 둘러싸는 1개 이상 도전 외장으로 구성되고, 여기서 외장의 직경

D, 도전 코어의 직경

B, 절연층의 직경

C의 관계는 다음식과 같다.

상기식에서, F₁은 코어로부터 외장에 도달하는 B^-방사선 단편이며, F₂는 외장으로부터 코어에 도달하는 B^-방사선 단편을 나타내며, 절연물질은 2개 이상의 금속 산화물의 혼합물로 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르므로 외장 및 코어는 금속 또는 합금으로 제조되며 각각은 40 이하의 원자수를 가지며 제한된 중성자 흡수 단면적을 가진다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면 절연층을 구성하는 금속 산화물의 1개 이상의 금속 원소는 외장 및 코어보다 낮은 원자수를 가지며, 다른 상기 금속 원소는 외장 및 코어의 것보다 높은 원자수를 가진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면 절연물질은 적은 중성자 흡수 단면적을 가진다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면 외장과 코어는 적은 망간 함량을 갖는 스텐레스 강으로 제조된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면 절연물은 Mgo, Al₂O₃, Beo, Sro, Nbo, Zro₂로부터 선택된 2개의 금속 산화물을 가진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면 코어와 절연층 사이에 지르코늄 외장층이 배치된다.

이하 첨부 도면의 비제한적인 실시예에 관하여 상세히 서술된다.

제1도는 1개 이상의 도전 코어 (1)와, 상기도전코어를 둘러싸는 절연물질의 1개 이상의 층 (2)및 상기 절연층을 둘러싸는 1개 이상의 도전 외장(3)으로 구성된 본 발명에 따른 동축 케이블을 도시한다.

후술하는 바와같이 핵 방사선에 대한 케이블의 감도를 감소시키기 위해, 절연층(2)과 도전 코어(1) 사이에 금속 외장층(4)을 도입할 수 있다.

이렇게 구성된 케이블이 핵 방사선에 대해 불감성이 되도록 도전 코어(1), 절연층(2) 및 외장(3)의 각직경을

B,

C,

D로 설계하면, 후술하는 바와같이 하기 식을 고려할 필요가 있다.

상기식에서, F₁은 코어(1)로부터 외장 (3)에 도달하는 β^-단편을 나타내며 외장에 도달하기 전에 횡이동 매체의 전송에 상응하며 이것은 2개 이상의 금속 산화물의 혼합물에 의해 형성되는 절연물질 구성층(2)의 특수한 경우이다. 외장(3)으로부터 코어(1)에 도달하는 β^-방사선 단편은 거의 F₂×

와 동등하며, F₂는 또한 코어에 도달하기 전의 횡 이동 매체의 전송이며 α는 외장(3)의 중간 두께에 위치한 M점으로부터 도전 코어(1)가 보여지는 평균각이다. 코어로부터 외장까지 및 외장으로부터 코어까지의 β^-방사선을 평형시키기 위해 코어 또는 외장으로부터 상기 방사능을 방출하는 선원량 Va 및 Vg가 하기식을 따를 필요가 있다.

α가 코어 직경과 외장 평균 직경의 함수로 설계되면,

또한, 선원량 Va를 방사선에 노출된 상기코어의 고려된 길이 h와 코어 직경의 함수로서 표시할 수 있으며, 외장의 선원량 Vg를 케이블을 따른 그 고려된 길이 h와 상기 외장의 내경

C 및 외경

D의 함수로서 표시할 수 있다.

그래서,

위로부터

코어, 절연층 및 외장의 치수는 코어로부터 외장으로 및 외장으로부터 코어로의 β^-방사선 사이의 보상을 하기 위해 이식을 따라야 한다. 이러한 치수는 또한 중성자에 대한 케이블의 감도를 감소시킨다. 도전코어(1)를 둘러싸는 금속 외장(4)에 의해 구성된 내장은 저 에너지 감마 방사선에 대한 케이블의 감도를 감소시킬 수 있다.

진술한 바와 같이 케이블 기하학은 핵 방사선에 불감성인 케이블을 제조하는데 대단히 중요하다. 제2도를 참고하면 사용된 재료의 성질도 역시 감마 방사선에 대한 이 감도를 감소시키는데 대단히 중요하다는 것을 알게 될 것이다. 제2도는 예를 들어, 감마 방사선에 노출된 상이한 재료의 2개층 C₁,C₂를 도시한다. 감마 방사선의 영향하에 표류전류의 형성에 참강하는 2차 전자는 상기 방사선 이하의 에너지 레벨을 가지며 결과적으로 재료내의 적은 경로를 가진다. 전자의 경로가 작으므로 감마 방사선의 영향하에 재료 C₁의 얇은 충만이 재료 C₂내로 전자를 전송할 수 있어서, 전류 I_1-2를 발생하며 역으로 재료 C₁내로 전자를 전송하는 재료 C₂가 전류 I_2-1을 발생한다.

재료 C₁으로부터 재료 C₂로 전송된 전류 I_1-2는 그것으로부터 전자가 재료 C₂로 전송될 수 있는 바디 C₁의 체적 V₁에 비례한다. 이 체적 V₁은 식 V₁=S_1-2·e₁·으로 표시된다. 이 식에서 S_1-2는 재료 C₂와 접하고 있는 재료 C₁의 표면이며, e₁은 전자에 의해 횡 이동될 수 있는 재료 C₁의 두께다. 이 두께는 에너지 E의 전자의 값 R(E)에 비례하며 재료 C₁의 밀도 ρ₁과 재료 C₁의 비율

에 역비례한다. 이 식에서 Z는 재료의 원자번호를 나타내며, A는 그 원자량을 나타낸다. 따라서 다음과 같이 나타낼 수 있다.

I_1-2=K₁R_(E)·S_1-2·

이 식은 에너지 E 또는 단일 에너지 전자의 경우에 적용된다.

전류 I_1-2는 또한 체적 V₁에서 광전 효과와 컴프턴 효과의 확률 μ에 비례한다. 따라서 이것도 다음과 같이 나타낼 수 있다.

u=

이 식에서,

는 흡수 계수(cm²/g)이며, 재료의 성질과 감마 방사선의 에너지에 따라 크게 변한다. 그래서, 그것도 다음과 같이 나타낼 수 있다.

I_1-2=K₁·R_(E)·S_1-2·

최종적으로 재료 C₁으로부터 재료 C₂로 전송된 전류 I_1-2는 에너지 E의 감마 방사선의 선속

_(E)에 비례한다.

제3도는 도전코어(1), 절연층 (2)및 외장(3)의 중첩을 도시한다. 제3도에서 화살표는 코어로부터 절연물로 순환하는 전류 Ia/iso, 절연물로부터 코어로 순환하는 전류 Iiso/a, 절연물로부터 외장으로 순환하는 전류 Iiso/g 및 외장으로부터 절연물로 순환하는 전류 Ig/iso를 나타낸다.

그리고 비례상수 K₂내에서 β 방사선의 그 영향의 결과로서 케이블 내에서 순환하는 전류의 전체 균형을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

I=K₂(I_a/iso-I_iso/a+I_iso/g-Ig/iso)

또는

상기 식에서,

_A는 코어의 외경을,

_g는 외장의 내경을 표시한다. 괄호안의 제1항은 코어를 형성하는 재료에 대한 것이며, 제2및 3항은 절연물을 형성하는 재료에 관한 것이고, 제4항은 익장을 형성하는 재료에 관한 것이다.

이므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

감마 방사선에 대한 도전체의 감도를 감소시키기 위해 상기식은 가능한 영에 근접한 값을 가져야 한다.

이 값을 최소로 하기 위해, 낮은 원자번호를 갖는 재료를 사용함으로써 항 H(E, Zi,

i)을 최소화할 수 있다. 잔류 차동 감도를 감소시키기 위해 코어, 절연물 및 외장을 구성하는 재료가 가능한한 서로 근접한 원자번호를 갖는 것이 필요하다.

외장과 도전 코어를 형성하는 재료(내구성이 있고, 연성과 고온에 대한 저항성이 있어야 하는)는 스텐레스 강이 유리하며, 그 모든 구성 요소는 40미만의 원자번호를 갖는다. 절연물은 MgO, Al₂O₃, BeO, SrO, NbO, ZrO₂로부터 선택된 2개의 금속 산화물로 구성되는 것이 유리하다. 그러나 동축 케이블 내에서 외장의 내면은 코어의 외면보다 필연적으로 커야 한다. 따라서 더 많은 전자가 다른 방향보다도 외장으로부터 코어로 통과한다. 이 부감도는 제거되어야 하며 이 목적으로 다수의 해결책 중에서 하나를 선택할 수 있다. 이중의 하나는 중성자에 대해 낮은 감도를 갖는 높은 원자번호의 재료층을 도전 코어에 외장하는 것인데, 상기층의 재료는 지르코늄(제1도의 층 4)이 양호하다. 외장재료는 또한 큰 감마 방사선 흡수 단면적을 갖는 것이 유리하다. 최종적으로 각기 코어 및 외장(예를 들어 스텐레 스강인)의 그것보다 낮거나 높은 원자번호를 가지며 전술한 2개의 절연물 사이의 잘 개량된 혼합물에 의해 감마 방사선에 대한 케이블의 잔류 감도도 감소시킬 수 있다. 후자의 해결책은 전술한 표현 H(E,Zi,

i)을 없애 버리려는 것이다.

전술한 바와 같이 절연층을 만들기 위해 가장 자주 사용된 금속 산화물은 MgO, Al₂O₃, BeO, SrO, NbO, ZrO₂다. 이 산화물은 열중성자에 대한 감도를 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 작은 흡수 단면적(σc) 및 활성 단면적(σact)을 가지기 때문이다. 광전 또는 컴프턴 효과에 의해 중성자 포획 감마 입자는 코어로부터 외장으로 또는 역으로 전자를 변위시키기 때문에 흥미있는 일이다. 비활성 β^-입자에서도 동일한 현상이 발생한다. 전자 또는 β^-입자의 이 변위는 동시적인 간섭을 구성하며, 낮은 유효 단면적을 갖는 재료의 사용은 중요한 조건이다.

마그네시아 MgO는 하기 유효 단면적을 가진다 : σc=57mb(밑리바안) 및 σ_act=3mb, 알루미나 Al₂O₃도 사용될 수 있으며, 유효 단면적 σ_act=235mb을 가진다. 이것은 아주 높은 온도 저항성의 이점이 있다. 실리카(SiO₂)는 유효 단면적 σ_c=91mb 및 σ_act=3.4mb을 가진다. 스트론튬 산화물(SrO)은 유효 단면적 σ_c=140mb4σ_abt=5mb을 가진다. 최종적으로 무시할 수 있을 정도인 유효 단면적 σ_c=σ_act=9mb을 갖는 산화베릴륨 또는 베릴륨 산화물(BeO), 니오브산화물(NbO) 또는 지르코늄 이산화물(ZrO₂)을 사용할 수도 있다. 따라서 중성자에 대한 그 제한된 감도에 기인하여 베릴륨 산화물은 대단히 유리하다.

코어 및 외장은 스텐레스 강으로 제조될 수 있다. 따라서, 예를 들어 70% 철, 18% 크롬, 10% 니켈 및 1∼2% 망간을 함유하는 스텐레스강은 유효 단면적 σ_c=31.4(바안) 및 σ_act=205b을 갖는다. 그러나 여기서 0.1% 미만의 망간을 함유하는 강의 경유에는 σ_c=2.88mb 및 σ_act=5.74mb가 된다. 따라서 특히 낮은 망간 함량을 갖는 스텐레스강을 도전코어 및 외장에 대해 사용하는 것이 특히 유리하다.

전술한 핵 방사선에 대해 제한된 감도를 갖는 도전 케이블은 검출키로 행해진 핵물리 측정을 개량할 수 있게 한다. 또한 다른 측정장치에 관련된 보상 2줄 케이블의 사용으로부터 독립되게 한다. 그리고 불감시간(특히, 과도 현상의 측정시)을 감소하며, 소음(케이블로부터의) 비율에 대한 낮은 신호(검출기로부터의) 원자로 내에서 측정할 수 있게 한다.

그래서, 예를 들어 본 발명에 따른 케이블이 제조되며, 그 절연물은 각기 외장보다 낮거나 높은 원자번호를 갖는 두 재료의 혼합물로 구성된다. 내부 도전체는 예를 들어 0.09%의 최소의 망간을 함유하는 스텐레스 강이다. 절연물은 예를들어 MgO 중량 50%와 SrO(또는 ZrO₂) 중량 50%로 구성된다. 이 절연물은 0.375mm의 내경과 0.7mm의 외경을 가진다.

외장은 0.7mm내경과 1.2mm 외경을 갖는 내부 도전체에 사용한 것과 동일한 스텐레스 강이다.

전기에서 예시한 치수는 상대적인 조정과(예를 들면, 거의 20%) 큰 절대적 변화(예를 들면, 계수 4까지)를 할 수 있다. 퍼센트도 조정될 수 있다(예를 들면, ±30%).

Claims (1)

1개 이상의 도전 코어, 상기 도전 코어를 둘러싸는 1개 이상의 절연층 및 상기 절연층을 둘러싸는 1개 이상의 도전 외장으로 구성되는 핵 방사선에 대해 불감성인 도전 케이블에 있어서 외장의 직경

D,도전 코어의 직경

B, 절연층의 직경

C가 식

에 의해 연관되며, 상기식에서 F₁은 코어로부터 외장에 도달하는 β^-방사선 단편을 나타내며, F₂는 외장으로부터 코어에 도달하는 β^-방사선 단편을 나타내고 절연 물질이 2개 이상의 금속산화물의 혼합물로 구성되는 핵 방사선에 불감성인 도전 케이블.

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