JPH09329666A - 中性子検出器及び中性子検出器製造方法 - Google Patents

中性子検出器及び中性子検出器製造方法

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JPH09329666A
JPH09329666A JP8147197A JP14719796A JPH09329666A JP H09329666 A JPH09329666 A JP H09329666A JP 8147197 A JP8147197 A JP 8147197A JP 14719796 A JP14719796 A JP 14719796A JP H09329666 A JPH09329666 A JP H09329666A
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JP
Japan
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neutron
detector
substance
mixed
sensitivity
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JP8147197A
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English (en)
Inventor
Toyoichi Goto
豊一 後藤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期のわずかな感度低下を防いで中性子感度
を常に一定に保った中性子検出器を得る。 【解決手段】 中性子吸収断面積が50ないし1000
barn中性子吸収物質を、中性子有感物質に対して反
応度3パーセント以下の混合割合で混合し、電極上に塗
布し、またはガス混合した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、原子力発電所等
において使用される炉外出力領域中性子検出器に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の炉外で使用する出力領域中
性子検出器の電極構造を示したものである。図において
1は高圧電極、2は信号電極、3は中性子有感物質であ
る。高圧電極と信号電極は同軸円筒を構成しており、互
いに向かい合う面に中性子有感物質が塗布されている。
中性子有感物質の代表は10Bであるため、これを例に説
明する。原子炉から炉外に洩れて検出器に入射した熱中
性子は、電極に塗布された中性子有感物質(10B)と核
反応断面積σの確率で核反応を起こし、核反応生成物と
して高い運動エネルギーを持ったα粒子と6 Li粒子を
放出する。これらの粒子は検出器内部に充填されている
電離ガス(N2 )を電離し、電子を発生させる。負の電
荷を持つ電子は高圧電極に集められる。検出器は等価回
路上はコンデンサに相当するため、信号電極に電子が流
れ込むことになりこれを増幅し、検出する。
【0003】図1(b)の点線表示の特性は、従来の炉
外出力領域中性子検出器を用いた場合の中性子感度の変
化を示したものである。図示のように、中性子感度は電
離ガスの一部が電極に吸収されるため、ガス吸収現象が
飽和に達するまでの期間(約6ヶ月)においてゆっくり
と低下し、約2%低下した状態で一定値に落ち着く。
【0004】ところが、加圧水型原子力発電所では図3
に示すように、4チャネルの炉外出力領域中性子検出器
が使用されており、各チャネルの出力だけでなくチャネ
ル間の偏差もモニターされている。現在使用されている
出力領域中性子検出器は通常4サイクル使われ、1サイ
クル毎に1、2本の検出器が順番に新しいものと取り替
えられる。中性子感度は検出器毎に製造上のばらつきを
持つため、サイクルの初期に感度校正が行われる。しか
し、新検出器は使用開始時から約6ヶ月間、ゆっくりと
中性子感度が低下するが、旧検出器はすでに一定感度に
なっており中性子感度の低下がないため、サイクル初期
に感度校正を行っても、新/旧検出器の出力に次第に差
が現れ、その結果、チャネル間偏差大警報が誤発信され
る可能性が高くなる。
【0005】なお、特開昭48ー70579号公報にて
中性子検出装置として可燃性毒物を混入する技術が開示
されているが、後に詳述するように測定対象が2桁も大
きな中性子を検出することを目的としている。従って混
入量が多大に異なり、また安定対象期間も異なってい
て、本願とは異なる構成として中性子吸収断面積が2桁
程度も大きな可燃性毒物を使用している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の炉外で用いられ
る出力領域中性子検出器は以上のように構成され、使用
ているので、4チャネルの検出器には、新/旧のものが
同時に使われることになる。これまでは定期的に中性子
検出器の感度校正を行っていて偏差の増大は問題になら
なかったが、運用の簡略化に対しては偏差の増大は無視
できないという課題があった。
【0007】この発明は上記の課題を解消するためにな
されたもので、極く初期のわずかな中性子感度の低下を
防いで、最初から安定な炉外での中性子検出装置を得る
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る中性子検
出器は、中性子吸収断面積が50ないし1000bar
nの中性子吸収物質を、中性子有感物質に対して反応度
3パーセント以下の混合割合で混合し、電極上に塗布し
た。
【0009】または、中性子吸収断面積が50ないし1
000barnの中性子吸収物質を、検出器内部に充填
される中性子有感物質の電離ガスに対して反応度3パー
セント以下の混合割合でガス混合した。
【0010】この発明に係る中性子検出器製造方法は、
中性子有感物質に対して中性子吸収断面積が50ないし
1000barnの中性子吸収物質を反応度3パーセン
ト以下の割合で混合して、この混合物質を電極上に塗布
するか、または中性子検出器内に電離ガス封入するよう
にした。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.以下、この発明の実施の形態1の中性子
検出器について説明する。図1において、1〜3の構成
要素は従来例で示した図のそれと同じものである。新規
な要素として、4は中性子と衝突しても核反応を起こし
て荷電粒子を生成することのない中性子吸収物質であ
る。この中性子吸収物質は、その中性子吸収断面積が5
0ないし1000barnのGa,Kr,Rh,Ag,
In,Sn,Xe,Nd等であり、その混入割合は中性
子有感物質に対して反応度で3%以下である。
【0012】次に動作について説明する。検出器として
の動作原理は従来と変化はないが、電極に塗布する中性
子有感物質の中に中性子と衝突しても核反応を起こして
荷電粒子を生成することのない中性子吸収物質を3%以
下の反応度割合で混入しているために、検出器に入射し
た中性子の一部が中性子吸収物質に吸収され、核反応を
起こす中性子の数が減少する。即ち、核反応数は以下の
式で表される。 ここで、 S(t) :使用開始t時間後の核反応数 N(t) :使用開始t時間後の中性子有感物質
10B)の原子数 σ :中性子有感物質(10B)の核反応断面積 Nbp(t):使用開始t時間後の中性子吸収物質の原子
数 σbp :中性子吸収物質の熱中性子吸収断面積 n :検出器に入射する熱中性子数 である。
【0013】核反応の結果生成された荷電粒子(α,6
Li)は電離ガスを電離し電子を生成する。 E(t)=S(t)×Ng (t)×A (4) Ng (t)=Ng0×exp(−B×t) (5) ここで、 E(t) :使用開始t時間後に生成された電子の数 Ng0 :初期の電離ガスの原子数 Ng (t):使用開始t時間後の電離ガスの原子数 A :電離ガスの特性によって決定される定数 B :電極の内面状態と電離ガスの特性によって
決定される定数
【0014】中性子と衝突しても核反応を起こして荷電
粒子を生成することのない中性子吸収物質は中性子を吸
収することで、中性子吸収断面積の小さな同位体に変化
するため、使用と共に検出器内部の中性子吸収物質は減
少する。すなわち(1)式の右辺第2項は時間と共に指
数関数的に減少する。逆の言い方をすれば、使用開始t
時間後の核反応数は時間と共に増加し、中性子吸収物質
が燃焼してしまった時点で飽和する((1)式の右辺第
1項も時間と共に減少するが、中性子有感物質の原子数
は全使用期間を通じて1%以下の減少になるような量が
塗布されているため、この議論においてはN(t)は一
定値と考えられる)。図1(b)の点線で示すように従
来は約6ヶ月の使用で約2%の中性子感度低下があった
が、それに相当する図1(b)の斜線部の中性子を中性
子吸収物質を使って吸収させればよい。つまり(5)式
で減少した電離ガスの原子数を(1)式の右辺第2項で
補償すればよいので、熱中性子吸収断面積が50ないし
1000の中性子吸収物質を微量混入する。
【0015】本発明では、測定対象の中性子束が低く中
性子有感物質の減少が中性子感度に実質的な影響を与え
ることはないが、その代わり使用初期のガス吸着による
僅かな感度低下が問題となる。本発明は使用初期の感度
低下を解消するためのものであるので、中性子吸収物質
は初期で全て燃焼するように種類、量が決定される。す
なわち、例えば2%の混入割合であれば、図1(b)の
太線の特性曲線で示すように、初期の6ヶ月間の感度減
少を防ぎ、以降の例えば4年にわたる使用期間中の中性
子感度を一定に保つことができる。即ちチャネル間偏差
大の誤警報の機会を少なくし、原子炉運転の安全性が高
まる。もし中性子吸収断面積の大きな可燃性毒物(Cd
−20000バーン、Gd−242000バーンなど)
を用いようとすると、量が微量(μg以下)でなくては
ならず、実質的に使用不可能である。本発明で混入され
る中性子吸収物質の中性子吸収断面積は、おおよそ50
〜1000b程度の物質を中性子有感物質 gに対して
0.1〜1g混入することになる。即ち、中性子吸収断
面積×重量比で表される反応度としては0.03以下、
つまり3%以内の混合比とする。
【0016】ところで、特開昭48−70579号で開
示された「中性子検出器」において、検出器に可燃性毒
物を混入する技術が示されている。特開昭48−705
79号の中性子検出器はBWR炉内での使用を目標とし
ているため、測定対象の中性子束が本発明の対象である
PWRより2桁以上高く、また使用と共に中性子有感物
質が減少し感度が変化する。これを解消するために可燃
性毒物を混入させるものであるため、可燃性毒物は使用
期間全てを通じて徐々に燃焼し、一定の感度を保つこと
ができる。一方、本願で用いた中性子吸収断面積が50
ないし1000barnの物質を特開昭48−7057
9で開示の装置に用いると、中性子吸収断面積が小さい
ために多量の混入が必要となり、電極に塗布する膜厚が
実質的な厚みにする事ができず、使用不可能である。即
ち、中性子吸収物質と中性子有感物質の比は、 A×0.3/B A :中性子有感物質の中性子吸収断面積 B :中性子吸収物質の中性子吸収断面積 0.3:Aの30%をBで補償することを意味する
(0.3〜0.5が適正) 中性子吸収断面積が191バーン(barn)のInを
例にとると、中性子有感物質が10B(3837バーン)
の場合は10Bの実に6倍が必要となる。中性子有感物質
235 U(680バーン)の場合でも、235 Uとほぼ同
量のInが必要となる。電極の中性子有感物質の膜厚が
厚くなると自己遮蔽効果のため中性子感度が低下する。
中性子有感物質と同量の中性子吸収物質を混入すると感
度は数分の1以下にまで低下してしまうため、実質的に
使用不可能である。
【0017】実施の形態2.上記実施の形態では、電極
に中性子有感物質と共に中性子と衝突しても核反応を起
こして荷電粒子を生成することのない中性子吸収物質を
塗布する場合を説明した。本実施の形態では、これに換
えて、検出器内部に電離ガスとして充填される気体に、
気体状の中性子吸収物質を混入させる。このような構成
によっても実施の形態1と同様の効果が得られる。
【0018】なお、中性子検出器を製造するにあたり、
先ず第1の製造工程で、中性子有感物質に対して上記実
施の形態で述べた中性子吸収断面積が50ないし100
0barnの中性子吸収物質を反応度3パーセント以下
の割合で混合する。次いで第2の製造工程で、上記混合
物質をいずれかまたは両方の電極上に塗布するか、また
は電離ガス状にして封入する。
【0019】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、中性
子吸収断面積50ないし1000バーンの中性子吸収物
質を反応度3%以下で混入して塗布、またはガス封入し
たので、出力領域中性子検出器の極く初期におけるわず
かな中性子感度低下を防ぐ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における出力領域中
性子検出器の電極構造図と、中性子感度特性を示す図で
ある。
【図2】 従来の出力領域中性子検出器の電極構造図で
ある。
【図3】 加圧水型原子力発電所における炉外出力領域
中性子検出器の配置図である。
【図4】 他の従来例の炉内中性子検出器の中性子感度
特性図である。
【符号の説明】
1 高圧電極、2 信号電極、3 中性子有感物質、4
吸収断面積50ないし1000バーンの中性子吸収物
質。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中性子吸収断面積が50ないし1000
    barnの中性子吸収物質を、中性子有感物質に対して
    反応度3パーセント以下の混合割合で混合し、電極上に
    塗布した中性子検出器。
  2. 【請求項2】 中性子吸収断面積が50ないし1000
    barnの中性子吸収物質を、検出器内部に充填される
    中性子有感物質の電離ガスに対して反応度3パーセント
    以下の混合割合でガス混合した中性子検出器。
  3. 【請求項3】 中性子有感物質に対して中性子吸収断面
    積が50ないし1000barnの中性子吸収物質を反
    応度3パーセント以下の割合で混合し、上記混合物質を
    電極上に塗布するか、または中性子検出器内に電離ガス
    封入することを特徴とする中性子検出器製造方法。
JP8147197A 1996-06-10 1996-06-10 中性子検出器及び中性子検出器製造方法 Pending JPH09329666A (ja)

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