DE2925003A1

DE2925003A1 - Sich selbst mit leistung versorgender strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2925003A1
Application number: DE19792925003
Authority: DE
Inventors: Norman P Goldstein; 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: 1980-01-10
Also published as: CA1108777A; GB2024508B; US4237380A; GB2024508A; FR2430023A1; FR2430023B1; JPS556295A

Description

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT 29250Ö3

D-4OOO DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9

püsseldorf, 2O. Juni 1979

47,883
7938

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

Sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungs detektor

• Die Erfindung betrifft sich selbst mit Leistung versorgende Strahlungsdetektoren, wie sie zur Messung der Strahlung innerhalb des Kerns von Nuklearreaktoren verwendet werden. Mit der Bezeichnung "sich selbst mit Leistung versorgend" soll zum Ausdruck gebracht werden, daß der Detektor kein äußeres Antriebspotential für seinen Betrieb braucht, wie es beispielsweise bei Ionenkammern oder anderen derartigen herkömmlichen Strahlungsdetektoren der Fall ist. Sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren besitzen typischerweise eine kompakte, rauhe Behandlung vertragende Rohrstruktur mit kleinem Durchmesser, die in den Reaktorkern in einfacher Weise eingebracht werden kann.

Sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren des Standes der Technik bestehen im wesentlichen aus einer Koaxialkonstruktion mit einem zentralen Leiter, der als Emitterelektrode bezeichnet wird und von einem äußeren rohrförmigen Leiter isoliert ist, der als Kollektorelektrode bezeichnet wird. Emitter- und Kollektorelektrode werden aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, die signifikant unterschiedliche Empfindlichkeiten oder Wechselwirkungen mit dem Strahlungsfluß aufweisen, der

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bei einem Nuklearreaktor ein Neutronenfluß oder Gammafluß ist. Die Enütter- und Kollektorelektrodenmaterialien werden hinsichtlich ihrer relativen Neutronen- oder Gammaflußwechselwirkungseigenschaften ausgewählt. Ein auf Neutronen reagierender sich selbst mit Leistung versorgender Detektor wird in der US-PS 39 40 627 beschrieben, er besitzt eine um eine zylindrische Emitterelektrode angeordnete Metallschicht. Die Metallschicht ist verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Neutronen und die Metallschicht und der Emitter sind elektrisch miteinander verbunden. Durch diese Struktur wird der Effekt von Störsignalen verringert, die mit dem Neutronenfluß in keinem Zusammenhang stehen. In der US-PS 40 08 399 wird ein Strahlungsdetektor beschrieben, der aus zwei konzentrischen, röhrenförmigen Kollektorelektrodenteilen besteht, die dazu dienen, eine gammakompensierte Einrichtung zu schaffen.

Der erhebliche Vorteil von sich selbst mit Leistung versorgenden Detektoren liegt in ihrer gegenüber bisher bekannten Strahlungsdetektoren hohen und lang andauernden Zuverlässigkeit, doch besitzen sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren im allgemeinen eine niedrigere Empfindlichkeit, was ihre Anwendung begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Empfindlichkeit von sich selbst mit Leistung versorgenden Detektoren zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, also durch einen sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektor, bei dem ein den Strahlungsfluß anzeigendes elektrisches Signal zwischen im Abstand zueinander angeordneten Elektroden, nämlich einer ersten Emitterelektrode und einer zweiten Kollektorelektrode infolge unterschiedlicher Strahlungswechselwirkungen des einfallenden Strahlungsflusses auf die erste Emitterelektrode und die zweite Kollektorelektrode erzeugt wird. Die erste Emitterelektrode ist dabei aus einem rohrförmigen leitenden Material gebildet, während die zweite Kollektorelektrode aus einem zentralen Leitungsteil besteht,

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das innerhalb der rohrförmigen ersten Emitterelektrode koaxial angeordnet ist, wobei eine Isoliereinrichtung zwischen den Elektroden liegt und ein äußerer rohrförmiger Teil koaxial um die rohrförmige erste Emitterelektrode angeordnet ist, mit einer Isoliereinrichtung dazwischen, und wobei der zentrale Leiterteil und der äußere Rohrteil miteinander elektrisch verbunden sind und die zweite Kollektorelektrode bilden.

Der leitende zentrale Kollektorelektrodenteil sammelt Ladung, die von dem rohrförmigen Emitter nach innen wandert, um in dem Emitterkollektorkreis einen Strom zu erzeugen. Dieser Strom addiert sich zu dem herkömmlichen Selbstversorgungsstrom, der durch den Ladungsfluß erzeugt wird, welcher von dem Emitter zürn äußeren rohrförmigen Kollektorelektrodenteil gerichtet ist. Auf diese Weise ist die Signalempfindlichkeit um ein Mehrfaches höher als für herkömmliche sich selbst mit Leistung versorgende Konstruktionen.

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

Es zeigt:

Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht einen sich selbst mit Leistung versorgenden Strahlungsdetektor; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Detektors der Fig. 1 längs der Linie II-II der Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist ein sich selbst mit Leistung versorgender Strahlungsdetektor 10 dargestellt, der aus einem langgestreckten im wesentlichen zylindrischen Glied besteht, das an seinem einen Ende an ein Koaxialkabel 26 elektrisch angeschlossen und mit diesem hermetisch dicht verbunden ist, welches Koaxialkabel zu einer Reaktorsteuerungsstelle läuft, wo die Kabelleiter mit einem hochempfindlichen Amperemeter verbunden sind. Der Signalstrom, der den Strahlungsflußpegel an der Stelle des sich selbst

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mit Leistung versorgenden Detektors anzeigt, wird als durch das Amperemeter fließender Strom abgelesen, wobei Signalkompensationseinrichtungen oder Verstärker vorhanden sein können oder auch nicht.

Der sich selbst mit Leistung versorgende Detektor 10 umfaßt einen zentralen leitenden Kollektorelektrodenteil 12 mit einer koaxial um diesen Teil 12 im Abstand angeordneten rohrförmigen leitenden Emitterelektrode 14. Isoliereinrichtungen 16 sind uir. die zentrale leitende Kollektorelektrode 12 und um die rohrförmige leitende Emitterelektrode 14 herum angeordnet. Ein rohrförmiger leitender äußerer Kollektorelektrodenteil 18 ist koaxial im Abstand um den rohrförmigen Emitter 14 mittels Isoliereinrichtungen 16 angeordnet. Die Isoliereinrichtungen 16 isolieren und beabstanden wirksam die Emitter- und Kollektorelektrodenteile.

Ein Ende 20 des Detektors 10 umfaßt das hermetisch abgedichtete äußere Kollektorendteil 22, wobei der zentrale leitende Kollektorelektrodenteil 12 mit dem äußeren Kollektorelektrodenteil 18 an dem abgedichteten äußeren Kollektorendteil 22 elektrisch angeschlossen ist.

Das andere Endteil 24 des Detektors 10 ist mit dem elektrischen Koaxialkabel 26 elektrisch verbunden und an dieses hermetisch dicht angeschlossen, welches Kabel 26 einen Zentralleiter 2 8 umfaßt, der mit dem rohrförmigen Emitter 14 elektrisch verbunden ist, sowie einen äußeren rohrförmigen Nantel 30, der bezüglich des zentralen Leiters 28 des Kabels koaxial im Abstand angeordnet und von diesem elektrisch isoliert ist. Der äußere rohrförmige Mantel 30 ist mit der äußeren rohrförmigen Kollektorelektrode 18 elektrisch verbunden und an diese hermetisch dicht angebracht. Kabelisoliereinrichtungen 32 sind zwischen dem zentralen Draht des Kabels und dem äußeren rohrförmigen Mantel 30 des Kabels angeordnet.

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Die Detektoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, mit inneren und äußeren Kollektorelektrodenteilen, ist besonders vorteilhaft für Neutronenfluß- oder Gammaflußdetektoren, wobei der Unterschied zwischen diesen Detektorarten gewöhnlich in der Wahl des leitenden Materials für den Emitter liegt. Für die Neutronenflußmessung wird der rohrförmige Emitter vorzugsweise aus einem Material mit hohem Neutronenquerschnitt wie Rhodium, Vanadium oder Kobalt gebildet. Für die Anwendung als Gammaflußdetektor wird der rohrförmige Emitter aus einem hochdichten Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt und hohem Atomgewicht gebildet, wie beispielsweise Platin.

Die Isoliereinrichtung 16 besteht vorzugsweise aus dicht kompaktiertein und gegenüber Strahlung und hoher Temperatur widerstandsfähigem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid. Der Kollektorelektrodenteil sowohl für den Zentralleiter als auch für den rohrförmigen äußeren Leiter besteht aus jeweils gleichartigem Material, das gegenüber dem Emittermaterial, sei es bei Anwendung als Neutronendetektor oder auch als Gammaflußdetektor, deutlich andere Strahlungsempfindlichkeit besitzt. Die KoIlektorelektrodenteiIe werden vorzugsweise aus hochtemperaturfestem Material mit niedrigem Neutronenquerschnitt hergestellt, wie beispielsweise Stähle mit hohem Nickelgehalt, wie Inconel, oder rostfreiem Nickelchromstahl. "Inconel" ist die Handelsmarke der Firma International Nickel Co.

Der typische sich selbst mit Leistung versorgende Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt einen äußeren Durchmesser für die rohrförmige äußere Kollektorelektrode, der von etwa 2,03 bis 3,81 mm reicht, wobei die Wanddicke der rohrförmigen äußeren Kollektorelektrode etwa 0,254 bis 0,508 mm beträgt. Die rohrförmige Emitterelektrode besitzt einen äußeren Durchmesser bis zu etwa 2,03 mm mit einer Wanddicke von ungefähr 0,127 bis 0,254 mm. Der zentrale leitende Kollektorelektrodenteil kann einen Durchmesser von etwa 0,127 bis 1,27 mm besitzen, wobei der größere Durchmesser für einen rohrförmigen Emitter mit einem äußeren Durchmesser von 2,03 mm vorgezogen wird. Die

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Isolierschicht zwischen den Elektroden sollte zumindest 0,254 iran dick sein/ um eine zuverlässige elektrische Isolierung zu bewirken.

Die Auswahl des leitfähigen Materials für die erste rohrförmige Emitterelektrode bestimmt die Art des Strahlungsflusses, gegenüber der der Detektor empfindlich ist, und damit auch den Anwendungsbereich für den Detektor. Für Neutronenflußmessungen wird daher die rohrförmige Emitterelektrode aus einem Material hergestellt, das einen hohen Neutronenquerschnitt aufweist. Für einen gammaflußempfindlichen Detektor wird die rohrförmige Emitterelektrode aus einem leitfähigen Material mit hoher Atomzahl und hoher Gairanaflußwechselwirkung gebildet.

Die Kollektorelektrodenteile, einschließlich dem zentralen Leiterteil und dem rohrförmigen äußeren Teil werden typischerweise aus dem gleichen leitfähigen Material hergestellt. Dieses leitfähige Kollektormaterial besitzt für eine neutronenempfindliche Konstruktion bezüglich des Emittermaterials einen niedrigen Neutronenquerschnitt. Für eine gammaempfindliche Konstruktion besitzt das Kollektormaterial im Vergleich zum Emittermaterial eine niedrige Atomzahl.

Die Isoliereinrichtungen zwischen dem zentralen Leiterteil und dem rohrförmigen Emitter und dem äußeren rohrförmigen Kollektorelektrodenteil besteht typischerweise aus einem hochtemperaturfesten, strahlungsunempfindlichen isolierenden Metalloxid wie Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid. Bereits in der US-PS 41 18 wird eine Isoliereinrichtung beschrieben, die aus Vakuum oder einem Medium mit niedriger Dichte besteht, wobei geeignete Isolierstützeinrichtungen zwischen Emitter und Kollektor vorgesehen werden. Dies kann auch für einen Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung bei einigen Anwendungsfällen von besonderem Vorteil sein.

ES/jn 3

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Claims

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

2325QQ3

Düsseldorf, 20. Juni 1979

47,883
7938

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

Patentansprüche:

Sich selbst mit Leistung versorgender Detektor, bei dem ein einen Strahlungsfluß anzeigendes elektrisches Signal zwischen einer ersten Emitterelektrode und einer im Abstand dazu angeordneten zweiten Kollektorelektrode infolge unterschiedlicher Strahlungswechselwirkungen von einfallendem Strahlungsfluß auf erste Emitterelektrode und zweite Kollektorelektrode erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Emitterelektrode (14) aus rohrförmigen* leitenden Material gebildet wird, und daß die zweite Kollektorelektrode aus einem zentralen Leiterteil (12), der koaxial innerhalb der ersten rohrförmigen Emitterelektrode (14) mit dazwischen angeordneten Isoliereinrichtungen (16), und einem äußeren rohrförmigen Teil (18) besteht, der koaxial um die rohrförmige erste Emitterelektrode (14) mit dazwischen angeordneten Isoliereinrichtungen (16) angeordnet ist, und daß der zentrale Leiterteil (14) und der äußere rohrförmige Teil (18) elektrisch miteinander verbunden sind und die zweite Kollektorelektrode bilden.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste rohrförmige Emitterelektrode (14) aus einem leitenden Material mit hohem Neutronenquerschnitt gebildet wird, und daß die zweite Kollektorelektrode (12, 18) aus einem

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ORIGINAL INSPECTED

leitfähigen Material mit niedrigem Neutronenquerscbnitt gebildet wird.
3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode (14) aus Rhodium, Vanadium oder Kobalt besteht.
4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenüber Gammafluß empfindlichem Detektor die erste rohrförmige Emitterelektrode (14) aus einem leitfähigen Material hoher Atomzahl mit Gammaflußwechselwirkungseigenschaften und die zweite Kollektorelektrode (12, 18) aus einem leitfähigen Material niedriger Atomzahl besteht, das eine niedrigere Gammaflußwechselwirkung zeigt.
5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode (14) aus Platin gebildet ist.
6. Detektor nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode (12, 18) aus einem Stahl mit hohem Nickelgehalt oder aus einem rostfreien Nickelchromstahl gebildet ist.

Beschreibung;

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