EP0332838A1 - Neutronenfluss-Messgerät hoher Empfindlichkeit - Google Patents

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EP0332838A1
EP0332838A1 EP89102033A EP89102033A EP0332838A1 EP 0332838 A1 EP0332838 A1 EP 0332838A1 EP 89102033 A EP89102033 A EP 89102033A EP 89102033 A EP89102033 A EP 89102033A EP 0332838 A1 EP0332838 A1 EP 0332838A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
electrodes
electrode
polarity
neutron flux
Prior art date
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Application number
EP89102033A
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English (en)
French (fr)
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EP0332838B1 (de
Inventor
Walter Dipl.-Phys. Mayer
Stefan Dr. Freystätter
Anton Dr. V. Gunten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP0332838B1 publication Critical patent/EP0332838B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/001—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/12—Neutron detector tubes, e.g. BF3 tubes
    • H01J47/1227—Fission detectors
    • H01J47/1233—Ionisation chambers

Definitions

  • the invention relates to a neutron flux meter according to the preamble of claim 1.
  • a neutron flux meter is known from DE-OS 30 11 960.
  • the names neutron detector or miniature ionization chamber (slit chamber) are also common - two tubular electrodes are arranged concentrically and at a short distance from one another within a ceramic housing and provided with a split material coating on the facing electrode surfaces .
  • the ceramic housing consists in particular of sintered aluminum oxide.
  • the annular gap formed between the opposite polarity electrodes is filled with a gas under pressure.
  • a generic neutron flux measuring device can also be found in DE-PS 1 195 415, only the electrode forming the anode being coated with a fissile material.
  • This document also contains references to suitable fissile materials for the electrode coating.
  • 233 U, 235 U, 238 U, 232 Th, 237 Np, 239 Pu, 241 Pu and 231 Pa are mentioned.
  • the filling gas which consists in particular of pure argon and is under a pressure of approximately 15 bar in this known neutron measuring device.
  • this known neutron flux measuring device only a single pair of electrodes (anode-cathode) is provided.
  • the starting point is the consideration of increasing the sensitivity of generic neutron flux measuring devices.
  • a neutron sensitivity of 1 cm2 is to be achieved, but neutron flux densities should still be up to with the neutron flux measuring device 109 cm ⁇ 2 s ⁇ 1 can be detected.
  • the invention has for its object to provide a generic neutron flux measuring device, which has a substantially enlarged electrode surface and consequently also a significantly enlarged surface of the fission material layer in a tubular, slim design, without the risk of leakage currents or flashovers in a narrow and compact construction would exist between the adjacent electrodes of opposite polarity.
  • the neutron flux measuring device has a cylindrical elongated housing, designated as a whole by 1, and a gap chamber 2, which is arranged inside the housing 1 and is sealed gas-tight to the outside.
  • a cylindrical elongated housing designated as a whole by 1
  • a gap chamber 2 which is arranged inside the housing 1 and is sealed gas-tight to the outside.
  • a plurality of tubular electrodes designated as a whole by E, are each arranged with an annular gap d 1, concentrically with one another and electrically insulated from one another, and in contact with a plus or minus polarity, each in the form of an anode-cathode pair A1-K1, A2- K2 or A3-K3.
  • the electrodes E of these anode-cathode pairs are provided with a coating of a fissile material at least on one of the facing electrode surfaces.
  • 235 U is applied to the electrodes with a layer thickness or mass coverage of approximately 1.5 mg / cm2.
  • a preferred electrode distance d 1 is 0.5 to 1 mm.
  • the electrodes E of different polarity that is to say the group of cathodes K1 to K3 on the one hand and the group of anodes A1 to A3 on the other hand, are insulated from one another by insulating bodies made of ceramic material, generally designated by 3, and kept at a distance. These are the mentioned annular gaps d 1 between the adjacent electrodes E and also the residual annular gap d 2, which exists between the innermost electrode A3 and an inner, centrally arranged contact tube 4, the latter of which will be described below.
  • a preferred material for the insulating body 3 is an Al2O3 ceramic, as is known per se from the prior art. At least in the gap spaces of the annular gaps d 1 between the electrodes E of opposite polarity, there is a filling gas under pressure.
  • the first group of electrodes K1 to K3 is connected to the first polarity, which is denoted by -P and can also be called ground polarity, via a first contact body K0, which is yet to be explained, and to the second polarity + P, which is also plus Polarity can be called, the other group of electrodes A1 to A3 is connected in a manner yet to be explained via the second contact body A0 and the inner contact tube 4.
  • the ground polarity -P is routed through the outer conductor 5.1 of a coaxial metal jacket cable 5, the plus polarity + P through the core 5.2 of this cable 5, with a preferably at least up to 800 ° C. ceramic-resistant between the cable core 5.2 and the metal jacket 5.1 Insulation in the form of an insulating jacket 5.3 is arranged.
  • This insulating jacket 5.3 suitably consists of a mineral such as Al2O3 or SiO2.
  • the metal jacket cable 5 is gas-tight through one end wall of the housing 1, in this case an axial extension k01 of the first contact body K0 passed outside, in the axial area a1 of the approach k01 a contacting gas-tight joint between the metal jacket 5.1 of the cable 5 and the inner circumference of the through hole 6 is present.
  • the fissile material coating is provided on all electrodes E, except for the outermost electrode K1, specifically for the others on both sides or on their outer circumference and inner circumference, except for the innermost electrode A3, which only carries its fissile coating 7 on its outer circumference.
  • This coating consists of 235 U; this element is particularly suitable for measuring slow neutrons as a layer of fissile material in the measuring device shown. Basically, depending on the application, whether epithermal or fast neutrons are measured, other fissile materials, e.g. 232 Th, can be used.
  • the basic mode of operation of the measuring device is known: neutrons striking the fission material coating 7 (this coating must be imagined over the entire axial length of the respective electrode E) trigger nuclear fission reactions in the coating, and the fission products of these reactions ionize the filling gas, the positive ions migrate from the respective gap space 2i to the adjacent electrode E with minus polarity -P and the negative ions and electrons corresponding to the respective adjacent electrode E with plus polarity + P, with which electrical impulses at the respective anode-cathode- Couples are caused.
  • the fission material coating 7 is applied to the respective electrodes E in an electrolytic way; however, the invention is not limited to electrodes coated by such a method. It can be seen from FIG. 1 that - seen in the radial direction - successive electrodes E are stepped at each other at their axial ends. In the example shown, the electrode K3 in the area of the housing end 1a is 15 mm longer and in the area of the housing end 1b by 10 mm longer than the innermost electrode A3.
  • the electrode A2 following outward from the longitudinal axis x - x of the measuring device is 10 mm longer at the end 1a and 15 mm at the end 1b than the electrode K3, the following electrode K2 in turn is 15 mm at the end 1a and 10 mm at the end 1b longer than electrode A2.
  • This alternating change in length at the ends 1a and 1b continues with the electrode A1, which is 10 mm longer at the end 1a and 15 mm longer than the previous electrode K2 at the end 1b.
  • the outer electrode K1 which is not coated and consists, for example, of a stainless steel alloy (Inconel) (it could also consist of titanium, zirconium or aluminum), is enlarged in its axial length at both housing ends 1a, 1b with respect to the preceding electrode A1, whereby an essential part a21 of this protrusion a2 in the area of the housing end 1a serves as a sealing seat between the outer electrode K1 formed as a tubular housing jacket and the outer periphery 101 of the first contact body K0.
  • This sealing seat 9a is both gastight and metallic contact.
  • part a31 of the axial projection a3 of the outer electrode K1 is used to produce a sealing seat 9b between the outer electrode K1 and the outer peripheral surfaces 10.2 of a mushroom-shaped part 10.1 of a closing fitting 1b.
  • the above-mentioned length differences of the electrodes which are stepped against each other are only one example; they can of course be varied depending on the operating voltage, the safety distances against creepage distances, etc.
  • first and second metallic contact bodies K0 and A0 are inserted correspondingly stepped (already mentioned) from their two axial ends 1a, 1b.
  • the electrodes K1, K2 and K3 of the first polarity -P are now with the circumferential contact surfaces 101/11, 102 and 103 of the first contact body K0 contacted, ie, they touch these circumferential contact surfaces on the axial length of the contact surfaces with metallic contact.
  • the contact surfaces 101 lying on the largest diameter these are identical to the peripheral surface sections 11 explained below, which is why they are designated 101/11.
  • the electrodes A1 to A3 of the second polarity + P are insulated relative to the first contact body K0 by inserting the already mentioned insulating bodies 3, which are individually identified from 3.1 to 3.3 from the outside inwards, and each with an annular gap d 1 to the respective counter electrode K1 held up to K3.
  • the electrodes A1 to A3 of the second polarity + P - like the electrodes K1 to K3 of the first polarity -P with respect to the first contact body K0 at the opposite end 1a - have a correspondingly designed second one Contact body A0 contacted, whereas in this area 1b the electrodes K1 to K3 of the first polarity -P, like those A1 to A3 of the second polarity + P at the opposite end 1a, are kept insulated with the respective inserts 3.1b to 3.3b inserted.
  • the preferred embodiment of the measuring device is the one in which the axial electrode length increases from electrode to electrode from the radially innermost electrode A3 to the radially outermost electrode K1, because in this case the outermost electrode K1 is the longest electrode, and can thus be designed as a housing jacket, with their sealing and contact seats 9a at the housing end 1a and 9b at the housing end 1b.
  • the contacting does not serve for the transmission of the measurement signal, but rather for the sealing seat for introducing the filling gas into the connection fitting 10.
  • the contact bodies K0, A0 have, as shown, a cross-section which tapers like a fir tree and tapers inwards in a stepped manner.
  • circumferential surface sections designated as a whole as 11 are formed on the outer circumference of the contact body K0, which together with the annular shoulder or step surfaces 12 lying in radial planes result in the gradation.
  • the circumferential surface sections which result in the approximately fir tree-like cross section are designated as a whole by 16 and the associated annular shoulder or step surfaces lying in radial planes are designated by 17.
  • the entire axial length of the circumferential surface section 11 is used in the outermost contact surface 101, while in the middle and inner circumferential surface section 11, however, the contact surfaces 102 and 103 only cover part of the axial length of the circumferential surface sections 11, whereas the remaining axial length is used for positioning and mounting the insulating bodies 3.1 and 3.2, which are designed as insulating body rings and are used for the isolated mounting of the respective counterelectrodes A1 and A2 while avoiding creepage distances in the radial and axial directions.
  • the insulating body rings 3.1 and 3.2 each have a thickened ring collar 13 on the ring shoulder surface 12 formed by the gradation of the contact body K0, with an axial gap d 3 for the thermal elongation between the end of the respective counter electrode A1 or A2 and the ring collar 13 the respective counter electrode A1 or A2 is formed.
  • the innermost insulating body 3.3 is designed differently from the insulating bodies 3.1 and 3.2; in the axial area a4 its cross-sectional shape corresponds to the shape of the insulator rings 3.1 and 3.2, apart from the fact that it has the smallest diameter.
  • It is designed as an insulating body socket with a long tubular extension 3.3a, which lines the wall of a central blind hole 8 contact body K0, and an annular extension 3.3b extending from the central part 3.3c of the insulating body socket in the direction of the housing side 1b, just like the tubular extension sentence 3.3a has a smaller wall thickness than the middle part 3.3c.
  • the insulating body socket is thus fitted with the outer circumference of its tubular extension 3.3a into the blind hole 8 of the contact body K0.
  • the insulating body bush With its inner circumference, namely on the axial length of the middle part 3.3c, the ring extension 3.30 and a section of the tubular extension 3.3a, the insulating body bush lies against the outer circumference of a tapered end 4a of the contact tube 4 already mentioned.
  • the insulating body bushing 3.3 With its central part 3.3c, the insulating body bushing 3.3 is, as said, analogous to the insulating body rings 3.1 and 3.2, and it also has a similar function with regard to the mounting of the counter electrode A3 encompassing its outer ring surfaces.
  • the insulating body socket 3.3 forms the end of the contact body K0; the counter electrode A3 is thus the innermost electrode.
  • the contact tube 4 has no electrode function, but it serves to connect the electrodes A1 to A3, which are in contact with the contact body A0 on the other housing side 1b, via a multi-contact plug 15 with the cable core or the inner conductor 5.2 of the metal jacket cable 5 in the interior of the first Contact body K0, which will be discussed in more detail below.
  • the second contact body A0 at the housing end 1b is constructed similarly to the first contact body K0, with diameters D1, D2, D3 decreasing step-wise axially from the outside inwards, on which the respective circumferential surface sections 16 lie, the associated axially normal annular shoulder or step surfaces designated 17 are.
  • the cross-sectional shape of the two insulating body rings 3.2b (middle ring) and 3.3b (innermost ring) corresponds to the insulating body rings 3.1 and 3.2 of the first contact body K0; the insulating body 3.1b with the largest diameter, however, is an approximately cup-shaped insulating body, in which the second contact body A0 is inserted with its outer thicker end (diameter D1).
  • This pot-shaped insulating body 3.1b is surrounded and held on its outer circumference by the tubular housing jacket or cathode K1.
  • the circumferential contact surfaces of the second contact body A0 are designated 104 (on the diameter D1), 105 (on the diameter D2) and 106 (on the smallest diameter D3) and in this order with the ends of the counter electrodes A1 or A2 or A3 contacted.
  • the diameter D3 of the contact surface 106 must be the same as the outer diameter of the middle piece 3.3c of the insulating body socket 3.3, because the counterelectrode A3 has electrical contact or insulation on its two held ends naturally the same inner diameter.
  • the diameter D2 of the annular contact surfaces 105 for the counter electrode A2 at the opposite end is also present as the outer diameter of the annular contact surface on the insulating body ring 3.2, and accordingly the outer diameter D1 of the contact surfaces 104 for the end of the counter electrode 1 contacted here at the other end 1a is found again on the outer circumference of the insulating body bushing 3.1, where the end of the counter electrode A1 encompasses this insulating body ring.
  • the contact tube 4 is fitted with a tapered end 4b in a contact-making manner.
  • the first contact body K0 is a gas-tight bushing for the two connecting conductors 5.1 and 5.2 of the first and the second polarity -P and + P formed and for this purpose is provided with the aforementioned central through hole 6.
  • the second contact body A0 also has a central bore 18, in which the central contact tube 4 is inserted in a contact-making manner.
  • the contact tube 4 penetrates centrally through the gap chamber 2, which means the sum of the individual gap spaces 2i between the electrodes, namely at a distance d2 from the inner circumference of the innermost electrode A3.
  • the contact tube 4 is supported on the inner circumference of the first contact body K0 in an electrically insulated manner with the interposition of the insulating body socket 3.3.
  • the coaxial metal sheathed cable 5 is on the axial part length a 1 through the central through hole of the first contact body K0 gas-tight and contact-making and is passed through the remaining axial area of the through hole 6 with an annular gap d4. It penetrates a relatively thin-walled, tubular extension 19 of the contact body KO.
  • the metal jacket cable 5 opens at its inner end with the stripped central cable core 5.2 into the interior of the blind hole 14 of the first contact body K0 or the insulating body socket 3.3 or into the interior of its tubular extension 3.3a.
  • the cable core 5.2 is connected to the multi-contact plug 15 via a cable end closure, which is still to be mentioned, the latter being in contact-elastic contact with the inner circumference of the contact tube 4 with a plurality of contact fingers 15.1.
  • the multi-contact plug 15 has a plurality of contact fingers 15.1 distributed over its circumference, for example four, of which only 2 can be seen in FIG. 1a. These contact fingers 15.1 press elastically in the radial direction against the inner circumference of the contact tube 4 and extend from a contact foot part 15.2 through the interior of the tubular extension 3.3a into the facing end of the contact tube 4. The contact foot part 15.2 is pushed onto the metal cap 20.5 of the cable end closure 20 in the region of the interior of the insulating body socket 3.3 and connected to it.
  • the already mentioned cable end closure 20 is arranged.
  • This is formed by a prefabricated metal-ceramic body (see FIG. 3), preferably consisting of Al2 03, which is penetrated by the cable core 5.2 in a central through-hole, and which, on its outer circumference from left to right, has cylinder jacket surfaces 20.1 of larger diameter, attached to it then has conical transition surfaces 20.2 and then cylinder jacket surfaces 20.3 of smaller diameter, the cylinder jacket surfaces 20.1 being surrounded by a metal sleeve 20.4 and the cylinder jacket surfaces 20.3 by a metal cap 20.5, which together with the ceramic body form a gas-tight metal-ceramic connection.
  • the cable end closure 20 With the metal-clad cylindrical jacket surfaces 20.1, the cable end closure 20 is inserted sealingly into the end of the tubular extension 19 facing it. At the other end, the cable end closure 20 is inserted with its metal cap 20.5 into an adapted cylindrical recess of the contact foot part 15.2 of the multiple contact plug 15 and connected there. At the same time, the cable core 5.2 is passed through a hole in the cable end closure and connected to the metal cap 20.5 (for example by welding), so that a gas-tight lead-through of the cable core 5.2 is present and a mechanically stable connection of the cable core 5.2 to the foot 15.2 of the multi-contact plug 15 is produced .
  • both contact bodies A0 and K0 for filling the gap spaces 2i between the electrodes E with filling gas, in particular argon, are provided with fine slots and / or bores under pressure.
  • Axially-radial fine slots which start at the axis-normal plane 21 extending in the direction of the arrow f 1 to the tapered end of the contact bodies K0 and A0 have the advantage that the contact bodies are more elastic overall and in the case of thermal expansion, the insulating material bodies 3 and 3b seated on the contact body are not subject to such great compressive forces.
  • fine bores could also be provided which run axially and radially and open into the individual gap spaces 2i and communicate with the space of the inner bore of K0 and A0 via the contact tube 4.
  • the filling gas is filled under pressure into this entire space via a filling channel 22 which is only open for the purpose of filling but is otherwise closed in a gas-tight manner and the central through bore 18.
  • the filling section includes the channel section 22.1 of a central opening in the bottom of the pot-shaped insulating piece 3.1b and the channel section 22.2 of a central bore provided with a lining 23 in the shaft part 10.3 of the end fitting 10.
  • the filling gas is filled under an argon gas atmosphere, and after filling the end fitting 10 is welded gas-tight in the area 10.4.
  • FIG. 2 shows more clearly than FIG. 1B that the lining 23 is welded to the end fitting 10 at its inner end, see the ring weld seam 23.1.
  • This tubular lining 23 has the function of a pump nozzle pipe. If the shaft-shaped part 10.3 of the end fitting 10 is still "open", ie the end cap 24 has not yet been placed on the shaft 10.3 and is connected by means of the ring weld seam 10.4, then a connection head (not shown in more detail) which connects to the end of the lining tube 23 is placed over the still open end (this end is shown in FIG 1B and FIG 2 in the squeezed state) argon under pressure.
  • this conical end 23.2 of the lining tube 23 can still be squeezed, while the connection head of the filling station is still in place.
  • a gas tightness is achieved by cold welding, so that the connection head can be removed and no argon gas escapes from the gap chamber 2. Then the end cap 24 is placed and (as mentioned) welded along the weld 10.4.
  • the radial channel 25 penetrates the contact body A0 in its unslotted area, it opens into the outermost gap 2i between the cathode K1 and the opposite anode A1, with an annular groove 26 on the outer circumference of the unslit part of the contact body K1 and bores 27 in the pot-shaped insulating body 3.1b an always free gas path is guaranteed.
  • the argon passes through the slots which extend from the free end of the contact body A0 to the dashed, curved, circumferential surface 21 '.
  • the ring recesses 26 are cut through the unspecified axially-radial slots, which in the embodiment according to FIG 2 to the dashed line 21 'range, so that the gas connection described from the central space 18 of the second contact body A0 to the individual gap spaces 2i exists.
  • the filling gas is also supplied to the gap spaces 2i via slots and annular grooves in the contact body K0 and bores in the insulating bodies 3.1 and 3.2.
  • the tubular outer jacket is made of a corrosion-resistant stainless steel alloy, especially Inconel, it can also be made of titanium or zircon.
  • the electrodes A1, K2, A2, K3, K3 arranged between the outer electrode K1 and the contact tube 4 consist of titanium and are coated with fissile material 235 U on their inner and outer lateral surfaces.
  • five electrode pairs K1-A1, A1-K2, K2-A2, A2-K3 and K3-A3 are provided, each forming cathode and anode, and the length of the measuring device was, for example, 300 mm.
  • the measuring device also works if the polarities + P, -P are interchanged, so that the invention also includes an embodiment in which the cathodes K1 to K3 become anodes and the anodes A1 to A3 become cathodes.
  • the metal sleeve 20.4 and the metal cap 20.5 are not shown in FIG. 1A, but only in FIG. 3.
  • the metal sleeve 20.4 is integral with the tubular extension 19, and the latter then forms a separate tube, which in the Axial range a21 of the through hole 6 (which would be matched to the outer diameter of the tube in this axial area) is used gas-tight (the annular sealing seat is expediently provided with a seal weld).
  • the invention also includes two-piece (instead of the one-piece) embodiments for the insulating body socket 3.3 (FIG 1A) and for the cup-shaped insulating piece 3.1b (FIG 1B, FIG 2).
  • the left-hand tubular extension 3.3a would then be designed as a separate tube, separated from the central part 3.3c with its ring extension 3.30.
  • the separating surface would be an annular surface which would lie on the inner diameter D 1, ie the “pot base” would be surrounded by a “pot wall.”
  • the aforementioned three options for dividing the complicated components K0, 3.3 and 3.1b serve to simplify production .

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Abstract

Dieses weist eine Mehrzahl rohrförmiger, konzentrischer Elektroden (E; K1, K2, K3; A1, A2, A3) auf, die an ihren axialen Enden jeweils zueinander stufenförmig abgesetzt und jeweils mit Ringspalt (d1) zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden angeordnet sind. In diese abgestufte Elektroden-Konfiguration wird mit entsprechend stufenförmig abgesetzten metallischen, tannenbaumartigen ersten und zweiten Kontaktkörpern (K0, A0) fixiert. An einem Ende (1a) der Elektroden sind nur diejenigen (K1, K2, K3) einer ersten Polarität (-P) mit dem ersten Kontaktkörper (K0) kontaktiert, und am anderen Ende (1b) der Elektroden sind nur diejenigen (A1, A2, A3) einer zweiten Polarität (+P) mit dem zugehörigen zweiten Kontaktkörper (A0) kontaktiert, von welchem die zweite Polarität (+P) über ein zentrisches Kontaktrohr (4) in den Bereich des ersten Kontaktkörpers (K0) isoliert eingeführt wird. Dort erfolgt der gasdichte Anschluß eines koaxialen Metallmantelkabels (5). Die mit den Kontaktkörpern (K0 bzw. A0) kontaktierten Elektroden (K1, K2, K3) bzw. (A1, A2, A3) sind in Bezug auf ihre jeweiligen Gegenelektroden (A1, A2, A3) bzw. (K1, K2, K3) durch keramische, ring- oder buchsenförmige Isolierkörper (3) isoliert und gegenseitig auf Abstand (d1) gehalten. Die von den einzelnen Spalträumen (2i) zwischen den einander benachbarten Elektroden gebildete Spaltkammer ist mit einem unter Druck stehenden Edelgas, insbesondere Argon, gefüllt. Mit dem neuen Meßgerät sind Messungen in Neutronenflußdichten bis zu l0<9> cm² s<->¹ ausführbar; die Neutronen-Impulsempfindlichkeit liegt in der Größenordnung von 1 cm².

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Neutronenfluß-Meßgerät gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Neutronenfluß-­Meßgerät ist durch die DE-OS 30 11 960 bekannt. Bei diesem be­kannten als Teilchennachweisgerät bezeichneten Neutronenfluß-­Meßgerät - auch die Bezeichnungen Neutronendetektor oder Miniatur-Ionisationskammer (Spaltkammer) sind geläufig - sind zwei rohrförmige Elektroden konzentrisch und mit geringem Abstand zueinander innerhalb eines Keramik-Gehäuses angeordnet und auf den einander zugewandten Elektrodenflächen mit einer Spaltstoffbeschichtung versehen. Das Keramik-Gehäuse besteht insbesondere aus gesintertem Aluminiumoxid. Der zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden entgegengesetzter Pola­rität gebildete Ringspalt ist mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt.
  • Ein gattungsgemäßes Neutronenfluß-Meßgerät ist auch der DE-PS 1 195 415 zu entnehmen, wobei hier nur die die Anode bil­dende Elektrode mit einem spaltbaren Material beschichtet ist. In dieser Schrift finden sich auch Hinweise auf geeignete spaltbare Materialien für die Elektrodenbeschichtung. Erwähnt sind 233 U, 235 U, 238 U, 232 Th, 237 Np, 239 Pu, 241 Pu und 231 Pa. Es findet sich weiterhin ein Hinweis auf das Füllgas, das insbesondere aus reinem Argon besteht und bei diesem bekannten Neutronen-Meßgerät unter einem Druck von ca. 15 bar steht. Bei diesem bekannten Neutronenfluß-Meßgerät ist nur ein einziges Elektrodenpaar (Anode-Kathode) vorgesehen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, die Empfindlichkeit von gattungsgemäßen Neutronen­fluß-Meßgeräten zu steigern. Insbesondere soll eine Neutronen­empfindlichkeit von 1 cm² erreicht werden, dabei sollen trotzdem durch das Neutronenfluß-Meßgerät Neutronenflußdichten bis zu 10⁹ cm⁻² s⁻¹ erfaßt werden. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Neutronenfluß-­Meßgerät zu schaffen, welches bei rohrförmiger, schlanker Bau­form eine wesentlich vergrößerte Elektrodenoberfläche und dem­zufolge auch eine wesentlich vergrößerte Spaltstoffschicht-Ober­fläche aufweist, ohne daß bei enger und gedrängter Bauweise die Gefahr von Kriechströmen oder Überschlägen zwischen den benach­barten Elektroden entgegengesetzter Polarität bestehen würde.
  • Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Neutronen­fluß-Meßgerät gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vor­teilhafte Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 16 angegeben.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß durch das Bauprinzip der abgestuften, ineinander­geschachtelten Vielfach-Elektroden-Konfiguration eine wesentliche Steigerung der Neutronenempfindlichkeit erreichbar ist, wobei trotz geringer Spaltweiten von ca. 0,5 bis 1mm Kriechströme oder Überschläge im Bereich der Elektrodenenden, also dort wo sie mit dem Kontaktkörper kontaktiert und gegeneinander durch die Isolierstoffkörper isoliert sind, verhindert werden. Besonders vorteilhafte Anwendungsfälle für den Erfindungsgegenstand sind die Kernrandinstrumentierung bei Heizreaktoren, das sind Siede­wasserreaktoren nach dem Naturumlaufprinzip, die bis hinunter zu kleinen Baugrößen von 5 MWtherm in Planung bzw. im Bau sind. Weitere Anwendungen sind Wiederaufarbeitungsanlagen für abgebrannte Brennelemente oder Nuklear-Kernreaktor-Anlagen all­gemein, und zwar überall dort, wo die Neutronenstrahlung gemes­sen werden soll, also auch bei Lagern oder Kompaktlagern für abgebrannte Brennelemente. Das Neutronenfluß-Meßgerät weist einen für die Fertigungstechnik vorteilhaften modulartigen Aufbau auf, in-dem ein wesentlicher Teil der Montage-Arbeits­gänge durch Ineinanderstecken der Elektroden, der Isolierkörper, des Kontaktrohres und der Kontaktkörper bewerkstelligt wird. Weitere, mit der Erfindung erzielbare Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele hervor, welche in der Zeichnung dargestellt sind und anhand derer die Erfindung und ihre Wirkungsweise noch näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
    • FIG 1 einen Längsschnitt durch ein Neutronenfluß-Meßgerät nach der Erfindung, in axial verkürzter, vereinfachter Darstellung mit Unterteilung in die Figurenteile FIG 1A und FIG 1B, wobei die Schraffur bei den Elektroden fortgelassen ist;
    • FIG 2 das rechte Ende des Meßgerätes nach FIG 1B in einem Längs­schnitt durch die Abschlußarmatur in etwas geänderter, mehr detaillierter Darstellung;
    • FIG 3 den Metall-Keramikkörper des Kabelendverschlusses aus FIG 1A vergrößert im Detail.
  • Das Neutronenfluß-Meßgerät nach FIG 1 bis 3, im folgenden abgekürzt Meßgerät genannt, weist ein als Ganzes mit 1 bezeich­netes, zylindrisches längliches Gehäuse auf und eine im Inneren des Gehäuses 1 angeordnete, nach außen gasdicht verschlossene Spaltkammer 2. In der Spaltkammer 2 sind eine Mehrzahl von als Ganzes mit E bezeichneten rohrförmigen Elektroden jeweils mit Ringspalt d₁ konzentrisch zueinander und gegeneinander elek­trisch isoliert sowie mit je einer Plus- bzw. Minus-Polarität kontaktiert angeordnet, und zwar jeweils in Form eines Anoden-Kathoden-Paares A1-K1, A2-K2 bzw. A3-K3. Die Elektroden E dieser Anoden-Kathoden-Paare sind wenigstens an einer der ein­ander zugewandten Elektrodenflächen mit einer Beschichtung aus einem spaltbaren Material versehen. Im Ausführungsbeispiel ist dafür 235 U mit einer Schichtdicke oder Massenbelegung von ca. 1,5 mg / cm² auf die Elektroden aufgebracht. Ein bevorzugter Elektrodenabstand d₁ beträgt 0,5 bis 1 mm. Zur grundsätzlichen Funktion des Meßgeräts ist es erforderlich, daß wenigstens zwei Elektroden E in Form eines Anoden-Kathoden-Paares vorhanden sind.
  • Die Elektroden E unterschiedlicher Polarität, d.h. die Gruppe der Kathoden K1 bis K3 einerseits und die Gruppe der Anoden A1 bis A3 andererseits, sind durch generell mit 3 gekennzeich­nete Isolierkörper aus keramischem Material gegeneinander isoliert und auf Abstand gehalten. Dabei handelt es sich um die erwähnten Ringspalte d₁ zwischen den einander benachbarten Elektroden E und ferner um den Restringspalt d₂, der zwischen der innersten Elektrode A3 und einem inneren, zentrisch angeord­neten Kontaktrohr 4 besteht, welch letzteres noch weiter unten be­schrieben wird. Ein bevorzugtes Material für die Isolierkörper 3 ist eine Al₂O₃-Keramik, wie sie aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. Zumindest in den Spalträumen der Ringspalte d₁ zwischen den Elektroden E entgegengesetzter Polarität befindet sich ein unter Druck stehendes Füllgas. Es ist zweckmäßig, auch weitere Hohlräume, also auch den zum Ringspalt d₂ gehörigen Spaltraum mit Füllgas zu füllen, um eine zentrale Öffnung zum Beschicken mit Gas zu verwenden. Als Füllgas kommt insbesondere Edelgas in Frage; im Ausführungsbeispiel ist reines Argon ver­wendet, welches unter einem Druck von beispielsweise 5 bar steht. Mit der ersten Polarität, die mit -P bezeichnet ist und auch Masse-­Polarität genannt werden kann, ist über einen noch zu erläuternden ersten Kontaktkörper K0 die erste Gruppe der Elektroden K1 bis K3 verbunden, und mit der zweiten Polaritat +P die auch Plus-Polari­tät genannt werden kann, ist die andere Gruppe der Elektroden A1 bis A3 auf noch zu erläuternde Weise über den zweiten Kontaktkör­per A0 und das innere Kontaktrohr 4 verbunden.
    Die Masse-Polarität -P wird durch den Außenleiter 5.1 eines koaxialen Metallmantelkabels 5 geführt, die Plus-Polarität +P durch die Seele 5.2 dieses Kabels 5, wobei zwischen der Kabelseele 5.2 und dem Metallmantel 5.1 eine bevorzugt minde­stens bis 800 °C temperaturbeständige, keramische Isolierung in Form eines Isolierstoffmantels 5.3 angeordnet ist. Dieser Isolier­stoffmantel 5.3 besteht zweckmäßigerweise aus einem Mineral wie beispielsweise Al₂ O₃ oder SiO₂. Das Metallmantelkabel 5 ist durch die eine Stirnwand des Gehäuses 1, in diesem Falle einen axialen Ansatz k01 des ersten Kontaktkörpers K0 gasdicht nach außen hindurchgeführt, wobei im Axialbereich a₁ des Ansatzes k01 eine kontaktgebende gasdichte Fügestelle zwischen Metallmantel 5.1 des Kabels 5 und dem Innenumfang der Durchführungsbohrung 6 vor­handen ist.
  • Bei 7 ist auf einer kleinen axialen Teillänge durch verstärkte Linien hervorgehoben, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel die Spaltstoff-Beschichtung an allen Elektroden E, bis auf die äußerste Elektrode K1, vorgesehen ist, und zwar bei den übrigen jeweils auf beiden Seiten bzw. an deren Außenumfang und Innen­umfang, bis auf die innerste Elektrode A3, die ihre Spaltstoff-­Beschichtung 7 nur an ihrem Außenumfang trägt. Diese Beschich­tung besteht aus 235 U; dieses Element ist für die Messung langsamer Neutronen als Spaltstoffschicht bei dem dargestellten Meßgerät besonders geeignet. Grundsätzlich könnten, abhängig vom Anwendungsfall, ob epithermische oder schnelle Neutronen gemes­sen werden, auch andere Spaltstoffe, z.B. 232 Th, verwendet werden.
  • Die grundsätzliche Wirkungsweise des Meßgerätes ist bekannt: Auf die Spaltstoff-Beschichtung 7 (diese Beschichtung muß man sich über die gesamte axiale Länge der jeweiligen Elektrode E ausgedehnt vorstellen) auftreffende Neutronen lösen in der Be­schichtung Kernspaltreaktionen aus, und die Spaltprodukte dieser Reaktionen ionisieren das Füllgas, wobei die positiven Ionen aus dem jeweiligen Spaltraum 2i zur anliegenden Elektrode E mit Minus-Polarität -P wandern und die negativen Ionen und Elektro­nen dem entsprechend zur jeweils anliegenden Elektrode E mit Plus-Polarität +P, womit elektrische Impulse an den jeweiligen Anoden-Kathoden-Paaren hervorgerufen werden.
  • Es sei noch erwähnt, daß die Spaltstoff-Beschichtung 7 auf die jeweiligen Elektroden E auf elektrolytischem Wege aufgebracht ist; die Erfindung ist indessen auf Elektroden, die nach einem derartigen Verfahren beschichtet sind, nicht beschränkt. Man erkennt aus FIG 1, daß - in radialer Richtung gesehen - aufeinander folgende Elektroden E an ihren axialen Enden jeweils zueinander stufenförmig abgesetzt sind. Im dargestellten Bei­spiel ist die Elektrode K3 im Bereich des Gehäuseendes 1a um 15 mm und im Bereich des Gehäuseendes 1b um 10 mm länger als die innerste Elektrode A3. Die von der Längsachse x - x des Meßgerätes nach außen gesehen folgende Elektrode A2 ist am Ende 1a 10 mm und am Ende 1b 15 mm länger als die Elektrode K3, die darauf folgende Elektrode K2 wiederum am Ende 1a 15 mm und am Ende 1b 10 mm länger als die Elektrode A2. Diese alternierende Längenveränderung an den Enden 1a und 1b setzt sich bei der Elektrode A1 fort, welche am Ende 1a um 10 mm und am Ende 1b 15 mm länger ist als die vorhergehende Elektrode K2. Schließlich ist die Außenelektrode K1, welche nicht beschichtet ist und z.B. aus einer Edelstahllegierung (Inconel) besteht (sie könnte auch aus Titan, Zirkon oder Aluminium bestehen), in ihrer axialen Länge an beiden Gehäuseenden 1a, 1b bezüglich der vorhergehenden Elektrode A1 vergrößert, wobei ein wesentlicher Teil a₂₁ dieses Überstandes a₂ im Bereich des Gehäuseendes 1a als Dichtsitz zwi­schen der als rohrförmiger Gehäusemantel ausgebildeten Außen­elektrode K1 und dem Außenumfang 101 des ersten Kontaktkörpers K0 dient. Dieser Dichtsitz 9a ist sowohl gasdicht als auch metallisch­kontaktgebend. Am Gehäuseende 1b dient sinngemäß der Teil a₃₁ des axialen Überstandes a₃ der Außenelektrode K1 zur Herstellung eines Dichtsitzes 9b zwischen der Außenelektrode K1 und den Außenumfangsflächen 10.2 eines pilzhutförmigen Teils 10.1 einer Abschlußarmatur 1b. Die vorerwähnten Längendifferenzen der gegen­einander abgestuften Elektroden stellen nur ein Beispiel dar; sie können naturgemäß abhängig von der Betriebsspannung, der Sicherheitsabstände gegen Kriechwege etc. variiert werden.
  • In die erläuterte abgestufte Elektroden-Konfiguration sind von ihren beiden axialen Enden 1a, 1b her entsprechend stufenförmig abgesetzte (schon erwähnte) erste und zweite metallische Kon­taktkörper K0 und A0 eingesetzt. Die Elektroden K1, K2 und K3 der ersten Polarität -P sind nun mit den umlaufenden Kontakt­flächen 101/11, 102 und 103 des ersten Kontaktkörpers K0 kontaktiert, d.h., sie berühren diese umlaufenden Kontakt­flächen auf der axialen Länge der Kontaktflächen metallisch­kontaktgebend. Im Falle der auf größtem Durchmesser liegen­den Kontaktflächen 101 sind diese mit den weiter unten er­läuterten Umfangsflächenabschnitten 11 identisch, deshalb sind sie mit 101/11 bezeichnet. Bezüglich der umlaufenden Kontakt­flächen 101 ist bereits erläutert worden, daß diese im Bereich der axialen Teillänge a₂₁ einen Dichtsitz 9a mit zugehörigem Innenumfangsflächen der Außenelektrode K1 bilden. Die Elektroden A1 bis A3 der zweiten Polarität +P sind hingegen relativ zum ersten Kontaktkörper K0 unter Einfügung der schon erwähnten Isolierkörper 3, die von außen nach innen gesehen im einzelnen mit 3.1 bis 3.3 bezeichnet sind, isoliert und jeweils mit Ringspalt d₁ zur jeweiligen Gegenelektrode K1 bis K3 gehalten. Am anderen axialen Ende 1b der Elektroden-Konfigu­ration sind die Elektroden A1 bis A3 der zweiten Polarität +P - so wie am gegenuberliegenden Ende 1a die Elektroden K1 bis K3 der ersten Polarität -P im Bezug auf den ersten Kontaktkörper K0 - mit einem entsprechend ausgebildeten zweiten Kontaktkörper A0 kontaktiert, wogegen in diesem Bereich 1b die Elektroden K1 bis K3 der ersten Polarität -P, so wie diejenigen A1 bis A3 der zweiten Polarität +P am gegenüberliegenden Ende 1a, isoliert unter jeweiliger Einfügung der Isolierkörper 3.1b bis 3.3b gehalten sind.
  • Wie bereits erläutert, ist die bevorzugte Ausführungsform des Meßgeräts diejenige, bei der von der radial innersten Elektro­de A3 bis zur radial äußersten Elektrode K1 die axiale Elektro­denlänge von Elektrode zu Elektrode stufenförmig zunimmt, weil in diesem Falle die äußerste Elektrode K1 die längste Elektrode ist, und so als Gehäusemantel ausgebildet werden kann, mit ihren Dicht- und Kontakt sitzen 9a am Gehäuseende 1a und 9b am Gehäuseende 1b. Beim letzterwähnten Sitz 9b dient die Kontak­tierung nicht der Übertragung des Meßsignals, sondern dem Dicht­sitz der Einbringen des Füllgasses verwendeten Anschlußarmatur 10. Im einzelnen haben die Kontaktkörper K0, A0 in bevorzugter Ausführungsform einen - wie dargestellt - etwa tannenbaumarti­gen, nach innen sich stufenförmig verjüngenden Querschnitt. Dadurch werden als Ganzes mit 11 bezeichnete Umfangsflächen­abschnitte am Außenumfang des Kontaktkörpers K0 gebildet, welche zusammen mit den in Radialebenen liegenden Ringschulter- bzw. Stufenflächen 12 die Abstufung ergeben. Beim zweiten Kontaktkörper A0 sind die den etwa tannenbaumartigen Quer­schnitt ergebenden Umfangsflächen-Abschnitte als Ganzes mit 16 und die zugehörigen, in Radialebenen liegenden Ringschulter- bzw. Stufenflächen mit 17 bezeichnet. Am Kontaktkörper K0 ist bei der äußersten Kontaktfläche 101 die gesamte axiale Länge des Umfangsflächen-Abschnittes 11 ausgenutzt, beim mittleren und beim inneren Umfangsflächen-Abschnitt 11 dagegen über­streichen die Kontaktflächen 102 bzw. 103 nur einen Teil der axialen Länge der Umfangsflächen-Abschnitte 11, wogegen die verbleibende axiale Länge zur Positionierung und Lagerung der Isolierkörper 3.1 bzw. 3.2 dient, welche als Isolierkörper-­Ringe ausgebildet sind und der isolierten Lagerung der jewei­ligen Gegenelektrode A1 bzw. A2 unter Vermeidung von Kriech­strecken in radialer und axialer Richtung dienen. Die Isolier­körper-Ringe 3.1 und 3.2 liegen jeweils mit einem verdickten Ringkragen 13 an der durch die Abstufung gebildeten Ringschul­terfläche 12 des Kontaktkörpers K0 an, wobei zwischen dem Ende der jeweiligen Gegenelektrode A1 bzw. A2 und dem Ringkragen 13 ein axialer Spalt d₃ für die thermische Längendehnung der je­weiligen Gegenelektrode A1 bzw. A2 gebildet ist. Der innerste Isolierkörper 3.3 ist abweichend von den Isolierkörpern 3.1 und 3.2 ausgebildet; im Axialbereich a₄ entspricht seine Querschnitts­form bzw. seine Gestalt dem Isolierkörperringen 3.1 und 3.2, abgesehen davon, daß er den kleinsten Durchmesser aufweist. Er ist als Isolierkörperbuchse ausgebildet mit einem langen tubus­förmigen Ansatz 3.3a, welcher die Wand einer zentralen Sackloch­bohrung 8 Kontaktkörper K0 auskleidet, und einer sich vom Mittel­teil 3.3c der Isolierkörperbuchse in Richtung der Gehäuseseite 1b erstreckenden Ringansatz 3.3b, genauso wie der tubusförmige An­ satz 3.3a eine geringere Wandstärke hat als der Mittelteil 3.3c. Die Isolierkörperbuchse ist also mit dem Außenumfang ihres tubusartigen Fortsatzes 3.3a in die Sacklochbohrung 8 des Kontaktkörpers K0 eingepaßt. Mit ihrem Innenumfang und zwar auf der axialen Länge des Mittelteils 3.3c, des Ringansatzes 3.30 und einem Teilstück des tubusförmigen Fortsatzes 3.3a liegt die Isolierkörperbuchse am Außenumfang eines verjüngten Endes 4a des schon erwähnten Kontaktrohres 4 an.
    Mit ihrem Mittelteil 3.3c ist die Isolierkörperbuchse 3.3, wie gesagt, analog zu den Isolierkörperringen 3.1 und 3.2 ausgebil­det, und sie hat auch, was die Lagerung der ihre Außenring­flächen umgreifenden Gegenelektrode A3 betrifft, eine gleich­artige Funktion. Die Isolierkörperbuchse 3.3 bildet den Abschluß des Kontaktkörpers K0; die Gegenelektrode A3 ist somit die inner­ste Elektrode. Das Kontaktrohr 4 hat keine Elektrodenfunktion, son­dern es dient der Verbindung der Elektroden A1 bis A3, welche mit dem Kontaktkörper A0 auf der anderen Gehäuseseite 1b kontaktiert sind, über einen Multikontaktstecker 15 mit der Kabelseele bzw. dem Innenleiter 5.2 des Metallmantelkabels 5 im Innenraum des ersten Kontaktkörpers K0, worauf weiter unten noch näher einge­gangen wird.
  • Der zweite Kontaktkörper A0 am Gehäuseende 1b ist ähnlich wie der erste Kontaktkörper K0 aufgebaut mit axial von außen nach innen stufenförmig abnehmenden Durchmessern D1, D2, D3, auf denen die jeweiligen Umfangsflächen-Abschnitte 16 liegen, deren zugehörige achsnormale Ringschulter-oder Stufenflächen mit 17 bezeichnet sind. Die beiden Isolierkörperringe 3.2b (mittlerer Ring) und 3.3b (innerster Ring) entsprechen in ihrer Quer­schnittsform den Isolierkörperringen 3.1 bzw. 3.2 des ersten Kontaktkörpers K0; der Isolierkörper 3.1b mit dem größten Durchmesser dagegen ist ein etwa topfförmiger Isolierkörper, in welchen der zweite Kontaktkörper A0 mit seinem äußeren dickeren Ende (Durchmesser D₁) eingesetzt ist.
  • Dieser topfförmige Isolierkörper 3.1b ist an seinem Außenumfang vom rohrförmigen Gehäusemantel oder Kathode K1 umfaßt und gehalten. Die umlaufenden Kontaktflächen des zweiten Kontaktkör­pers A0 sind mit 104 (auf dem Durchmesser D₁), 105 (auf dem Durchmeser D₂) und 106 (auf dem kleinsten Durchmesser D₃) be­zeichnet und in dieser Reihenfolge mit den Enden der Gegenelek­troden A1 bzw. A2 bzw. A3 kontaktiert. Bei vergleichender Be­trachtung der Elektroden-Kontaktierung im Bereich der Gehäuse­enden 1a und 1b stellt man fest, daß der Durchmesser D₃ der Kontaktfläche 106 dem Außendurchmesser des Mittelstücks 3.3c der Isolierkörperbuchse 3.3 gleichen muß, denn die Gegenelektrode A3 weist an ihren beiden elektrisch kontaktgebend bzw. isoliert gehaltenen Enden naturgemäß den gleichen Innendurchmesser auf. Dementsprechend ist der Durchmesser D₂ der ringförmigen Kontakt­flächen 105 für die Gegenelektrode A2 am gegenüberliegenden Ende auch als Außendurchmesser der ringförmigen Anlagefläche am Iso­lierkörperring 3.2 vorhanden, und dementsprechend findet sich der Außendurchmesser D₁ der Kontaktflächen 104 für das hier kontaktierte Ende der Gegenelektrode 1 am anderen Ende 1a wieder am Außenumfang der Isolierkörperbuchse 3.1, dort, wo das Ende der Gegenelektrode A1 diesen Isolierkörperring umfaßt. In die zentrische Durchgangsbohrung 18 des zweiten Kontaktkörpers A0, und zwar auf einem überwiegenden Teil der axialen Länge des Kontaktkörpers A0, ist das Kontaktrohr 4 mit einem verjüngten Ende 4b kontaktgebend eingepßt. Es wird mithin eine Potential­verbindung von den drei Gegenelektroden A1 bis A3 über den gemeinsam von ihnen kontaktierten Kontaktkörper A0 zum Kon­taktrohr 4 hergestellt und dieses Kontaktrohr 4 stellt dann eine Potentialverbindung zur Plus-Polarität +P der Seele des Kabels 5.2 am anderen Gehäuseende 1a über den schon erwähnten Multikontaktstecker 15 her.
  • Bei Betrachtung des Gehäuseendes 1a ist ersichtlich, daß der erste Kontaktkörper K0 als gasdichte Durchführung für die beiden Anschlußleiter 5.1 und 5.2 der ersten und der zweiten Polarität -P und +P ausgebildet und hierzu mit der schon erwähnten zentra­len Durchgangsbohrung 6 versehen ist. Der zweite Kontaktkörper A0 weist ebenfalls eine zentrale Bohrung 18 auf, in welche das zen­trale Kontaktrohr 4 kontaktgebend eingesetzt ist.
    Das Kontaktrohr 4 durchdringt zentrisch die Spaltkammer 2, worun­ter die Summe der einzelnen Spalträume 2i zwischen den Elektro­den verstanden wird, und zwar im Abstand d₂ zum Innenumfang der innersten Elektrode A3. Das Kontaktrohr 4 ist, wie bereits erläutert, unter Zwischenschaltung der Isolierkörperbuchse 3.3 am Innenumfang des ersten Kontaktkörpers K0 elektrisch isoliert abgestützt. Das koaxiale Metallmantelkabel 5 ist auf der axialen Teillänge a₁ durch die zentrale Durchgangsbohrung des ersten Kontaktkörpers K0 gasdicht und kontaktgebend hindurchgeführt und ist durch den übrigen Axialbereich der Durchgangsbohrung 6 mit Ringspalt d₄ hindurchgeführt. Es durchdringt dabei einen relativ dünnwandigen nach innen gerichteten tubusförmigen Ansatz 19 des Kontaktkörpers KO. Das Metallmantelkabel 5 mündet an seinem inneren Ende mit der abisolierten zentralen Kabel­seele 5.2 in den Innenraum der Sacklochbohrung 14 des ersten Kontaktkörpers K0 bzw. der Isolierkörperbuchse 3.3 bzw. in den Innenraum ihres tubusförmigen Ansatzes 3.3a. Dort ist die Kabelseele 5.2 über einen noch zu erwähnenden Kabelendverschluß an den Multikontaktstecker 15 angeschlossen, welch letzterer am Innenumfang des Kontaktrohres 4 mit mehreren Kontaktfingern 15.1 kontaktgebend-elastisch anliegt.
  • Der Multikontaktstecker 15 weist mehrere über seinen Umfang verteilte Kontaktfinger 15.1 auf, z.B. vier, von denen in Fig. 1a nur 2 erkennbar sind. Diese Kontaktfinger 15.1 drücken elasti­sch in radialer Richtung gegen den Innenumfang des Kontaktrohres 4 und erstrecken sich von einem Kontaktfußteil 15.2 durch den Innenraum des tubusförmigen Ansatzes 3.3a in das zugewandte Ende des Kontaktrohres 4 hinein. Der Kontaktfußteil 15.2 ist auf dieMetallkappe 20.5 des Kabelendverschlusses 20 im Bereich des Innenraumes der Isolierkörperbuchse 3.3 aufgeschoben und an dieses angeschlossen.
  • Im Übergangsbereich der zentralen Durchgangsbohrung 6 des ersten Kontaktkörpers K0 zum Innenraum der Isolierkörperbuch­se 3.3 ist der bereits genannte Kabelendverschluß 20 angeord­net. Dieser wird von einem vorgefertigten Metall-Keramikkörper gebildet (vgl. FIG 3), bevorzugt bestehend aus Al₂ 0₃, welcher in einer zentralen Durchgangsbohrung von der Kabelseele 5.2 durchdrungen ist, und welcher an seinem Außenumfang von links nach rechts gesehen Zylindermantelflächen 20.1 größeren Durchmessers, daran anschließend konische Übergangsflächen 20.2 und daran anschließend Zylindermantelflächen 20.3 kleineren Durchmessers aufweist, wobei die Zylindermantelflächen 20.1 von einer Metallhülse 20.4 und die Zylindermantelflächen 20.3 von einer Metallkappe 20.5 umgeben sind, die zusammen mit dem Kera­mikkörper eine gasdichte Metall-Keramik-Verbindung bilden. Mit den metallverkleideten Zylindermantelflächen 20.1 ist der Kabelendverschluß 20 dichtend in das ihm zugewandte Ende des tubusförmigen Ansatzes 19 eingesetzt. Am anderen Ende ist der Kabelendverschluß 20 mit seiner Metallkappe 20.5 in eine ange­paßte zylindrische Ausnehmung des Kontaktfußteils 15.2 des Vielfach-Kontaktsteckers 15 eingesetzt und dort verbunden. Zugleich wird die Kabelseele 5.2 durch eine Bohrung des Kabel­endverschlusses geführt und mit der Metallkappe 20.5 verbunden (z.B. durch Schweißen), so daß eine gasdichte Durchführung der Kabelseele 5.2 vorhanden sowie auch eine mechanisch stabile Verbindung der Kabelseele 5.2 mit dem Fuß 15.2 des Multikon­taktsteckers 15 hergestellt ist.
  • Zurückkommend auf FIG IB sei darauf hingewiesen, daß beide Kontaktkörper A0 und K0 zum Befüllen der Spalträume 2i zwischen den Elektroden E mit Füllgas, insbesondere Argon, unter Druck mit feinen Schlitzen und/oder Bohrungen versehen sind Axial-radial verlaufende feine Schlitze, welche beginnend bei der achsnormalen Ebene 21 sich in Pfeilrichtung f₁ zum ver­jüngten Ende der Kontaktkörper K0 sowie A0 erstrecken, haben den Vorteil, daß die Kontaktkörper insgesamt elastischer sind und bei Wärmedehnungen die auf dem Kontaktkörper sitzenden Isolierstoffkörper 3 und 3b keinen so großen Druckkräften unterliegen. Es könnten aber auch feine Bohrungen vorgesehen sein, die axial und radial verlaufen und in die einzelnen Spalträume 2i münden sowie mit dem Raum der Innenbohrung von K0 und A0 über das Kontaktrohr 4 kommunizieren. In diesen Gesamtraum wird über einen nur zum Zwecke des Füllens offenen, sonst aber gasdicht verschlossenen Füllkanal 22 und die zentrische Durchgangsbohrung 18 das Füllgas unter Druck eingefüllt. Zum Füllkanal gehört der Kanalabschnitt 22.1 einer zentralen Öffnung im Boden des topfförmigen Isolierstücks 3.1b und der Kanalabschnitt 22.2 einer mit einer Auskleidung 23 versehenen zentrischen Bohrung im Schaftteil 10.3 der Abschluß­armatur 10. Das Befüllen mit Füllgas erfolgt unter Argongas-­Atmosphäre, und nach dem Befüllen wird die Abschlußarmatur 10 im Bereich 10.4 gasdicht verschweißt.
  • FIG 2 zeigt deutlicher als FIG 1B, daß die Auskleidung 23 an ihrem inneren Ende mit der Abschlußarmatur 10, verschweißt ist, siehe die Ringschweißnaht 23.1. Diese röhrchenförmige Ausklei­dung 23 hat die Funktion eines Pumpstutzenrohres. Wenn der schaftförmige Teil 10.3 der Abschlußarmatur 10 noch "offen" ist, d.h., die Abschlußkappe 24 noch nicht auf den Schaft 10.3 aufgesetzt und mittels der Ringschweißnaht 10.4 verbunden ist, dann kann über einen nicht näher dargestellten Anschlußkopf, welcher auf das Ende des Auskleidungsröhrchens 23 aufgesetzt wird, über das noch offene Ende (dieses Ende ist in FIG 1B und FIG 2 im zugequetschten Zustand dargestellt) Argon unter Druck eingefüllt werden. Ist der erforderliche Gasdruck in der Spalt­kammer 2 erreicht, dann kann dieses konische Ende 23.2 des Auskleidungsröhrchens 23 - noch bei aufgesetztem Anschlußkopf der Füllstation - zugequetscht werden. Durch Kaltverschweißen wird eine Gasdichtheit erreicht, so daß der Anschlußkopf abge­nommen werden kann und dabei kein Argongas aus der Spaltkammer 2 entweicht. Daran anschließend wird die Abschlußkappe 24 aufgesetzt und (wie erwähnt) längs der Schweißnaht 10.4 verschweißt.
  • FIG 2 zeigt einige weitere Details im Bezug auf die Gas-­Verbindungskanäle und die Feinschlitzung. Der Radialkanal 25 durchdringt den Kontaktkörper A0 in seinem ungeschlitzten Bereich, er mündet in den äußersten Spaltraum 2i zwischen der Kathode K1 und der gegenuberliegenden Anode A1, wobei durch eine Ringnut 26 am Außenumfang des ungeschlitzten Teils des Kontaktkörpers K1 und Bohrungen 27 im topfförmigen Isolier­körper 3.1b ein immer freier Gasweg garaniert ist. Zu den übrigen Spalträumen gelangt das Argon über die Schlitze, welche von freien Ende des Kontaktkörpers A0 bis hin zu der gestrichel­ten, gekrümmten, umlaufenden Fläche 21′ reichen. Das Kontaktrohr 4, d.h. sein verjüngtes Ende 4b, reicht nicht bis zu dieser gekrümmten Fläche 21′, sondern es ist ein Abstand a₅ in axialer Richtung vorgesehen, so daß das Argongas vom Zentralkanal 18 des Kontaktkörpers A0 über die Schlitze in die einzelnen Spalt­räume zwischen die Elektroden Ki und Ai, sowie auch in den Raum zwischen der Elektrode A3 und dem Kontaktrohr 4 gelangen kann. Hierzu sind weitere Ringaussparungen bzw. Ringnuten 26 und Bohrungen 27 an den Enden der Isolierkörper 3.2b und 3.3b vorgesehen. In der Wand des Kontaktrohres 4 befindet sich weiterhin wenigstens eine Radialbohrung 28, durch welche das Argongas auch in den Ringraum 4i zwischen Kontaktrohr 4 und innerster Elektrode A3 gelangen kann. Die Ringaussparungen 26 werden durch die nicht näher bezeichneten axial-radial verlau­fenden Schlitze, die beim Ausführungsbeispiel nach FIG 2 bis zu der gestrichelt dargestellen Linie 21′ reichen, angeschnitten, so daß die geschilderte Gasverbindung vom zentralen Raum 18 des zweiten Kontaktkörpers A0 zu den einzelnen Spalträumen 2i be­steht. Durch sinngemäß gleiches Vorgehen wird auch über Schlit­ze und Ringnuten im Kontaktkörper K0 sowie Bohrungen in den Iso­lierkörpern 3.1 und 3.2 das Füllgas den Spalträumen 2i zugeführt.
  • Der geschilderte Aufbau des Meßgeräts ermöglicht es, eine sehr hohe Empfindlichkeit zu erzielen und trotzdem mit einem Außen­durchmesser von ca. 30 mm auszukommen. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel besteht der rohrförmige Außenmantel aus einer korrosionsbeständigen Edelstahllegierung, insbesondere aus Inconel, er kann auch aus Titan oder Zirkon bestehen. Die zwischen der Außenelektrode K1 und dem Kontaktrohr 4 angeord­neten Elektroden A1, K2, A2, K3, K3 bestehen aus Titan und sind auf ihren Innen- und Außenmantelflächen mit Spaltstoff 235 U beschichtet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf jeweils Kathode und Anode bildende Elektrodenpaare K1-A1, A1-K2, K2-A2, A2-K3 und K3-A3 vorgesehen, und die Länge des Meßgeräts betrug z.B. 300 mm. Das Meßgerät funktioniert auch, wenn man die Polatitäten +P, -P miteinander vertauscht, so daß die Er­findung auch eine Ausführung umfaßt, bei der die Kathoden K1 bis K3 zu Anoden und die Anoden A1 bis A3 zu Kathoden werden. Aus Gründen der zeichnerischen Darstellbarkeit sind die Metall­hülse 20.4 und die Metallkappe 20.5 in FIG 1A nicht gezeigt, sondern nur in FIG 3. Gemäß einer bevorzugten Ausführungs­variante ist die Metallhülse 20.4 mit dem tubusförmigen Ansatz 19 integral, und letzterer bildet dann einen separaten Tubus, der im Axialbereich a₂₁ der Durchführungsbohrung 6 (die in diesem Axialbereich auf den Außendurchmesser des Tubus abzu­stimmen wäre) gasdicht eingesetzt ist (der ringförmige Dicht­sitz ist zweckmäßigerweise mit einer Dichtschweißung zu ver­sehen). - Die Erfindung umfaßt weiterhin auch zweistückige (statt der dargestellten einstückigen) Ausführungsformen für die Isolierkörper-Buchse 3.3 (FIG 1A) und für das topfförmige Isolierstück 3.1b (FIG 1B, FIG 2). Bei ersterer würde dann der nach links weisende tubusförmige Ansatz 3.3a als gesonderter Tubus ausgeführt, getrennt vom Mittelteil 3.3c mit seinem Ring­ansatz 3.30. Bei letzterem wurde die Trennfläche eine Ring­fläche sein, die auf dem Innendurchmesser D₁ liegen würde, d.h. der "Topfboden" wäre von einer ¨Topfwand" umfaßt. Die vorerwähn­ten drei Möglichkeiten, die komplizierten Bauteile K0, 3.3 und 3.1b zu unterteilen, dienen der Fertigungsvereinfachung.

Claims (15)

1. Neutronenfluß-Meßgerät
- Mit einem zylindrischen länglichen Gehäuse (1)
- und einer im Inneren des Gehäuses angeordneten, nach außen gasdicht verschlossenen Spaltkammer (2),
- mit wenigstens zwei in der Spaltkammer (2) mit Ringspalt (d₁) konzentrisch zueinander und gegeneinander elektrisch isoliert sowie mit je einer Polarität kontaktiert gehaltenen rohr­förmigen Elektroden (E), jeweils in Form eines Anoden-Kathoden-­Paares, welche Elektroden wenigstens an einer der einander zugewandten Elektrodenflächen mit einer Beschichtung (7) aus einem spaltbaren Material versehen sind,
-- wobei die Elektroden (E) unterschiedlicher Polarität durch Isolierkörper (3, 3b) aus keramischem Material gegeneinander isoliert und auf Abstand gehalten sind,
wobei zumindest der zwischen den Elektroden (E) entgegengesetz­ter Polarität befindliche Ringspalt ein unter Druck stehendes Füllgas, insbesondere ein Edelgas, enthält,
-- wobei mit den Elektroden (E) der jeweiligen Polarität elektri­sche Anschlußleiter (5, 5.1, 5.2) verbunden und gasdicht so wie gegeneinander isoliert durch eine Gehäusewand (K0) nach außen hindurchgeführt sind,
und wobei auf die Spaltstoffbeschichtung (7) auftreffende Neutronen Kernspaltreaktionen in dieser auslösen und die Spaltprodukte eine Ionisierung des Füllgases zur Auslösung elektrischer Impulse an den jeweiligen Anoden-Kathoden-Paa­ren bewirken,
dadurch gekennzeichnet,
- daß, in radialer Richtung gesehen, aufeinanderfolgende Elektroden (E) an ihren axialen Enden jeweils zueinander stufenförmig abgesetzt sind,
- daß in diese abgestufte Elektroden-Konfiguration von ihren beiden axialen Enden (1a, 1b) her entsprechend stufenförmig abgesetzte erste und zweite metallische Kontaktkörper (K0, A0) eingesetzt sind,
- daß die Elektroden (K1, K2, K3) einer ersten Polarität (-P) mit umlaufenden Kontaktflächen (101/11, 102, 103) des ersten Kontaktkörpers (K0) kontaktiert sind, wohingegen die Elek­troden (A1, A2, A3) der zweiten Polarität (+P) relativ zu diesem ersten Kontaktkörper (K0) unter Einfügung von Isolier­körpern (3, 3.1, 3.2, 3.3) isoliert und mit Ringspalt (d₁) zur jeweiligen Gegenelektrode (K1, K2, K3) gehalten sind
- und daß am anderen axialen Ende der Elektroden-Konfiguration die Elektroden (A1, A2, A3) der zweiten Polarität (+P) - so wie am gegenüberliegenden Ende die Elektroden (K1, K2, K3) der ersten Polarität (-P) im Bezug auf den ersten Kontakt­körper (K0) - mit einem entsprechend ausgebildeten zweiten Kontaktkörper (A0) kontaktiert sind, wogegen in diesem Be­reich die Elektroden (K1, K2, K3) der ersten Polarität (-P) , so wie diejenigen (A1, A2, A3) der zweiten Polarität (+P) am gegenüberliegenden Ende, isoliert gehalten sind.
2. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der radial innersten (A3) bis zur radial äußersten Elektrode (K1) die axiale Elektrodenlänge von Elektrode zu Elektrode stufenförmig zu­nimmt.
3. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußerste Elektrode (K1) als Gehäusemantel ausgebildet und mit einer Umfangsfläche (101) des einen Kontaktkörpers (K0) kontaktge­bend und gasdicht verbunden ist.
4. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­taktkörper (K0, A0) einen etwa tannenbaumartigen, nach innen sich stufenförmig verjüngenden Querschnitt aufweisen und daß abgesehen von dem die Außenelektrode (K1) als Gehäusemantel kontaktierenden Umfangsflächenabschnitt (11) des ersten Kontaktkörpers (K0) auf der axialen Länge der Umfangsflä­ chenabschnitte (11) der Kontaktkörper (K0, A0) ein aufge­schobener Isolierkörper-Ring (3.1, 3.2) und axial anschlies­send das kontaktgebende Ende (102, 103) der jeweils zu kontaktierenden Elektrode angeordnet sind, wobei die Isolierkörper-Ringe (3.1, 3.2) zur isolierten Lagerung der jeweiligen Gegenelektrode (A1, A2) unter Ver­meidung von Kriechstrecken in radialer und axialer Richtung dienen.
5. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper-­Ringe (3.1, 3.2; 3.2b, 3.3b) mit einem verdickten Ring­kragen (13) an der durch die Abstufung gebildeten Ring­schulterfläche (12; 17) des Kontaktkörpers (K0; A0) an­liegen, wobei zwischen dem Ende der Gegenelektrode und dem Ringkragen (13) ein axialer Spalt (d₃) für die ther­mische Längendehnung der jeweiligen Gegenelektrode gebildet ist.
6. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktkörper (K0) als gasdichte Durchführung für die beiden Anschlußleiter (5.1, 5.2) der ersten und der zweiten Polarität (-P, +P) ausgebildet und hierzu mit einer zentralen Durchgangsbohrung (6) versehen ist, daß der dem ersten Kontaktkörper (K0) gegenüberliegende Kontaktkörper (A0) ebenfalls eine zentrale Bohrung (18) aufweist, in welche ein zentrales Kontaktrohr (4) kon­taktgebend eingesetzt ist,
daß dieses Kontaktrohr (4) die Spaltkammer (2) zentrisch durchdringt und bis in den Bereich des ersten Kontakt­körpers (K0) hineingeführt ist,
daß das Kontaktrohr (4) unter Zwischenschaltung einer Isolierkörperbuchse (3.3) am Innenumfang des ersten Kon­taktkörpers (K0) elektrisch isoliert abgestützt ist und daß ein koaxiales Metallmantelkabel (5) durch die zen­trale Durchgangsbohrung (6) des ersten Kontaktkörpers (K0) gasdicht hindurchgeführt ist, mit einer zentralen Kabel­seele (5.2) in den Innenraum der Isolierkörperbuchse (3.3) mündet und dort mit der Kabelseele (5.2) über einen Kabel­endverschluß (20) an einen Vielfach-Kontaktstecker (15) angeschlossen ist, welch letzterer am Innenumfang des Kon­taktrohres (4) kontaktgebend-elastisch anliegt.
7. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das koaxiale Metall­mantel-Kabel (5) mit einem Außenmantel (5.1) als Masse-­Polarität (-P) innerhalb einer Teilstrecke (a₁) der zen­tralen Durchgangsbohrung (6) des ersten Kontaktkörpers (K0) an deren Innenumfangsflächen kontaktgebend anliegt.
8. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multikontakt­stecker (15) mehrere Kontaktfinger (15.1) aufweist, welche unter elastischer Deformation radial gegen den Innenumfang des Kontaktrohres (4) gehalten sind und sich von einem Kontaktfußteil (15.2) in das Kontaktrohr hinein erstrecken,
wobei der Kontaktfußteil (15.2) über eine Metallkappe 20.5 des gasdichten Kabelendverschlusses 20 mit der Kabelseele (5.2) im Bereich des Innenraums der Isolier­körperbuchse (3.3) verbunden ist.
9. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Kabel­endverschluß (20) im Übergangsbereich der zentralen Durchgangsbohrung (6) des ersten Kontaktkörpers (K0) zum Innenraum der Isolierkörperbuchse(3.3), durch wel­chen das abisolierte freie Ende der Kabelseele (5.2) von einer im Betriebstemperaturbereich kleiner oder gleich 600 °C thermisch beständigen Isoliermasse um­geben ist, wobei der Kabelendverschluß (20) eine gas­dichte Durchführung der Kabelseele (5.2) durch das Ende ihres Isolierstoffmantels (5.3), des diesen umgebenden koaxialen Außenleiters (5.1) und des Innenumfangs eines tubusförmigen Ansatzes (19) bewirkt, sowie eine mechanisch stabile Verbindung der Kabelseele (5.2) mit dem Fuß (15.2) des Multikontaktsteckers (15) herstellt.
10. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontaktkörper (A0) an seiem äußeren dickeren Ende in ein etwa topfförmiges Isolierstück (3.1b) eingesetzt und dieses an seinem Außenumfang vom rohrförmigen Ge­häusemantel der Kathode (K1) umfaßt und gehalten ist, daß in eine über das topfförmige Isolierstück (3.1b) axial überstehende Rohrpartie des Gehäusemantels eine etwa pilz­förmige Abschlußarmatur (10) mit ihrem pilzhutförmigen Teil (10.1) gasdicht eingesetzt ist und mit einem nach außen verschließbaren Innenkanal (22) über eine zentrische Öff­nung (22.1) im Boden des topfförmigen Isolierstückes (3.1b) mit der zentralen Durchgangsbohrung (18) des zweiten Kon­taktkörpers (A0) und dem Innenraum des Kontaktrohres (4) kommuniziert.
11. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befüllen der Spalt­räume (2i) zwischen den Elektroden (E) der Spaltkammer (2) mit Füllgas unter Druck beide Kontaktkörper (K0) mit Feinschlitzen versehen sind, wobei die Gasabdichtung nach außen mittels zweier dichtender Verbindungen (9a, 9b) zwischen dem Kontaktkörper (K0) sowie der Abschlußarmatur (10) und dem rohrförmigen Außenmantel der Kathode (K1) hergestellt ist.
12. Neutronenfluß-Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Außen­mantel der Kathode (K1) in unbeschichteter Ausführung aus einer bzw. einem korrosionsbeständigen Metall-Legierung bzw. Metall, beispielsweise aus Inconel, Titan oder Zirkon besteht.
13. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zwischen dem rohrförmigen Außenmantel der Kathode (K1) und der innersten Elektrode (A3) angeordneten Elektroden (A1, K2, A2, K3) aus Titan bestehen und auf ihren Innen- und Außenmantelflächen mit einer 235 U-Be­schichtung (7) versehen sind.
14. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß - die Außenelektrode (K1) in Gestalt des rohrförmigen Außenman­tels und die innerste Elektrode (A3) mitgerechnet - fünf jeweils Kathode und Anode bildende Elektrodenpaarungen (K1-A1, A1-K2, K2-A2, A2-K3, K3-A3) vorgesehen sind.
15. Neutronenfluß-Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand (d₁) von Elektrode zu Elektrode (0,5 bis 1) mm beträgt.
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