DE2924972A1

DE2924972A1 - Sich selbst mit leistung versorgender strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2924972A1
Application number: DE19792924972
Authority: DE
Inventors: Richard F Bauer; Norman P Goldstein; N Y Horseheads; Kerwin C Playfoot
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1979-06-21
Publication date: 1980-01-17
Also published as: FR2430022A1; GB2024509B; CA1108776A; US4267454A; JPS556297A; GB2024509A; FR2430022B1; DE2924972C2

Description

. Ernst Stratmann

PATENTANWALT

D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

•Düsseldorf, 20. Juni 1979

47,854
7937

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor

.Die Erfindung betrifft sich selbst mit Leistung versorgende Strahlungsdetektoren, bei denen ein Antriebspotential zur Erzeugung eines einen Strahlungsfluß anzeigenden Signals nicht notwendig ist. Diese Detektoren besitzen zwei im Abstand angeordnete und voneinander elektrisch isolierte Elektroden aus leitfähigen Materialien, die unterschiedliche Reaktion auf Neutronen- und/oder Gammastrahlungsflußpegel zeigen, wie sie innerhalb von Kernreaktoren auftreten. Der typische sich selbst mit Leistung versorgende Detektor ist ein einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisendes röhrenförmiges Glied mit einer zentralen Emitterelektrode und einer im Abstand zum Emitter durch eine Isolationseinrichtung angeordneten koaxialen äußeren Kollektorelektrode.

Das Material der Emitterelektrode ist typischerweise ein Material mit hohem Neutronenquerschnitt, falls es sich um einen Neutronendetektor handelt, während das Kollektroelektrodenmaterial Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt darstellt. Über diesen Elektroden wird aufgrund der unterschiedlichen Neutronenfangeigenschaft von Emitter und Kollektor eine unterschiedliche elektrische Ladung erzeugt und infolgedessen ergibt sich über

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der Isolationseinrichtung auch eine unterschiedliche Elektronenladung und Elektronenwanderung. Diese Elektronenladung wird extern gemessen und zeigt eine Abhängigkeit von dem Neutronenfluß.

Für einen Gammaflußdetektor gelten die gleiche Struktur und die gleichen allgemeinen Prinzipien, wobei jedoch die Materialien bezüglich ihrer unterschiedlichen Gammaempfindlichkeit ausgewählt werden. In fast allen Fällen stellt die äußere Kollektorelektrode ein hermetisch abgedichtetes Glied mit hoher Temperaturfestigkeit und niedrigem Neutronenquerschnitt dar und besteht aus einem Metall oder einer Metallegierung, wie z.B. der mit der Bezeichnung "Inconel" versehene Stahl, der hohen Nickelgehalt aufweist."Inconel" ist ein mit dieser Handelsmarke versehenes Material der Firma International Nickel Co.

Eas Emitterelektrodenmaterial wird hinsichtlich seiner Wechselwirkungseigenschaften mit der Strahlung ausgewählt, wobei die am häufigsten verwendeten Materialien RKodium und Kobalt sind. Diese Materialien besitzen keine besonders vorteilhafte mechanische Duktilität, sondern sind ziemlich spröde. Dies macht die Herstellung von zuverlässigen Detektoren recht kompliziert.

Das herkömmliche Herstellungsverfahren für derartige sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren umfaßt den Beginn mit einem koaxialen Körper von verhältnismäßig großem Durchmesser und die langsame Verringerung der Abmessungen des Detektors und der Elektrodendicke durch wiederholtes Tiefziehen oder Bearbeiten im Gesenk. Bei jedem Tiefzieh- oder Gesenkbearbeitungsschritt läuft die Detektoranordnung durch einen kleineren Formsatz, bis die gewünschten Detektorabmessungen erreicht sind. Bei diesem Vielfachffiefzieh- oder Gesenkbarbeitungsherstellungsverfahren bricht der zentrale Emitter, wenn er aus Rhodium und/oder Kobalt oder einem anderen derartig wenig duktilen Material besteht, oft in elektrisch voneinander isolierte Segmente, so daß er nicht mehr als Detektor verwendbar ist.

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In der US-Patentschrift 3 940 627 wird ein sich selbst mit Leistung versorgender Detektor beschrieben, der eine zylindrische Emitterelektrode aus neutronenempfindlichem Material aufweist, mit einem Metallmantel oder Metallrohr aus nicht auf Neutronen reagierenden Material wie rostfreiem Stahl, der um das Emittermaterial herum angeordnet ist. Dieser Metallmantel stört die Gammaenergie, die von der verzögerten Beta-Strom-Komponente ausgelöst wird, bezüglich des DetektorStroms, um ein genaueres Neutronensignal für den Detektor zu erhalten.

In der US- Patentanmeldung 909 418 umfaßt der sich selbst mit Leistung versorgende Detektor eine Abschirmschicht auf der Außenseite einer zylindrischen Emitterelektrode und eine Abschirmschicht auf der Innenseite einer koaxialen röhrenförmigen Kollektorelektrode. Ein gammaflußempfindlicher sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor mit einer rohrförmigen Emitterelektrode, die Isoliereinrichtungen aufweist, wird in der US Patentanmeldung 911 578 gelehrt. Die entsprechenden deutschen Patentanmeldungen tragen die Aktenzeichen ...

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der bekannten sich selbst mit Leistung versorgenden Detektoren dahingehend, daß sich die Herstellung wesentlich vereinfachen läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs, also durch einen länglichen, sich selbst mit Leistung versorgenden Detektor der Bauart, bei der ein elektrisches Signal als Funktion des auftreffenden Strahlungsflusses erzeugt wird, der mit voneinander isolierten im Abstand koaxial angeordneten Leitern in Wechselwirkung tritt, welche Leiter unterschiedliche Strahlungswechselwirkungseigenschaften besitzen, wobei der Leiter mit der höheren Strahlungswechselwirkung eine zentrale Emitterelektrode ausmacht, während der Leiter mit geringerer Strahlungswechselwirkung eine rohrförmige koaxiale Kollektroelektrode bildet, und wobei die Emitterelektrode rohrförmig ist und ein duktiler leitfähiger Zentraldraht längs der Längsachse des Detektors innerhalb

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der rohrförmigen Emitterelektrode angeordnet ist und in innigem elektrischen Kontakt mit der rohrförmigen Emitterelektrode steht.

Die Erfindung umfaßt auch ein Herstellungsverfahren für einen länglichen, sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektor der· Art, bei der ein elektrisches Signal als Funktion des einfallenden Strahlungsflusses erzeugt wird, welcher mit isolierend im Abstand koaxial zueinander angeordneten Leitern in Wechselwirkung tritt, die unterschiedliche Strahlungswech.se lwirkungseigenschaften aufweisen. Das Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrensschritte: (a) Liefern eines länglichen duktilen leitfähigen Zentraldrahtes innerhalb einer länglichen rohrförmigen Emitterelektrode eines Materials mit hoher Strahlungswechselwirkungseigenschaft; (b) Anordnen einer Isoliereinrichtung um den langgestreckten rohrförmigen Emitterkörper; (c) Anordnen einer langgestreckten rohrförmigen Kollektrorelektrocfe koaxial um die rohrförmige Emitterelektrode und der Isolation gegenüber dieser, wobei die rohrförmige Kollektorelektrode aus einem Material gebildet wird, das eine geringere Strahlungswechselwirkungseigenschaft besitzt; Und (d) Tiefziehen der gemäß den Verfahrensschritten (a), (b) und (c) geschaffenen langgestreckten Anordnung um den Durchmesser zu verringern und die Anordnung weiter zu verlängern und auf diese Weise den sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektor zu erzeugen, wobei der duktile leitende Zentraldraht die Stütze für die rohrförmige Emitterelektrode darstellt und mit dieser in innigem elektrischen Kontakt steht.

Der erfindungsgemäße sich selbst mit Leistung versorgende Detektor besitzt eine Struktur, die zu einem bedeutsamen Herstellungsvorteil führt, so daß selbst dann, wenn das Material der Emitterelektrode spröde ist oder eine niedrige Duktilität aufweist und deshalb reißt, sich immernoch ein zuverlässig arbeitender Detektor ergibt. Ein zentraler, leicht tiefziehbarer oder im Gesenk bearbeitbarer und verhältnismäßig duktiler leitender Stützdraht ist längs der Longitudinalachse des Detektors angeord-

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net. Die Emitterelektrode ist ein rohrförmiger Körper aus einem Leiter, der einen hohen Neutronenquerschnitt oder hohe Gammawechselwirkungswahrscheinlichkeit aufweist und stets in innigem elektrischen Kontakt mit dem stützenden Zentraldraht ist. Das Zentraldrahtmaterial wird hinsichtlich seiner Duktilität ausgewählt und dient als der Leiter, der an einem Ende des Detektors mit dem koaxialen Signalkabel elektrisch verbunden ist, das an entfernter Stelle außerhalb des Reaktors mit der Meßeinrichtung in Verbindung steht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines sich selbst mit Leistung versorgenden Detektors; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch den Detektor der Fig. 1 längs der Linie II-II.

In den Figuren 1 und 2 ist ein sich selbst mit Leistung versorgender Detektor 10 dargestellt, der aus einem Zentraldraht oder -Leiter 12 besteht, der längs der Longitudinalachse des Detektors angeordnet ist, des weiteren aus einer rohrförmigen Emitterelektrode 14, die um den Zentraldraht 12 herum angeordnet ist und von dieser getragen wird. Der Zentraldraht 12 und der rohrförmige Emitter stehen in innigem elektrischem Kontakt miteinander. Zwischen dem rohrförmigen Emitter 14 und einer koaxialen äußeren Kollektorelektrode 18 ist eine Isoliereinrichtung 16 angeordnet.

Der zentrale Drahtleiter 12 besteht aus einem verhältnismäßig duktilen leitfähigen Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt und hoher Temperaturfestigkeit, wie einem Stahl mit hohem Nickelgehalt, z.B. Inconel-Stahl. Die rohrförmige Emitterelektrode wird aus einem Material mit hohem Elektronenquerschnitt gebildet,

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wie beispielsweise Rhodium oder Kobalt. Die Isoliereinrichtung 16 besteht typischerweise aus hochkompaktiertem Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder anderem derartigem Isoliermaterial mit hoher Temperatur- und Strahlungsfestigkeit. Die Kollektorelektrode ist aus einem Leiter mit niedrigem Neutronenquerschnitt und hoher Temperaturfestigkeit gebildet, beispielsweise aus Inconel-Stahl, wie es auch beim Zentraldraht der Fall war.

Die Detektorstruktur kann dadurch hergestellt werden, daß zunächst ein rohrförmiger Körper aus Rhodium oder Kobalt beschafft wird, beispielsweise von den Firmen Inglehart Industries oder Kulite Tungsten Corp. In den rohrförmigen Körper wird der zentrale Stützdraht aus Inconel-Stahl eingeführt. Diese Unteranordnung wird dann in das rohrförmige Kollektorelektrodenglied aus Inconel-Stahl angeordnet, und zwar mit einer Isoliereinrichtung aus Aluminiumoxid, die die Teile voneinander im Abstand hält. Die Anordnung kann dann wiederholt tiefgezogen oder im Gesenk bearbeitet werden, um die Abmessungen bis zu dem gewünschten Ausmaß zu verringern. Dieses Tiefziehen oder im Gesenk bearbeiten stellt sicher, daß der rohrförmige Emitter sich in innigem elektrischem Kontakt mit dem zentralen Stützdraht befindet, wobei der duktile Zentraldraht den spröden rohrförmigen Emitter stützt.

Der Detektor könnte alternativ dadurch hergestellt werden, daß mit dem duktilen Zentraldraht begonnen wird und pulvriges leitfähiges Material wie Rhodium oder Kobalt auf den Zentraldraht mittels geeigneter Sintertemperatur und Sinterungszeit aufgesintert wird. Der weitere Zusammenbau sowie das Tiefziehen oder im Gesenk bearbeiten zur Herstellung des Detektors wird dann in der oben bereits beschriebenen Weise fortgesetzt.

Der erfindungsgemäße Detektor ist an ein koaxiales Verbindungskabel 20 Elektrisch angeschlossen und mit diesem hermetisch abdichtend verbunden. Die erfindungsgemäße Detektorstruktur und der Zentraldraht 22 des koaxialen Verbindungskabels können als Zentraldraht des Detektors innerhalb des Emitters dienen.

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Es besteht keine Notwendigkeit, eine elektrische Verbindung zwischen dem Detektoremitter und dem Verbindungskabel herzustellen, was bei Detektorkonstruktionen gemäß dem Stand der Technik immer ein Problem gewesen ist. Die äußere Kollektorelektrode 18 des Detektors wird an den röhrenförmigen äußeren Mantel 24 des Koaxialkabels 20 Elektrisch angeschlossen und an diesen hermetisch abdichtend angebracht. Die Isolationseinrichtungen 26 werden zwischen dem Zentraldraht 22 und dem äußeren Mantel 24 des Koaxialkabels vorgesehen.

Der sich selbst mit Leistung versorgende Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt beispielsweise einen äußeren Gesamtdurchmesser, der von 1,65 bis 3,81 mm reicht. Für einen Detektor mit dem kleineren Durchmesser, der innerhalb des Reaktorkerns leicht untergebracht werden kann, besitzt der Zentraldraht oder Zentralleiter einen Durchmesser, der von 0,17 bis 0,254 mm reicht. Der rohrförmige Emitter besitzt einen typischen äußeren Durchmesser von 0,508 mm, die Isoliereinrichtung ist etwa 0,254 mm dick, und die rohrförmige Kollektorelektrode besitzt eine Dicke, die von 0,254 bis 0,381 mm reicht. Für Detektoren mit größerem Durchmesser müßten die verschiedenen Teile entsprechende größere Abmessungen aufweisen.

Der erfindungsgemäße Detektor kann empfindlich gegenüber Neutronen oder gegenüber Gammastrahlen sein, wobei diese Empfindlichkeit im wesentlichen durch die Wahl des Emittermaterials bestimmt wird. Die Funktion des Detektors beruht auf den unterschiedlichen Strahlungswechselwirkungseigenschaften der Materialien von Emitterelektrode und Kollektorelektrode, wodurch ein elektrisches Signal oder Potential zwischen diesen im Abstand isoliert voneinander angeordneten erzeugt wird, wobei dieses Signal bzw. Potential eine Funktion des einfallenden Strahlungsflusses ist. Bei einem neutronenempfindlichen Detektor wird der rohrförmige Emitter aus einem Material mit hohem Neutronenquerschnitt hergestellt. Ein gammaempfindlicher Detektor wird dadurch geschaffen, daß der rohrförmige Emitter aus einem Material gebildet wird, das eine hohe Gammawechselwirkungswahrscheinlichkeit aufweist.

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ES/zn 3

Claims

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 i. Ό C. 4 ö I JL.

Düsseldorf, 20. Juni 1979

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Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Pate η t a η s ρ r ü ehe;

Langgestreckter, sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor der Bauart, bei der ein elektrisches Signal als Funktion des einfallenden Strahlungsflusses erzeugt wird, der mit isoliert voneinander im Abstand angeordneten koaxialen Leitern in Wechselwirkung tritt, welche unterschiedliche Strahlungswechselwirkungseigenschaften besitzen, wobei der Leiter mit der größeren Strahlungswechselwirkung eine zentrale Emitterelektrode und der Leiter mit der geringeren Strahlungswechselwirkung eine rohrförmige koaxiale Kollektorelektrode bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode (14) rohrförmig ist und daß ein duktiler leitender Zentraldraht (12) längs der Longitudinalachse des Detektors (10) innerhalb der rohrförmigen Emitterelektrode (14) angeordnet ist und mit dieser in innigem elektrischem Kontakt steht.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Emitterelektrode (14) aus Rhodium oder Kobalt gebildet ist.
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentraldraht (12) aus Stahl mit hohem Nickelgehalt gebildet ist, der eine niedrige Strahlungswechselwirkung besitzt.

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POSTSCHECK₁BERLINWESt(BLZ 10010010) 132736-109· DEUTSCHEBANK(BLZSOOTOOiO) 61602S3
4. Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (10) mit einem koaxialen Verbindungskabel

(20) elektrisch verbunden und an dieses hermetisch dicht angeschlossen ist, und daß der zentrale Leiter (22) des koaxialen Verbindungskabels (20) über das Kabel (20) sich hinaus erstreckt und den Zentraldraht (12) des Detektors

(10) bildet.
5. Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten, sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektors der Art, bei der ein elektrisches Signal als Funktion des einfallenden Strahlungsflusses erzeugt wird, der mit isoliert im Abstand zueinander angeordneten koaxialen Leitern in Wechselwirkung tritt, die unterschiedliche Strahlungswechselwirkungseigenschaften besitzen, nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch

(a) Liefern eines langgestreckten duktilen leitenden Zentraldrahtes innerhalb einer langgestreckten rohrförmigen Emitterelektrode aus einem Material, das eine hohe Strahlungswechselwirkungseigenschaft besitzt;

(b) Anordnen von Isoliereinrichtungen um den langgestreckten rohrförmigen Detektorkörper;

(c) Anordnen einer langgestreckten rohrförmigen Kollektorelektrode koaxial um die rohrförmige Emitterelektrode und isoliert davon, wobei die rohrförmige Kollektorelektrode aus einem Material gebildet wird, das geringere Strahlungswechselwirkungseigenschaften aufweist, und

(d) Tiefziehen oder Bearbeiten im Gesenk der langgestreckten gemäß den Verfahrensschritten (a), (b) und (c) hergestellten Anordnung, um den Durchmesser des so gebildeten sich selbst mit Leistung versorgenden Detektors zu verringern und seine Länge zu vergrößern, wobei der duktile leitende Zentraldraht eine Stütze für die rohrförmige Emitterelektrode bildet und mit dieser in innigem elektrischem Kontakt steht.

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Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der duktile Zentraldraht von einer Erstreckung des duktilen leitenden Zentraldrahtes eines koaxialen Signalkabels gebildet wird.

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