DE2829465A1

DE2829465A1 - Neutronenmesseinrichtung

Info

Publication number: DE2829465A1
Application number: DE19782829465
Authority: DE
Inventors: Kerwin C Playfoot; William H Todt
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1979-01-18
Also published as: JPS5419095A; JPS6229754B2; US4140911A; CA1096056A; FR2396980A1; GB1604086A; FR2396980B1

Description

. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9

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Düsseldorf, 3. Juli 1978

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

■ Neutronenmeßeinrichtung

•Die Erfindung betrifft eine innerhalb eines Nuklearreaktorkerns angeordnete Neutronenmeßanordnung. Insbesondere handelt es sich um eine Neutronenmeßanordnung, die eine Vielzahl von sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren aufweist, welche innerhalb des Kerns eines Nuklearreaktors die Strahlung überwachen. Ein sich selbst mit Leistung versorgender Detektor ist eine Einrichtung, die kein Spannungspotential benötigt, sondern ein Signal zwischen einem zentralen leitenden Emitter und einem im Abstand koaxial angeordneten Mantelkollektor erzeugt, wobei dazwischen Isolierungseinrichtungen vorgesehen ind. Eine große Anzahl derartiger Detektoren sind erforderlich, um die Strahlungspegel im Bereich des gesamten Reaktorkerns ausreichend zu überwachen und genügend Daten zu liefern, um die Brennstoffarbeitsweise des Kerns zu kennzeichnen und um Sicherheitsüberwachungsdaten zu liefern. Die Detektoren werden typischerweise entlang der Längserstreckung des Kerns angeordnet, um Neutronenflußmessungen längs der Kernlänge zu liefern.

Bei den gegenwärtig verwendeten, aus mehreren Detektoren bestehenden Anordnungen sind die aktiven Detektorteile der einzelnen Detektoren entlang eines longitudinalen Weges der gebündelten

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POSTSCHECKiBERLiNWEST(BLZ 100 100 10) 132736-109· deutsche bank (BLZ 300 700 10) 6 160 253

Anordnung placiert, so daß die Kabelzuführungen für die entsprechenden im Abstand angeordneten Detektoren nur bis zu dem entsprechenden aktiven Teil des Detektors sich erstrecken. Dies bedeutet, daß mehrere Kabel in nahem Abstand zum ersten Detektor liegen, während kein Kabel bei dem vom ersten Detektor am weitesten entfernten Detektor der Anordnung vorhanden ist. Dieser Unterschied in der mechanischen Struktur und in den in der unmittelbaren Umgebung des aktiven Teils eines jeden Detektors vorhandenen Materialien führt zu Unterschieden in der Detektorempfindlichkeit aufgrund individueller örtlicher Verzerrungsfaktoren und macht die Analyse der Signalausgänge der verschiedenen Detektoren kompliziert.

In der US-Patentschrift 3 751 333 wird eine Neutronendetektoranordnung beschrieben, bei der die Detektoren und deren Leitungskabel zwischen einem hohlen zentrierten Eichrohr und einem seitlichen flexiblen äußeren Mantel angeordnet sind, wobei mechanische Abstandhalter zwischem den im Abstand angeordneten Detektoren und Kabeln längs der gesamten Länge der Anordnung verlaufen. Die Abstandshalter halten die Detektoren in korrektem Abstand. Bei der kommerziellen Ausführung des oben beschriebenen Patentes stellen die Abstandshalter Neutronen absorbierende Festkörperdrahtglieder dar, die den Neutronenpegel am aktiven Detektor absenken. Dies ist insbesondere der Fall am Anschlußende der Anordnung, wo eine Vielzahl derartiger Drahtabstandshalter sich nahe zum am weitesten sich erstreckenden aktiven Detektor befinden. Dieser aktive Enddetektor sieht einen niedrigeren Neutronenfluß für einen gegebenen einfallenden Flußpegel als die anderen im Abstand angeordneten Detektoren, wo sich weniger Festkörperdrahtabstandshalter befinden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Neutronenflußdetektoranordnung, die die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Hauptanspruch gelöst, die Erfindung besteht also aus einer innerhalb des Kerns

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angeordneten Neutronendetektoranordnung, die aus einer Vielzahl von longitudinal sich erstreckenden, sich selbst mit Leistung versorgenden Detektoren besteht, welche jeweils eine längliche röhrenförmige leitende Umhüllung aufweisen, wobei zumindest einer der Detektoren drei innere Teile besitzt, die sich innerhalb der röhrenförmigen leitenden Umhüllung erstrekken, einschließlich eines Leitungskabelteils, das von einem Ende der Umhüllung zusammen mit einem leitenden Zentraldraht und zwischen dem Zentraldraht und der Umhüllung (Mantel) sich erstreckenden Isoliereinrichtungen verläuft. Des weiteren ist ein aktiver Detektorteil zwischen den Mantelenden vorgesehen, der aus einem neutronenabsorbierenden zentralen leitenden Emitter besteht, welcher an einem Ende mit dem zentralen Leitungskabeldraht verbunden ist, wobei Isoliereinrichtungen zwischen dem zentralen leitenden Emitter und dem Mantel vorhanden sind. Schließlich ist ein die Neutronen wenig absorbierender Erstrekkungsteil vorgesehen, der aus einer Mantelerstreckung besteht, die sich von dem anderen Ende des zentralen leitenden Emitters zu einem abgedichteten Mantelende erstreckt, wobei Isoliereinrichtungen das von dem Mantel gebildete Volumen füllen und die Erstreckungsteile zumindest bis zum Anschlußende des am weitesten sich erstreckenden Detektors in symmetrischer Beziehung reichen, um eine Anordnung zu erhalten, die gleichförmige Verzerrungseigenschaften längs der aktiven Teile der Detektoren der Anordnung besitzt.

Die Erstreckungen mit niedriger Neutronenabsorption laufen somit Seite an Seite zu den Kabelleitungen und dem im Abstand angeordneten aktiven Detektorteil, so daß an jedem aktiven Detektorteil die örtlichen Verzerrungsfaktoren gleichförmig sind, und zwar wegen der gleichförmigen mechanischen Strukturen und Materialien, die bei jedem aktiven Detektorteil symmetrisch vorhanden sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

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Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Detektoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2A bis 2D

Querschnittsansichten längs der Linien A-A, B-B, C-C, D-D von Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils der Detektoranordnung einer anderen Ausführungsform; und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV der Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 stellt die Neutronendetektoranordnung 10 eine längliche Anordnung dar, die vier longitudinal sich erstreckende sich selbst mit Leistung versorgende Detektoren 12, 14, 16 und besitzt, die seitliche zueinander angeordnet sind. Der Detektor 12 umfaßt einen länglichen leitenden Mantel 20 und weist drei innere Teile auf. Ein Leitungskabelteil 22 erstreckt sich von einem Ende der Anordnung und ein leitender Zentraldraht ist zentral innerhalb des Mantels 20 angeordnet, wobei Isoliereinrichtungen 26 zwischen dem Draht 24 und dem Mantel vorhanden sind. Ein aktiver sich selbst mit Leistung versorgender Detektorteil 28 befindet sich zwischen den Anschlüssen der Anordnung und umfaßt einen neutronenabsorbierenden zentralen leitenden Emitter 30, der mit einem Ende des Leitungskabelzentraldrahtes elektrisch verbunden ist. Isoliereinrichtungen 26 sind in gleicher Weise zwischen dem zentralen leitenden Emitter 30 und dem Mantel 20 vorgesehen. Ein Neutronen wenig absorbierender Erstreckungsteil 32 erstreckt sich von dem anderen Ende des zentralen leitenden Emitters und umfaßt Isoliereinrichtungen 26, typischerweise Alumina, das das von dem Mantel 20, welcher an seinem Anschlußende 34 abgedichtet ist, gebildete Volumen füllt. Der aktive Detektorteil 28 eines jeden Detektors wird in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt.

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Die Detektoren 14 und 16 haben die gleichen drei Teile wie der Detektor 12, nämlich einen Kabelteil 22, einen aktiven Detektorteil 28 und einen Erstreckungsteil 32, jedoch ist der aktive sich selbst mit Leistung versorgende Detektorteil 28 längs der Longitudinalerstreckung der Anordnung 10 verschoben. In Fig. 2Ά sind in einer Schnittansicht, die längs der Linie A-A der Fig. durch die Anordnung 10 genommen wurde, und zwar im Bereich des aktiven Emitterteils 28 des Detektors 12, die Teile der Detektoren 14, 16 und 18 die Kabelleitungsabschnitte 22. Der auf Neutronen ansprechende zentrale Leitungsemitter 30, der aktive Detektorteil, ist in den Fig* 2A bis 2D durch ein χ wiedergegeben, um ihn von dem Kabelzentraldraht 24 zu unterscheiden. In Fig. 2B, welche einen Schnitt längs der Linie B-B der Fig. 1 durch die Anordnung 10, und zwar im Bereich des aktiven Emitterteils des Detektors 14, darstellt, sind die Kabelleitungsteile der Detektoren 16 und 18 zu erkennen, jedoch befindet sich der Erstreckungsteil 32 des Detektors 12, der eine niedrige Neutronenabsorption aufweist, angrenzend zum aktiven Teil des Detektors In Fig. 2C, eine Schnittansicht längs der Linie C-C der Fig. 1 durch die Anordnung 10 im Bereich des aktiven Emitterteils des Detektors 16, erstrecken sich die Erstreckungsteile 32 mit niedriger Neutronenabsorption von den Detektoren 12 und 14 entlang dieser Detektoren sowie entlang der Kabelleitungsteile 22 des Detektors 18. Der Detektor 18 besitzt nur einen Kabelleitungsteil und einen aktiven sich selbst mit Leistung versorgenden Emitterteil, da er der am weitesten vom Anschlußende der Anordnung 10 sich erstreckende Detektor ist. Somit sind in Fig. 2D, die eine Schnittansieht längs der Linie D-D der Fig. 1 durch die-Anordnung 10 am aktiven Emitterteil des Detektors 18 darstellt, die eine niedrige Neutronenabsorption aufweisenden Erstreckungsteile 32 der Detektoren 12, 14 und 16 angrenzend zu dem aktiven Teil des Detektors 18 wiedergegeben. Der leitende Mantel des Detektors 18 ist an seinem Ende abgedichtet, welches auch das Ende der Anordnung 10 darstellt.

Die niedrige Neutronenabsorption aufweisende Erstreckung umfaßt typischerweise einen temperatur- und strahlungsfesten Isolator,

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wie Alumina oder Magnesia innerhalb des leitenden Mantels. Es kann eine Vielzahl von Isolatoren verwendet werden, die niedrige Neutronenabsorption besitzen.

Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, für den am weitesten sich erstreckenden Detektor 18 eine die Neutronen nur wenig absorbierende Erstreckung 32 vorzusehen, wobei die Erstreckung 32 für den Detektor 18 wie auch die Erstreckungen für die Detektoren 12, 14 und 16 sich alle bis zu einem gemeinsamen Ende der Anordnung erstrecken, welches sich in einiger Entfernung jenseits des Endes des aktiven Detektorteils 30 des Detektors 18 befindet.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, umfaßt die Detektoranordnung 40 eine längliche hohle Eichröhre 42, die vier Detektoren 44, 46, 48 und 50 sowie ein Thermokreuzzulextungskabel aufweist, das um die Eichröhre 42 schraubenförmig in einer pentafilaren Weise herumgewickelt ist. Die Detektoren 44, 46 48 und 50 sind dreiteilige Anordnungen, ganz ähnlich der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, welche dann um die Eichröhre schraubenförmig herumgewickelt werden. Die Detektoren 44, 46, 48 und 50 umfassen jeweils einen Kabelzuführungsteil, einen aktiven Detektorteil sowie einen Erstreckungsteil, wie bereits bei den Detektoren gemäß Fig. 1 und 2 erläutert.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 erstreckt sich das längliche hohle Eichrohr 42 bis nahe zum abgedichteten Abschlußende des Mantels 54, wobei die niedrige Neutronenabsorption aufweisenden Detektorerstreckungsteile der Detektoren 44, 46, 48 und bis zum Ende des Eichrohres 42 schraubenförmig herumgewickelt sind.

Für die außerhalb des Kerns befindlichen Teile des Eichrohres ist die schraubenförmige Umwicklung der Detektoranordnungen und des Thermokreuzkabels eine lose Umwicklung von etwa einer Windung pro 30 cm. Für den innerhalb des Kerns liegenden Teil

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sind die Detektoren und das Thermokreuzkabei Seite an Seite dicht anliegend eng gewickelt. Die aktiven Detektorteile der jeweiligen Detektoren sind wiederum längs der Längserstreckung der Anordnung mit Abstand angeordnet, wobei nur der empfindliche aktive Detektorteil des einen Detektors 46 in Fig. 3 in seiner vollen schraubenförmigen aktiven Länge wiedergegeben ist. Die schraubenförmige Umwicklung der Detektoren liefert einen längeren aktiven Emitterteil für eine gegebene Kernlänge und ermöglicht eine größere Detektorempfindlichkeit. Die Anordnung der schraubenförmig umwickelten Erstreckungsteile mit niedriger Neutronenabsorption, welche sich von den Enden der aktiven Emitterteile des Detektors erstrecken, bewirkt gleichförmige Verzerrungseigenschaften längs der gesamten Anordnung 40.

Das Eichrohr 42 ermöglicht das Einschieben eines beweglichen Eichdetektors innerhalb des Rohres längs der gesamten Kernlänge.

Wie in Fig. J zu erkennen ist, befindet sich die gesamte Detektoranordnung 40 innerhalb eines seitlich flexiblen äußeren Mantels 54, der das Einführen der gesamten Anordnung von außen in das Reaktorgefäß erleichtert. Ein Thermokreuz 46 ist am Anschlußende des äußeren Mantels 54 vorgesehen, und das um das Eichrohr herumgewickelte Thermokreuzkabel 52 ist mit dem Thermokreuz elektrisch verbunden, welches seinerseits im Inneren oder Äußeren des Mantels 51 montiert sein kann.

Die Erfindung wurde bezüglich einer Ausführungsform beschrieben, bei der vier Detektoren für die Anordnung benutzt wurden. Jedoch ist die Anzahl der verwendeten Detektoren t;ine Frage der Wahl, wobei die Zahl nur durch den Durchmesser des Kernringes begrenzt wird, in den die» Anordnung eingeschoben werden kann.

ES/jn 3

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Claims

. Ernst Stratmann

PArENTANWALT
D-4OOO DÜSSELDOFIF I · SCHADOWPLATZ 9

püsseldorf, 3. Juli 1978

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

Patentansprüche ;

Neutronendetektoranordnung zur Anordnung innerhalb des Kerns eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (10, 40) eine Vielzahl von longitudinal sich erstreckenden, sich selbst mit Leistung versorgenden Detektoren (12, 14, 16, 18; 42, 44, 16, 50) aufweist, die jeweils aus einem länglichen, röhrenförmigen, leitenden Mantel (20) bestehen, wobei zumindest einer der Detektoren drei innere Teile (28, 30, 32) aufweist, die sich innerhalb des röhrenförmigen leitenden Mantels (20) erstrecken und einen Kabelzuführteil (22) umfassen, der sich von einem Ende des Mantels (20) erstreckt, wobei ein leitender Zentraldraht (24) und Isoliereinrichtungen (26) zwischen dem Zentraldraht (24) und dem Mantel (2O) vorgesehen sind, des weiteren einen aktiven Detektorteil (28) zwischen den Mantelenden, welcher aktive Detektorteil (28) aus einem neutronenabsorbierenden zentralen leitenden Emitter (30) besteht, der an einem Ende mit dem Zuführkabelzentraldraht (24) elektrisch verbunden ist, wobei Isoliereinrichtungen (26) zwischen dem zentralen leitenden Emitter (30) und dem Mantel (20) angeordnet sind, sowie einen Neutronen wenig absorbierenden Erstreckungsteil (32), welcher aus einer Mantelerstreckung besteht, die sich vo2 dem anderen Ende des zentralen leitenden Emitters (30) bis zu einem abgedichteten Mantelende (31) erstreckt, wobei das von

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POSTSCHECK! berlin WESr (BLZ 10010 010) 132736-10? · deutsche bank (3LZ 300 70 010) 0160253

ORIGINAL INSPECTED

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dem Mantel (20) gebildete Volumen durch Isoliereinrichtungen (26) angefüllt ist, wobei die Erstreckungsteile (32) sich zumindest bis zum Abschlußende des am weitesten sich erstreckenden Detektors in symmetrischer Beziehung erstrecken, um eine Anordnung (10) zu schaffen, die gleichförmige Verzerrungseigenschaften längs der aktiven Teile (28) der Detektoren der Anordnung (10, 40) aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein seitlich flexibler äußerer Schutzmantel (5 1) um die Anordnung (10) herum angeordnet ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermokreuzzuführkabel (52) innerhalb der Anordnung (40) angeordnet ist, das sich über das Abschlußende des am weitesten sich longitudinal erstreckenden Detektors hinaus erstreckt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Detektoren (44, 16, 18, 50) um ein hohles Eichrohr (12) schraubenförmig herumgewickelt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Umwicklung um das Eichrohr (42) über der aktiven Detektorlänge eine enge Wicklung ist, bei der die Kabel aneinander anliegen.

Beschreibung:

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