DE1210093B - Einrichtung zum Messen einer Kernstrahlung - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Messen einer Kernstrahlung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen einer Kernstrahlung, insbesondere des Neutronenflusses in Kernreaktoren mit einer von der nachzuweisenden Strahlung beaufschlagten und für diese empfindlichen Ionisationskammer sowie mit mindestens einem beweglichen Schirm zur periodischen Beeinflussung der in die Kammer einfallenden Strahlung.
• Zur Vermeidung der Schwierigkeiten, die eine betriebssichere Verstärkung des in einer unkompensierten oder kompensierten Ionisationskammer entstehenden, der Neutronenflußdichte proportionalen, sehr kleinen Gleichstromes bereitet, und der Schwierigkeiten hinsichtlich der Nullpunktsstabilität des Gleichstromverstärkers, ist es bekannt, eine Ionisationskammer mit ruhenden und rotierenden Elektrodenplatten (Rotary Plate Ion Chamber) zu verwenden. Die ruhenden Elektrodenplatten der Kammer bestehen aus elektrisch voneinander isolierten Segmenten. Auf den rotierenden Elektrodenplatten ist dieselbe Anzahl Segmente durch sektorförmige, einander gegenüberliegende Borbeläge gebildet, die gleich groß sind und zusammen die halbe Plattenoberfläche bedecken.
• Ein von den Neutronen herrührender Strom fließt also nur zwischen den Segmenten der ruhenden Elektrodenplatten und den sich jeweils an ihnen vorbeibewegenden, mit Bor belegten Bereichen der rotierenden Platten. Infolgedessen entsteht am Ausgang der Meßkammer ein von der Neutronenflußdichte abhängiger, pulsierender Strom. Da andere aus dem äußeren Strahlungsfeld in die Kammer eintretende Strahlen, z. B. schnelle Neutronen und y-Strahlen, sowie a-, ß- und y-Strahlen aus den aktivierten Bestandteilen der Kammer und aus dem natürlichen radioaktiven Zerfall durch die Rotation des drehbaren Systems nicht beeinflußt werden, liefern diese Strahlen nur einen Gleichstromanteil am Ausgang der Kammer.
• Damit auch sehr kleine Ausgangsströme noch einwandfrei der Neutronenflußdichte entsprechen, muß eine solche Kammer mit außerordentlicher Präzision hergestellt sein. Wenn nämlich die Elektrodenplatten nicht genau parallel sind oder durch z. B. vom Antrieb übertragene Schwingungen oder Erschütterungen flattern oder wenn das rotierende System keinen einwandfreien Rundlauf hat, ändert sich die Kapazität zwischen den Elektrodenplatten. Dadurch entsteht zusätzlich ein Wechselstrom, der sich dem Ausgangsstrom der Kammer störend überlagert und das Meßergebnis fälscht. Außerdem kann wegen der mechanischen Kupplung des rotierenden Systems mit dem Antrieb nur eine praktisch offene Ionisationskammer verwendet werden, so daß sich bei Änderungen der Atmosphäre auch die Eigenschaften der Kammer ändern.
• Zur Verstärkung des in einer Ionisationskammer entstehenden, kleinen Gleichstromes sind auch bereits sogenannte Schwingkondensatoren, das sind Kondensatoren mit zwei gegeneinander isolierten Platten, die in mechanische Schwingungen versetzt werden können, in Verbindung mit Wechselstromverstärkern verwendet worden. Die untere Grenze der Brauchbarkeit einer solchen Meßeinrichtung zur Messung des Neutronenflusses ist beim Vorhandensein von Störstrahlungen erreicht, wenn die durch die Störstrahlung erzeugten Meßsignale von der gleichen Größenordnung sind wie das durch den Neutronenfluß erzeugte Meßsignal. Außerdem kann der Schwingkondensator nicht in ein Strahlungsfeld gebracht werden. Infolgedessen werden von den die Ionisationskammer mit dem Schwingkondensator verbindenden Leitungen Gleichstromstörsignale aufgenommen. Hinzu kommt noch, daß Schwingkondensatoren außerordentlich teuer sind.
• Es sind ferner Meßeinrichtungen bekannt, bei denen die nur aus einer Richtung auf die Meßkammer auftreffende Strahlung durch rotierende Schirme periodisch unterbrochen wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernstrahlung, insbesondere den Neutronenfluß beim Wiederanfahren von Reaktoren, zu messen, wenn außer der Kernstrahlung auch Störstrahlung, z. B. y-Strahlung, von hoher Intensität vorhanden ist.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Ionisationskammer mehrere durch Unterteilung von zwei koaxialen Metallzylindern gebildete, elektrisch voneinander getrennte Elektrodenpaare angeordnet sind und der Schirm so ausgebildet ist, daß er bei einer Bewegung je zwei benachbarte Elektrodenpaare periodisch abwechselnd gegen die einfallende Strahlung abschirmt, und daß ferner die Elektrodenpaare derart geschaltet sind, daß die Kammer infolge der Modulation der in sie einfallenden Strahlung einen der Intensität der Strahlung proportionalen Wechselstrom abgibt. Bei dieser Anordnung erzeugt nur die zu messende Kernstrahlung einen Wechselstrom, während die Störstrahlungen Gleichstromsignale liefern. Damit ist es möglich, bei der Anwesenheit von Störstrahlungen kleine Intensitäten der nachzuweisenden Strahlung zu messen. Als Antrieb für den Schirm ist ein normaler Motor verwendet bar, dessen Streufelder vom Meßsystem ferngehalten werdenkönnen. VomAntriebherrührende Schwingungen wirken sich praktisch nicht auf die Elektroden aus, so daß störende Kapazitätsänderungen in der Meßkammer nicht auftreten.
• In den Zeichnungen- ist ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung dargestellt, an Hand dessen die Erfindung im folgenden erläutert wird. Es zeigt F i g. 1 eine Meßkammer im Querschnitt, F i g. 2 ein Beispiel der Schaltung der Elektroden zur Umformung des pulsierenden Stromes in Wechselspannung, F i g. 3 eine vollständige Meßeinrichtung.
• Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Meßkammer besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 17 und beispielsweise vier Elektrodenpaaren 27, 28. Die Elektrodenpaare sind durch Unterteilung von zwei koaxialen Metallzylindern gebildet und elektrisch voneinander getrennt. Mindestens eine Elektrode jedes Elektrodenpaares ist mit einem Borbelag 20 versehen.
• Durch zwei außerhalb des Kammergehäuses 17 rotierende, mechanisch starr miteinander verbundene Schirme 29 aus beispielsweise borhaltigem Material wird die Neutronenstrahlung von den jeweils abgeschirmten Elektrodenpaaren ferngehalten. Zwischen den nicht abgeschirmten Elektrodenpaaren fließt ein dem Neutronenfluß proportionaler Strom. Sind benachbarte Elektrodenpaare entgegengesetzt polarisiert, so wird in der Ionisationskammer ein Wechselstrom erzeugt, dessen Amplitude der Strahlungsintensität proportional ist. An Stelle von vier Elektrodenpaaren und zwei Schirmen können beispielsweise ein Schirm und zwei Elektrodenpaare vorgesehen sein, die abwechselnd abgeschirmt werden. Zur Verhütung mechanischer Schwingungen, die sich nachteilig auf die Kammer auswirken, muß dann der Schirm einen Massenausgleich erhalten. Die Schirme können auch aus Neutronen reflektierendem Material bestehen.
• Es kann auch eine mit Bortrifluorid gefüllte Tonisationskammer verwendet werden.
• Eine mögliche Schaltung ist in F i g. 2 dargestellt.
• Zwischen den äußeren und inneren Elektroden wird eine Gleichspannung aufrechterhalten, deren Polarität bei benachbarten Elektrodenpaaren wechselt. Außer den Elektrodenpaaren 27, 28 und einer Gleichspannungswelle 23 enthält die Schaltung Widerstände 30, 31, Kopplungskondensatoren 32 und eine Verstärkerröhre 26.
• Die Meßkammer kann beispielsweise in einen- entsprechend der deutschen Patentschrift 1 055 145 gestalteten Meßkopf eingebaut sein, dessen Ummantelung aus verschieden wirkenden Schichten, z. B. einer Moderatorsubstanz 21- (D2O, Beryllium oder Kohlenstoff) und einer Reflektorsubstanz 22 (Polyäthylen oder Paraffin) besteht. Neutronen, die in F i g. 3 von rechts kommend in den Moderator des Meßkopfes eintreten, werden dort gebremst, wenn sie nicht schon thermisch sind, und gelangen dann zur Ionisationskammer. Die Meßkammer ist auf einem Stopfen befestigt, mit dem sie zusammen aus dem Meßkopf herausgezogen oder in diesen eingesetzt werden kann.
• Der die..Schirme antreibende Motor 16 ist in den Meßkopf eingebaut.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Messen einer Kernstrahlung, insbesondere des Neutronenflusses in Kernreaktoren, mit einer von der nachzuweisenden Strahlung beaufschlagten und für diese empfindlichen Ionisationskammer sowie mit mindestens einem beweglichen Schirm zur periodischen Beeinflussung der in die Kammer einfallenden Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ionisationskammer mehrere, durch Unterteilung von zwei koaxialen Metallzylindern gebildete, elektrisch voneinander getrennte Elektrodenpaare angeordnet sind und der Schirm so ausgebildet ist, daß er bei einer Bewegung je zwei benachbarte Elektrodenpaare periodisch abwechselnd gegen die einfallende Strahlung abschirmt, und daß ferner die Elektrodenpaare derart geschaltet sind, daß die Kammer infolge der Modulation der in sie einfallenden Strahlung einen der Intensität der Strahlung proportionalen Wechselstrom abgibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Elektrodenpaaren vorhanden ist und benachbarte Elektrodenpaare entgegengesetzt gepolt sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Schirm koaxial zur Kammer zu drehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus Strahlung absorbierendem oder reflektierendem Material bestehende Schirme mit unterschiedlicher Richtung oder/und Geschwindigkeit relativ zueinander bewegbar sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 044 999; britische Patentschrift Nr. 615 562; USA.-Patentschrift Nr. 2 795 704; >Zentralblatt für die gesamte Radiologie(, Bd. 52, 1956, Nr. 1, S. 7; »Zeitschrift für Physik«, Bd. 144, 1956, S. 132 bis 138