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Dokumentenidentifikation DE3011960C2 30.03.1989
Titel Teilchennachweisgerät und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder Commissariat à l'Energie Atomique, Paris, FR
Erfinder Farcy, Paul, Clamart, FR
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 27.03.1980
DE-Aktenzeichen 3011960
Offenlegungstag 16.10.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.03.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.1989
IPC-Hauptklasse H01J 47/00
IPC-Nebenklasse H01J 47/02   H01J 47/12   G01T 3/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Teilchennachweisgerät wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Die Erfindung betrifft gleichfalls ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Teilchennachweisgerätes.

Ein Teilchennachweisgerät der obengenannten Art ist aus der DE-OS 22 17 789 bekannt.

Aus der franzözischen Patentschrift 12 64 231 ist auch bereits ein Teilchennachweisgerät bekannt, bei dem auf zwei im Abstand zueinander angeordneten Flächen in einem Gehäuse aus isolierendem Material Schichten aus einem leitfähigen Material aufgebracht sind. Der Zwischenraum zwischen den so gebildeten Elektroden kann mit einem ionisierbaren Gas gefüllt sein. Die leitfähigen Schichten sind mit elektrischen Drähten verbunden, die aus dem Gehäuse herausgeführt sind.

Aus der DE-AS 24 37 171 ist auch bereits eine Ionisationskammer zur Verwendung in Spaltzonen von Kernreaktoren bekannt, die bis zu Temperaturen von 800° C verwendet werden kann. Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind hierbei die Sammelelektrode und die Schutzelektrode direkt aus einem Drei-Leiter-Koaxialkabel gebildet.

Bei den meisten üblichen Ausführungen eines Teilchennachweisgerätes wird die zwischen den Elektroden in einem Teilchennachweisgerät vorliegende Ionisationskammer oder die Kernreaktionskammer bei einem Neutronennachweisgerät einfach dadurch gebildet, daß die Elektroden im Inneren eines Körpers angeordnet werden, der aus mehreren Teilen besteht, um die Elektroden einbauen zu können.

Die Ausbildung des Körpers eines Teilchennachweisgerätes mit mehreren Teilen ist bei gewissen, besonderen Anwendungen im Hinblick auf das gute Arbeiten des Nachweisgerätes nachteilig und zwar insbesondere, wenn das Nachweisgerät bei sehr hohen Temperaturen, beispielsweise oberhalb von 600° C, verwandt werden soll und wenn der Teilchenfluß besonders groß ist, in dem das Nachweisgerät angeordnet ist. Ein solcher Fall liegt vor, wenn solche Nachweisgeräte verwandt werden, um den Neutronenfluß im Kern eines Atomreaktors zu messen. Ferner ist es in diesem besonderen Fall erforderlich ein langgestrecktes Nachweisgerät anordnen zu können, dessen querschnittsmäßige Raumbeanspruchung so klein wie möglich ist.

Wenn der Körper des Teilchennachweisgerätes aus mehreren Teilen besteht, erhält er gleichzeitig Teile zum Zusammenbauen und Teile zum Abdichten. Im allgemeinen besteht eine gewisse Anzahl dieser Teile aus Metall und enthält Spuren von Kobalt, Wolfram oder anderen Metallen, deren Aktivierung bei hohen Temperaturen dazu führt, daß die mit dem Nachweisgerät durchgeführten Messungen vollkommen verfälscht werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Teilchennachweisgerät zu schaffen, mit dem bei hohen Temperaturen genaue Messungen durchgeführt werden können, und zwar unabhängig davon, wie groß der Teilchenfluß ist, dem das Nachweisgerät ausgesetzt wird, und welches vorzugsweise eine langgestreckte Form aufweist und dessen Querschnitt äußerst klein ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Teilchennachweisgerät wie im kennzeichenden Teil des Anspruchs 1 angegeben, gelöst.

Aufgrund der Ausbildung des Körpers des Nachweisgerätes mit einem einzigen Teil, sind die im allgemeinen bei bekannten Nachweisgeräten verwandten Teile zum Abdichten nicht erforderlich, und die einzigen Teile aus Metall, die übrig bleiben, sind die Elektroden und die elektrischen Verbindungsdrähte.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird das Teilchennachweisgerät derart ausgestaltet, daß zum Nachweis von Neutronen mindestens eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden 12, 14 mit einer Schicht aus einem spaltbaren Material bedeckt ist, wodurch die ringförmige Kammer 16 eine Kernreaktionskammer bildet. Vorzugsweise ist die Schicht aus spaltbarem Material regelmäßig und gleichförmig.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung besteht der Körper des Nachweisgerätes aus gesintertem Aluminiumoxyd bzw. Tonerde. Gemäß einer weiteren Ausführung kann die Außenfläche des Körpers des Nachweisgerätes einen Metallüberzug aufweisen, um eine Abschirmung zu bilden.

Gemäß einem noch anderen Merkmal der Erfindung sind die elektrischen Verbindungsleitungen durch ein Koaxialkabel gebildet, welches eine Halterung darstellt, an der die Elektroden befestigt sind. Das Koaxialkabel besteht vorzugsweise aus Platin.

Die verschiedenen Materialien, die angegeben worden sind, um den Körper, die Elektroden und die elektrischen Verbindungsdrähte des Nachweisgerätes zu bilden, sind zur Ausbildung bzw. Darstellung der Erfindung nicht unabdingbar. Sie tragen jedoch dazu bei, das erwünschte Ergebnis zu erhalten, d. h. insbesondere ein gutes Verhalten bei einer hohen Temperatur des Nachweisgerätes. Tatsächlich ermöglichen sie, in etwa jede Spur von Metallen, wie Kobalt oder Wolfram zu entfernen.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung des vorhergehend beschriebenen Teilchennachweisgerätes. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß folgende Schritte ausgeführt werden: Herstellung einer Teileinheit, die zwei konzentrische rohrförmige Elektroden 12, 14, ein bei Umgebungstemperatur festes Füllmaterial 26, das mindestens teilsweise zwischen den Elektroden 12, 14 zu ihrer Zentrierung angeordnet ist, und mit den Elektroden 12, 14 verbundene elektrische Verbindungsleitungen 22, 24 umfaßt, Formen eines Körpers aus keramischem Material um diese Teileinheit, so daß diese bis auf die freien Enden der Verbindungsleitungen 22, 24 in dem Körper eingebettet ist, wobei mindestens ein Lüftungskanal 42 durch den Körper zwischen dem Füllmaterial 26 und dem Außenraum hindurchführt, Überführen des Füllmaterials 26 in den flüssigen oder gasförmigen Zustand und Ausbringen des Materials durch den Lüftungskanal 42, wodurch eine ringförmige zylindrische Kammer 16 zwischen den zwei Elektroden 12, 14 entsteht, Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die ringförmige Kammer 16 durch den Lüftungskanal 42, und Schließen des Lüftungskanals 42 durch Schmelzen eines Stopfens 54 aus einem keramischen Material von der gleichen Art, aus dem der Körper gebildet ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal des Herstellungsverfahrens wird das Formen des Körpers aus keramischem Material unter Vakuum durchgeführt, und der Körper aus keramischem Material wird vorzugsweise vor dem Überführen des Füllmaterials in den flüssigen oder gasförmigen Zustand getrocknet. Die Fluidisierung kann beispielsweise während einer ersten Phase eines Brennvorganges des Körpers aus keramischem Material durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Brennen dann in reduzierender Atmosphäre durchgeführt, und das Nachweisgerät wird vertikal so angeordnet, daß ein Knicken während des Brennens vermieden wird.

Das Nachweisgerät kann ferner auch auf trockene Weise hergestellt werden, und dieses Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden, aneinander anschließenden Schritte durchgeführt werden: Herstellung einer Teileinheit, die zwei konzentrische, rohrförmige Elektroden, ein bei Umgebungstemperatur festes Füllmittel, das mindestens teilweise zwischen den Elektroden für ihre Zentrierung angeordnet ist, Zwei mit den Elektroden verbundene elektrische Verbindungsdrähte und eine im Inneren der inneren Elektrode angeordnete Stange aus keramischem Material umfaßt, Formen eines Körpers aus keramischem Material der gleichen Zusammensetzung wie das der Stange auf bzw. um diese Teileinheit durch Behandeln mit einem Brenner, so daß diese Teileinheit bis auf die freien Enden der Verbindungsdrähte in dem Körper eingebettet bzw. eingelassen ist, wobei mindestens ein Lüftungskanal zwischen dem Füllmittel und dem Äußeren vorgesehen wird, Fluidisierung des Füllmittels durch Erwärmen und Abziehen dieses Füllmittels durch den Lüftungskanal, so daß eine ringförmige Kammer von den zwei Elektroden begrenzt wird, Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die ringförmige Kammer durch den Lüftungskanal, und Schließen des Lüftungskanals durch Schmelzen eines Stopfens aus einem keramischen Material von der gleichen Art, aus dem der Körper gebildet ist.

Wenn das Nachweisgerät zum Nachweisen von neutralen Teilchen wie Neutronen bestimmt ist, ist eine Schicht aus Kernreaktionsmaterial auf mindestens einer der einander gegenüberliegenden Seiten der Elektroden aufgebracht, bevor diese in die Teileinheit eingefügt worden sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte des Einführens des unter Druck stehenden Gases in die ringförmige Kammer und des Schließens des Lüftungskanals im Inneren einer dichten Abschirmung bzw. Kammer durchgeführt, die eine Eintrittsöffnung für das unter Druck stehende Gas und ein Fenster aufweist, wobei das Schmelzen des Stopfens aus keramischem Material mittels eines Lasers durch dieses Fenster hindurch erfolgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Teilchennachweißgerät, insbesondere für Neutronen, welches nach der Erfindung ausgebildet ist, und

Fig. 2a bis 2f verschiedene Herstellungsschritte des in der Fig. 1 dargestellten Teilchennachweisgerätes.

Das in Fig.1 dargestellte Teilchennachweisgerät ist insbesondere als Nachweisgerät für Neutronen zur Verwendung im Kern eines Atomreaktors geeignet. Es weist einen länglichen Körper 10 mit einem relativ kleinen zylindrischen Querschnitt auf und besteht aus einem einzigen Stück aus keramischem Material und zwar vor-Zugsweise aus gesintertem Aluminiumoxyd und ist nach einem noch im folgenden zu beschreibenden Verfahren geformt. Der Körper 10 ist um zwei rohrförmige konzentrische Elektroden 12 und 14 geformt, die vorzugsweise aus Platin bestehen und die eine Kernreaktionskammer 16 begrenzen, die an beiden Enden der Elektroden 12 und 14 in ringförmige Kammern 18 und 20 mündet. Die konzentrischen Elektroden 12 und 14 sowie die ringförmigen Kammern 18 und 20 sind selbst koaxial in bezug auf den Körper 10 des Nachweisgerätes angeordnet. In bekannter Weise sind die Kernreaktionskammer 16 und die ringförmigen Kammern 18 und 20 mit einem unter Druck stehenden Gas wie z. B. Argon, Krypton, Stickstoff, Methan und dergleichen gefüllt, um eine Verstärkung der durch den Neutronenfluß erzeugten Kernspaltungen aufgrund der Stöße zwischen den Spaltprodukten und den Gasmolekülen zu gewährleisten. Die Art des Füllgases hängt von der Temperatur, dem Druck, dem Abstand zwischen den Elektroden sowie der erwünschten Schnelligkeit ab. Obgleich dies nicht in Fig. 1 dargestellt ist, ist mindestens eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden 12 und 14 mit einer regelmäßigen gleichförmigen Schicht aus einem spaltbarem Material bedeckt. Zu den verschiedenen, verwendbaren radioaktiven Quellen gehören insbesondere, jedoch ohne Beschränkung die folgenden Stoffe: &sub2;&sub3;&sub5;U, &sub2;&sub3;&sub8;Pu, Np und dergleichen. Schließlich sind die elektrischen Verbindungsdrähte 22 und 24 mit der äußeren Elektrode 12 (Kathode) und der inneren Elektrode 14 (Anode) verbunden und in den Körper 10 aus Aluminiumoxid eingebettet und kommen aus einem Ende mit verringertem Querschnitt des Körpers so heraus, daß das Nachweisgerät mit einer Gleichspannungsquelle sowie mit einem Meßsystem und/oder einem Aufzeichnungssystem bekannter Art (dieses ist nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden kann. Die Drähte 22 und 24 bestehen vorzugsweise aus Platin. Ferner kann die Außenfläche des Körpers 10 aus Aluminiumoxid metallisiert sein, um eine Abschirmung zu bilden.

Wenn das Nachweisgerät in einem Neutronenfluß angeordnet und wenn eine Gleichspannung an die elektrischen Verbindungsdrähte 22 und 24 zur Erzeugung eines konstanten, elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 12 und 14 angelegt worden ist, hat eine gewisse Anzahl Neutronen, deren Flugbahnen durch das Nachweisgerät so hindurchgeht, daß die auf den Elektroden angeordnete Schicht aus spaltbarem Material beaufschlagt wird, die Kernspaltung gewisser Atome dieses Materials zur Folge, wodurch eine Kettenreaktion als Folge der auf die Gasmoleküle auftreffenden Spaltprodukte erzeugt wird. Dies hat zur Folge, daß ein meßbarer, elektrischer Impuls dem Unterschied des konstanten Potentials hinzugefügt wird, welches zwischen den beiden Elektroden angelegt ist. Dieser Impuls wird ohne Schwierigkeit durch einen elektronischen Schaltkreis zum Messen und Aufzeichnen abgetrennt, welcher im allgemeinen einen Verstärker umfaßt.

Die blockartige Ausgestaltung bzw. Struktur des Körpers 10 des Neutronennachweisgerätes gestattet, auf alle Teile zum Abdichten oder zum Zusammenbauen zu verzichten und Werkstoffe wie Aluminiumoxid zur Ausbildung des Körpers 10 und einen Werkstoff wie Platin zur Herstellung der Elektroden 12 aund 14 und der elektrischen Verbindungsdrähte 22 und 24 auszuwählen. Die unreinen Metalle, welche insbesondere Spuren von Kobalt oder Wolfram umfassen, sind vollkommen derart entfernt, daß das Nachweisgerät ohne Beeinträchtigung bzw. Schwierigkeiten bis zu Temperaturen in der Gegend von 800° C verwendet werden kann und daß es relativ dichten Neutronenflüssen ausgesetzt werden kann, ohne daß die Messungen verfälscht werden.

Im folgenden wird in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Fig. 2 ein Verfahren zur Herstellung des in der Fig. 1 dargestellten Neutronennachweisgerätes beschrieben.

In den Fig. 2a und 2b sind zwei aufeinanderfolgende Phasen eines Schrittes dargestellt, der die Herstellung einer Teileinheit erlaubt, die die zwei rohrförmigen, konzentrisch angeordneten Elektroden 12 und 14, ein bei Umgebungstemperatur festes Füllmittel 26, welches die Kernreaktionskammer 16 sowie die zwei ringförmigen Kammern 18 und 20 ausfüllt, und die zwei elektrischen Verbindungsdrähte 22 und 24 umfaßt.

Das Füllmittel wird aus Materialien ausgewählt, die eine Struktur aufweisen, die sich beim folgenden Schritt nicht verformt, welcher die Formung des Aluminiumoxids um bzw. auf der Teileinheit betrifft und in den Fig. 2c und 2d dargestellt ist. Das Füllmittel bzw. Füllmaterial 26 muß dagegen schmelzen oder verdampfen können, ohne den aus Aluminiumoxid geformten und getrockneten Körper zu beschädigen, damit es so entfernt werden kann, wie es im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2c beschrieben wird. Praktisch gesehen ist es möglich, Kampfer, Harz, Wachs und dergleichen zu verwenden.

Die rohrförmigen Elektroden 12 und 14 werden vorzugsweise durch Extrudierung oder spanlose Verformung mit anschließendem Glühen bzw. Anlassen hergestellt. Eine Schicht aus spaltbarem Material wird anschließend auf mindestens eine der einander gegenüberliegenden Elektrodenflächen aufgebracht. Die elektrischen Verbindungsdrähte 22 und 24 bestehen vorzugsweise wie die Elektroden 12 und 14 aus Platin und werden anschließend mit letzteren in der Nähe eines ihrer Enden beispielsweise durch Löten verbunden, wie es in der Fig. 2a gezeigt ist.

Während einer ersten Phase des in Fig. 2a gezeigten Zusammenbaus werden zwei Zentrierungsblöcke aus Füllmaterial 26, deren äußere Form mit der der ringförmigen Kammern 18 und 20, die man herstellen will, übereinstimmt, an den zwei Enden der Elektroden 12 und 14 so befestigt, daß diese zueinander zentriert sind. Die so gebildete Einheit wird auf einer Röhre 28 zum Formen und Zentrieren angeordnet bzw. befestigt, welche vorzugsweise vertikal angeordnet wird, um ein Knicken zu vermeiden, und die beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht. Die Röhre 28 weist eine Rille bzw. einen Schlitz 30 auf, damit der Draht 24 hindurchgehen kann. Ferner ist mindestens einer der Blöcke aus dem Füllmaterial 26 mit Lüftungskanälen 32 durchbohrt, die während der zweiten Zusammenbauphase der Teileinheit, die in der Fig. 2b dargestellt ist, das Einbringen von Füllmaterial 26 in die Reaktionskammer 16 ermöglichen, welche von den zwei Elektroden 12 und 14 begrenzt wird.

Das Füllmaterial 26, welches beispielsweise verdampfbar ist und zwischen die Elektroden eingebracht worden ist, erlaubt, daß gleichzeitig die auf die Elektroden aufgebrachte Schicht aus spaltbarem Material ganz bzw. unbeschädigt bleibt und der Abstand zwischen den Elektroden nicht verändert wird.

Die Form der Elektroden und die Art der Materialien, aus denen sie bestehen, gestatten die Keramik-Metall- Verbindung zu unterstützen, die während der folgenden Schritte hergestellt wird. Die Elektrodenflächen, die in Berührung mit dem Aluminiumoxid sind, werden sandgestrahlt, wodurch eine Rauhigkeit erzeugt wird, die das Anhaften bzw. die Verbindung unterstützt. Als Metall wird Platin verwendet.

Wegen der geringen Dicke der Elektroden (zwischen 3 und 40 × 10-2 mm in Abhängigkeit von den Abmessungen des Nachweisgerätes) ist es nützlich, sie zu verstärken und ihnen einen sternförmigen Querschnitt zu geben, wodurch eine Längversteifung hervorgerufen wird.

Wie es die Fig. 2b zeigt, wird die Röhre 28 zum Formen und Zentrieren herausgezogen, wenn das Füllmaterial trocken und ausreichend fest ist, und zwar so, daß die vorhergehend erwähnte Untereinheit erhalten wird, welche durch die Elektroden 12 und 14, durch das Füllmaterial 26 und die elektrischen Verbindungsdrähte 22 und 24 gebildet wird.

Gemäß einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung wird die Notwendigkeit, eine Röhre 28 zum Formen und Zentrieren zu verwenden, dadurch vermieden, daß als elektrische Verbindungsdrähte ein Koaxialkabel verwandt wird, welches eine Halterung darstellt, die die Zentrierung der Elektroden erlaubt.

Während eines zweiten Schrittes des Herstellungsverfahrens des Teilchennachweisgerätes nach der Erfindung, der in den Fig. 2c und 2d dargestellt ist, wird der Körper 10 aus keramischem Material auf der Teileinheit entweder auf feuchte Weise oder trockene Weise aufgeformt.

Die feuchte Formung kann entweder mittels Schwerkraft oder mittels eines Unterdrucks unter Zuhilfenahme der Thixotropie durchgeführt werden. Zunächst wird die Teileinheit, welche durch die zwei Elektroden, das Füllmaterial und die elektrischen Verbindungsdrähte gebildet wird, in einer ersten Form 34 angeordnet, die in der Fig. 2c durch strichpunktierte Linienführung dargestellt ist, wodurch der mittlere Kern des Körpers 10 hergestellt werden kann, der im wesentlichen im Inneren der inneren Elektrode 14 angeordnet ist. Die Positionierung und die Zentrierung der Teileinheit im Inneren der Form 34 kann beispielsweise mittels eines Zapfens 36 erfolgen, welcher durch Formen bei der Herstellung eines der Zentrierungsblöcke aus Füllmaterial 26 erhalten wird, die die ringförmigen Kammern 18 und 20 bestimmen.

Wenn der mittlere Kern des Körpers 10 hergestellt worden ist, wird die Untereinheit aus der Form 34 herausgenommen und in eine zweite Form 38 zerlegt, welche in der Fig. 2d mit strichpunktierter Linienführung dargestellt ist und die Außenform des Körpers 10 definiert. Die Positionierung und die Zentrierung der Teileinheit im Inneren der Form 38 kann gleichzeitig dank des Zapfens 36 und einer kreisförmigen Basis 40 aus Aluminiumoxid erfolgen, welche während der vorhergehenden Formung erhalten wurde.

Das den Körper 10 ergebende Material wird durch Körper aus Aluminumoxid mit einer vorbestimmten Körnigkeit gebildet, die gemäß einem gegebenen Prozentanteil in einer als Bindemittel dienenden Masse bzw. Paste enthalten sind. Diese Eigenschaften bzw. Merkmale gestatten eine wesentliche Verringerung der Schrumpfung, was bei der betrachteten Anwendung wesentlich ist, um den Raum bzw. den Abstand der Elektroden auf dem erwünschten Wert zu halten.

Während eines dritten Herstellungsschrittes wird das so erhaltene Nachweisgerät, wie es in der Fig. 2e dargestellt ist, vertikal in einem nicht dargestellten Ofen angeordnet, um ein Knicken zu verhindern. Die Erwärmung des Nachweisgerätes erlaubt eine Verflüchtigung des Füllmaterials, d. h. gemäß der Art des ursprünglich gewählten Materials dieses in den flüssigen oder gasförmigen Zustand überzuführen. Es ist dann möglich, dieses durch einen Lüftungskanal 42 hindurch zu entfernen, der in dem Körper 10 während des Formens beispielsweise mittels des Zapfens 36 hergestellt worden ist. Dieser Schritt der Fluidisierung des Füllmaterials 26 erfolgt nach dem Trocknen des Körpers 10 und im Laufe des Brennens in reduzierender Atmosphäre.

Am Ende dieses beschriebenen Schrittes ist das Brennen des Körpers 10 aus Aluminiumoxid abgeschlossen, und die von den Elektroden 12 und 14 begrenzte Reaktionskammer 16 sowie die an ihren Enden definierten ringförmigen Kammern 18 und 20 sind ausgebildet bzw. hergestellt. Das Ende des Nachweisgerätes, in dem der Lüftungskanal 42 ausgebildet ist, wird dann in einen dichten Raum 44 eingebracht, wobei das Nachweisgerät durch die Wand des abgeschlossenen Raumes hindurchgeführt und mittels einer Dichtungseinrichtung 45 abgedichtet wird, wie es in der Fig. 2f dargestellt ist. Das Gas, welches man in die Reaktionskammer 16 und in die ringförmigen Kammern 18 und 20 einbringen will, wird in die vom Inneren des abgedichteten Raumes gebildete Kammer 46 durch eine Eintrittsöffnung 48 eingeführt, wobei das Gas in das Innere des Nachweisgerätes durch den Lüftungskanal 42 eintritt. Um eine Evakuierung der in der Kammer 46 enthaltenen Luft vor dem Einbringen des Gases durch die Öffnung 48 zu ermöglichen, steht die Kammer 46 über eine Austrittsöffnung 50 mit einer Unterdruckpumpe 52 in Verbindung

Während eines letzten Herstellungsschrittes des Neutronennachweisgerätes nach der Erfindung wird der Lüftungskanal 42 mit Hilfe eines Stopfens 54 aus Aluminiumoxid geschlossen, der in der Form einer Kugel in das Innere des abgeschlossenen Raumes 44 und auf der Höhe des Lüftungskanals 42 mittels einer schematisch dargestellten Zuführeinrichtung 56 eingebracht wird, die auch in vorteilhafter Weise die Positionierung des Teilchennachweisgerätes im Inneren des abgeschlossenen Raumes 44 gewährleisten kann. Die Kugel 54 aus Aluminiumoxid wird auf der Höhe des Lüftungskanals 42 gegenüber einem Fenster 58 zugeführt, welches in dem abgeschlossenen Raum 44 ausgebildet ist und hinter dem ein schematisch dargestellter Laser 60 angeordnet ist. Unter der Wirkung des Lasers 60 schmilzt die Kugel 54 und schließt den Lüftungskanal 42, um die Kernreaktionskammer 16 dichtend zu schließen bzw. abzutrennen, welche vorhergehend mit dem sich außerhalb des Teilchennachweisgerätes befindenden Gases gefüllt worden war.

Das in beispielhafter Weise, jedoch nicht einschränkend beschriebene Verfahren gestattet, ein Teilchennachweisgerät herzustellen, dessen Körper aus keramischem Material, vorzugsweise aus Alumniumoxid bzw. Tonerde aus einem einzigen Stück durch Formen besteht bzw. hergestellt worden ist. Das so erhaltene Nachweisgerät kann bei hohen Temperaturen und in einem relativ hohen Fluß von Teilchen, insbesondere Neutronen, und zwar insbesondere im Kern eines Atomreaktors verwandt werden.

Wie bereits vorhergehend erwähnt worden ist, kann das Nachweisgerät nach der Erfindung ebenfalls auf trockene Weise hergestellt werden.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird die mit einer spaltbaren Ablagerung ausgerüstete innere Elektrode 14 zunächst auf einer Stange aus Aluminiumoxid angeordnet und anschließend durch Einfassen bzw. Bördeln an ihren Enden auf der Stange festgelegt.

Während eines zweiten Schrittes wird die äußere Elektrode 12, deren Enden Ausfaltungen aufweisen, zur Elektrode 14 mittels der zwei Endstücke bzw. Steckteile 18 und 20 aus sublimierbarem Material zentriert. Sublimierbares Material kann dann in den Raum zwischen den Elektroden eingebracht werden, wie es in der Fig. 2d dargestellt ist.

Eine Behandlung mit einem Brenner bzw. Lötbrenner ermöglicht die Herstellung des äußeren Teils des Körpers 10, indem eine Stange aus Aluminiumoxid mit der im wesentlichen gleichen Zusammensetzung wie diejenige der Stange aus Aluminiumoxid innerhalb der Elektrode 14 (diese besteht ungefähr zu 95 Gewichtsprozent aus Aluminiumoxid-Schweißdraht, dem ein Draht aus Aluminium beigefügt worden ist) verwandt wird.

Die Sublimierung des Füllmaterials durch den Lüftungskanal wird dann durch Wärmetrocknen bzw. Erwärmen durchgeführt.

Eine Sinterung während einer Stunde in oxidierender Atmosphäre und bei einer Temperatur zwischen 1400° C und 1500° C ermöglicht die Umwandlung des Aluminiums in Aluminiumoxid und ein Dichtwerden des Nachweisgerätes.

Das Füllen der Kammer 16 zwischen den Elektroden und das Schließen des Lüftungskanals 42 werden anschließend wie bei dem Herstellungsverfahren auf feuchte Weise durchgeführt.

Dieses Herstellungsverfahren auf trockene Weise wird vorzugsweise im Falle von Nachweisgeräten mit kleinem Durchmesser und insbesondere bzw. vor allem bei Mikronachweisgeräten verwandt.


Anspruch[de]
  1. 1. Teilchennachweisgerät mit einem Körper (10) aus einem keramischen Material sowie mit zwei rohrförmigen, konzentrischen Elektroden (12, 14), die eine mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllte, ringförmige zylindrische Kammer (16) begrenzen, dadurchgekennzeichnet, daß beide Elektroden (12, 14) abgedichtet in dem Körper (10) eingebettet sind und von den Elektroden (12, 14) elektrische Verbindungsdrähte (22, 24) nach außerhalb des Körpers (10) geführt sind.
  2. 2. Teilchennachweisgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nachweis von Neutronen mindestens eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden (12, 14) mit einer Schicht aus einem spaltbaren Material bedeckt ist, wodurch die ringförmige Kammer (16) eine Kernreaktionskammer bildet.
  3. 3. Teilchennachweisgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus spaltbarem Material regelmäßig und gleichförmig ist.
  4. 4. Teilchennachweisgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus gesintertem Aluminiumoxid besteht.
  5. 5. Teilchennachweisgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Körpers (10) des Nachweisgerätes einen Metallüberzug aufweist.
  6. 6. Teilchennachweisgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungsleitungen (22, 24) durch ein koaxiales Kabel gebildet sind, welches eine Halterung bildet, an der die Elektroden (12, 14) befestigt sind.
  7. 7. Teilchennachweisgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel aus Platin besteht.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung eines Teilchennachweisgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte ausgeführt werden:

    Herstellung einer Teileinheit, die zwei konzentrische rohrförmige Elektroden (12, 14), ein bei Umgebungstemperatur festes Füllmaterial (26), das mindestens teilweise zwischen den Elektroden (12, 14) zu ihrer Zentrierung angeordnet ist, und mit den Elektroden (12, 14) verbundene elektrische Verbindungsleitungen (22, 24) umfaßt,

    Formen eines Körpers aus keramischem Material um diese Teileinheit, so daß diese bis auf die freien Enden der Verbindungsleitungen (22, 24) in dem Körper eingebettet ist, wobei mindestens ein Lüftungskanal (42) durch den Körper zwischen dem Füllmaterial (26) und dem Außenraum hindurchführt,

    Überführen des Füllmaterials (26) in den flüssigen oder gasförmigen Zustand und Ausbringen des Materials durch den Lüftungskanal (42), wodurch eine ringförmige zylindrische Kammer (16) zwischen den zwei Elektroden (12, 14) entsteht,

    Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die ringförmige Kammer (16) durch den Lüftungskanal (42), und

    Schließen des Lüftungskanals (42) durch Schmelzen eines Stopfens (54) aus einem keramischen Material von der gleichen Art, aus dem der Körper gebildet ist.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des Körpers aus keramischem Material im Vakuum durchgeführt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus keramischem Material vor dem Überführen des Füllmaterials in den flüssigen oder gasförmigen Zustand getrocknet wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Überführen des Füllmaterials in den flüssigen oder gasförmigen Zustand während eines Brennvorganges des Körpers aus keramischem Material erfolgt.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen des Körpers aus keramischem Material in reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchennachweisgerät während des Brennens des Körpers aus keramischem Material vertikal angeordnet ist.
  14. 14. Verfahren zur Herstellung eines Teilchennachweisgerätes, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte nacheinander durchgeführt werden:

    Herstellung einer Teileinheit, die zwei konzentrische, rohrförmige Elektroden (12, 14), ein bei Umgebungstemperatur festes Füllmaterial (26), das mindestens teilsweise zwischen den Elektroden (12, 14) zu ihrer Zentrierung angeordnet ist, mit den Elektroden (12, 14) verbundene elektrische Verbindungsleitungen (22, 24) und eine im Inneren der inneren Elektrode (14) angeordnete Stange (28) aus keramischem Material aufweist,

    Herstellen eines Körpers aus keramischem Material der gleichen Zusammensetzung wie derjenigen der Stange (28) um die Teileinheit herum mittels Anwendung eines Brenners, so daß die Teileinheit mit Ausnahme der freien Enden der Verbindungsleitungen (22, 24) eingebettet wird, und daß mindestens ein Lüftungskanal (42) zwischen dem Füllmaterial (26) und dem Außenraum ausgebildet wird,

    Umwandlung des Füllmaterials (26) in den flüssigen oder gasförmigen Zustand durch Erwärmen und Ausbringen des Materials (26) durch den Lüftungskanal (42) hindurch, so daß eine ringförmige zylindrische Kammer (16) zwischen den Elektroden (12, 14) gebildet wird,

    Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die ringförmige Kammer (16) durch den Lüftungskanal (42) hindurch, und

    Verschließen des Lüftungskanals (42) durch Schmelzen eines Stopfens (54) aus einem keramischen Material von der gleichen Art, aus dem der Körper gebildet ist.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elektroden (12, 14) durch Extrudierung oder spanlose Verformung und mit anschließendem Ausglühen vor dem Einbau in die Teileinheit hergestellt werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem spaltbaren Material auf mindestens einer der einander gegenüberliegenden Seiten der Elektroden (12, 14) aufgebracht wird, bevor diese in die Teileinheit eingebaut werden.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (26) aus Kampfer, einem Harz oder einem Wachs gebildet ist.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Einführens eines unter Druck stehenden Gases in die ringförmige zylindrische Kammer (16) und des Verschließens des Lüftungskanals (42) im Inneren eines abgeschlossenen Raumes (46) durchgeführt werden, welcher mit einer Eintrittsöffnung (48) für unter Druck stehendes Gas und einem Fenster (58) ausgebildet ist, wobei das Schmelzen des Stopfens (54) aus keramischem Material mittels eines Lasers (60) durch dieses Fenster (58) hindurch durchgeführt wird.






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