DE2324383C3

DE2324383C3 - Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung mit einem für Neutronen und γ -Strahlung empfindlichen Detektor

Info

Publication number: DE2324383C3
Application number: DE19732324383
Authority: DE
Inventors: Jean Le Combs La Ville Breton; Raymond Marcoussis Prigent; Claude Antony Renard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1979-12-13
Also published as: FR2184399A1; DE2324383B2; FR2184399B1; IT986315B; DE2324383A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung ist bekannt (vgl. »IEEE-Transactions on Nuclear Science«, Vol. NS-14, 1966, Nr. 1, S. 360-364). Wenngleich die bekannte Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung dazu vorgesehen ist, lediglich Neutronen zu erfassen, nicht aber y-Strahlen, ergibt sich insbesondere durch die Verwendung eines BF₃-ZUhI-rohrs, daß zwangsläufig auch y-Strahlen erfaßt werden. Ein von dem Detektor kommender Strom wird zunächst in Impulse umgeformt und verstärkt in einem Kondensator integriert, der über einen Widerstand und ein Potentiometer ständig entladen wird. Die Ladezeitkonstante des Kondensators hängt somit von den Widerstandswerten ab. Bei geringer Dosisleistung reicht nun der dem Kondensator zugeführte Strom nicht mehr aus, um diesen aufzuladen, weshalb die Dosisleistung einen Mindestwert überschreiten muß.

^r> Liegt aber die Dosisleistung unter diesem Wert, kann durch die. bekannte Überwachungseinrichtung nicht mehr das Überschreiten einer Dosis erfaßt werden, da nämlich der Kondensator praktisch unendlich lange braucht, bis er ausreichend aufgeladen ist. Wenn die

ι <> Dosisleistung größer als der genannte Mindestwert ist, wird der Kondensator aufgeladen und wenn dessen Klemmenspannung einen vorgegebenen Wert erreicht, wird ein Schaltglied, nämlich ein Transistor, durchgeschaltet, wodurch der Kondensator entladen

π wird, wobei der Entladestrom zum Auslösen eines Alarmsignals verwendet wird. Bei der bekannten Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung wird also zunächst das Überschreiten der Dosisleistung und dann das Überschreiten der Dosis erfaßt.

2Ii Die allgemeinen Bedingungen für das Auslösen von Kritikalitätsalarmen, insbesondere zur Vermeidung von Reaktorunfällen, sind bekannt (vgl. »Nuclear Engineering«, März 1966, S. 184-188). Dabei werden auch Schwellenwerte für Dosis und Dosisleistung an-

r> gegeben sowie über gemeinsame und getrennte Erfassung von langsamen Neutronen und y-Strahlen berichtet.

Schließlich ist es auch bekannt (vgl. DE-OS 1564271), mittels eines einen für Neutronen und ei-

iii nen für y-Strahlung empfindlichen Szintillator aufweisenden Szintiliationsdetektors Signale für y-Strahlung und für langsame Neutronen zu erfassen, wobei jedoch die Signale aufgrund verschiedener charakteristischer Abklingzeiten in einer Diskriminator-

n schaltung getrennt werden.

Zur Vermeidung von Reaktorunfällen ist es jedoch günstiger, wenn zunächst das Überschreiten des Grenzwertes einer Dosis erfaßt wird und ersi anschließend das Überschreiten des Grenzwertes einer

4Ii Dosisleistung, d.h. es soll zunächic die gesamte auf den Detektor einwirkende Strahlungsdosis bestimmt werden, da es wesentlich ist, das Reaktorpersonal vor gefährlicher Bestrahlung zu schützen und zwar unabhängig von der Art der Strahlung (Neutronen oder

4) y-Strahlung).

Es ist also Aufgabe der Erfindung, die Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ihre Neutronenempfindlichkeit und ihre y-Strahlungsempfindlichkeit in

-<<! einem gewünschten Verhältnis zueinander stehen und daß ein Ausgangssignal nur dann abgegeben wird, wenn die Überschreitung des Dosisleistungs-Grenzwortes nach vorheriger Überschreitung des Dosis-Grenzwertes erfolgt.

-,-, Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst. Die Erfindung wird durch das Merkmal nach dem Anspruch 2 weitergebildet.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Überwa-

Mi chungseinrichtung ist es also möglich, durch geeignetes Abstimmen der Bauelemente des Detektors der sich dem Detektor anschließenden Auswerteschaltung eine Information über die empfangene y-Strahlung und die empfangenen langsamen Neutronen zu

ι,-, geben, deren Verhältnis zueinander durch vom jeweiligen Einzelfall gegebene Bedingungen bestimmbar ist. Da dabei außerdem zunächst das Überschreiten des Grenzwertes der Dosis erfaßt wird und erst daran

anschließend das Überschreiten eines Grenzwertes der Dosisleistung, wird erhöhte Reaktorsicherheit erreicht. Dabei ist das vom Detektor der Auswerteschaltung zugeführte Signal ein Maß für die Gesamtstrahlung im zu überwachenden Bereich. Die erfindungsgemäß ausgebildete Überwachungseinrichtung ist darüber hinaus sehr einfach, da nämlich lediglich der integrierende Bestandteil der Integrationsschaltung abgetrennt wird, wenn das Überschreiten des Dosis-Grenzwertes erfaßt worden ist, wobei im übrigen die gleiche Schaltungsanordnung zum Erfassen der Dosisleistung verwendet wird. Darüber hinaus stört, nachdem einmal der Dosis-Grenzwert überschritten worden ist und die Überwachungseinrichtung demzufolge nunmehr die Dosisleistung auswertet, das Nichtberücksichtigen der nach diesem Zeitpunkt empfangenen Dosis nicht mehr, da ja ein die bereits empfangene Gesamtdosis erhöhender Dosisanteil stets oberhalb des Dosis-Grenzwertes bleiben würde.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbesspiels näher erläutert. Die dargestellte Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung enthält einen Szintillationsdetektor 1 und eine Integrationsschaltung 2.

Der Szintillationsdetektor 1 setzt, sich aus einer Fotozelle 3, die in an sich bekannter Weise eine von einer Niederspannung V₀ (z. B. 15 V) gespeiste Fotokathode 4 und eine Anode S aufweist, und aus einer Szintillatoranordnung zusammen.

Die Szintillatoranordnung besteht aus zwei Elementen, nämlich aus einem für y-Strahlung empfindlichen Plastszintillator 6 und einem für langsame Neutronen empfindlichen Szintillator 7, der Bor enthält, wobei die beiden Elemente von einem Moderatormantel 8, z. B. aus Polyäthylen, umgeben sind.

Die Integrationsschaltung 2 enthält in bekannter Weise einen Kondensator 9 und einen Widerstand 10. Ein Schalter 11 erlaubt das Abtrennen des Kondensators 9 aus der Integrationsschaltung 2. Ein Impedanzwandler-Vtretärker 12 verbindet die Integrationsschaltung 2 mit einer Schwellenwertschaltung 13, die an eine geeignete Logikschaltung 14 angeschlossen ist, die selbst nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Diese Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung arbeitet folgendermaßen:

Der Plastszintillator 6 erfaßt die y-Strahlung von einer Quelle S und der Bor enthaltende Szintillator 7 die Neutronen von derselben Quelle S, Der Moderatormantel 8 aus Polyäthylen bewirkt ein Gleichge-

·"> wicht zwischen diesen beiden empfangenen Dosen, und zwar aufgrund einer bestimmten Wahl des Verhältnisses der Dicken des Moderatormantels 8 und des Plastikszintillators 6.

Wenn der Schalter 11 der Integrationsschaltung 2

ι» geschlossen ist, erfaßt die Schwellenwertschaltung 13 das Überschreiten des aus Sicherheitsgründen zulässigen Grenzwertes der Dosis, wobei sie dann ein Signal F, abgibt, das durch die Logikschaltung 14 verarbeitet wird.

Ii Nachdem auf diese Weise ein Überschreiten des Grenzwertes erfaßt worden ist, trennt die Logikschaltung 14 den Kondensator 9 durch öffnen des Schalters 11 von der Integrationsschaltung 2 ab, und falls der Grenzwert der Dosisleistung überschritten wird,

-" wird dies über den alleine verbliebenen Widerstand 10 der Integrationsschaltung 2 erfaßt und wird ein entsprechendes Signa! F₂ von der Logikschaltung 14 verarbeitet. Es werden also global die Neutronen und die y-Strahlung erfaßt und das Signal durch die Logik-

-'"> schaltung 14 an eine (nicht dargestellte) Alarmeinrichtung üblichen Aufbaus nur dann weitergegeben, wenn die Logikschaltung 14 nacheinander das Signal F₁ und dann das Signal F₂ empfangen hat.

In der Praxis kann die erfindungsgemäß ausge-

«I bildete Überwachungseinrichtung nach dem 2-aus-3-Verfahren angewendet werden.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung hat den Vorteil, daß im wesentlichen gleichzeitig die Neutronen und die y-

i> Strahlung erfaßt wird, wobei die Gefahr einer ungerechtfertigten Auslösung eines Alarmsignals infolge einer Störung viel geringer ist als bei bekannten Überwachungseinrichtungen.

Der Plastszintillator 6, der mit dem Bor enthal-

u> tenden Szintillator 7 verklebt ist, besitzt z. B. eine Dicke von 0,6 cm, während der aus Polyäthylen bestehende Moderatormantel 8, der zur Verbesserung des Ansprechensdes Plastikszintillators 6 auf Neutronen dient (das Verhältnis der y-Strahlungsdosis zur

J-. Neutronendosis beträgt etwa 7 für ein Spaltneutronenspektrum), eine Dicke von 3 cm aufweist.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung, mit einem für Neutronen und y-Strahlung empfindlichen undvon einem Moderatormantel umgebenen Detektor, mit einer einen Kondensator, einen Widerstand sowie einen Schalter aufweisenden Integrationsschaltung, die aus dem der Dosisleistung entsprechenden Detektorsignal ein Dosis-Signal ableitet und mit einer das Überschreiten der Integrationsspannung am Kondensator der Integrationsschaltung erfassenden und mit einer Logikschaltung verbundenen Schwellenwertschaltung, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn sowohl ein der Dosisleistung entsprechendes Signal als auch ein der Dosis entsprechendes Signal einen jeweils vorgegebenen Grenzwert überschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11) derart in der Integrationsschaltung (2) liegt, daß bei betätigtem Schalter (11) der Kondensator

(9) unwirksam gemacht ist und nur der Widerstand

(10) zur Verarbeitung des Detektorsignals wirksam bleibt, daß die Logikschaltung (14) derart ausgebildet und mit dem Schalter (11) verbunden ist, daß sie den Schalter (11) bei Empfang eines von der Schwellenwertschaltung (13) bei Überschreiten des Grenzwertes der Dosis abgegebenen Signals (F₁) betätigt und bei anschließendem Empfang eines von derselben Schwellenwertschaltung (13/ beim Überschreiten des Grenzwertes der Dosisleistung al. ge geb. ,len Signals ( F₂) das Ausgangssignal abgibt, daß der Detektor (1) ein Szintillationsdetektor mit eine- -■ für γ-Strahlung empfindlichen Plastszintillator (6) und einem für langsame Neutronen empfindlichen Szintillator (7) ist, und daß zum Abgleich zwischen Neutronen- und y-Strahlungsempfindlichkeit die Dicken des Moderatormantels (8), des Plastikszintillators (6) und des für Neutronen empfindlichen Szintillator (7) aneinander angepaßt sind.
2. Kritikalitäts-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für langsame Neutronen empfindliche Szintillator (7) Bor enthält.