JPS5853443B2 - デンドウタイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電導体に関するものであり、特には原子炉等
にむける中性子検出器からの信号を伝達するケーブルに
おいて発生する放射線誘起電流を減少せしめる電導体に
関するものである。

原子炉の最大限安全に且つ効率的に運転する為には、炉
心内の中性子外缶が厳密に観測されねばならない。

これらの核反応粒子に対する情報を提供する為に、複数
の検出器が炉心内の特定の位置に配置される。

このように配列された検出器は、炉心内の全体的な中性
子分桁のほぼ瞬時的様相並びにこの外缶における予期強
度からの局所的な嬬倚量を教示する電気的信号を発生す
る。

代表的に、この種の自己起動型検出器は比較的高エネル
ギーの電子（β粒子）を放出するととＫよって中性子放
射線に応答する中央配置゛′エミッタ″を有している。

これら電子のエネルギーは、中央配置エミッタを包囲す
る絶縁材料製のスＩＪ−ブ或いは環状体を横断して、導
電性外側対鞘体即ち゛コレクタ′”を衝撃するに充分弱
いものである。

一般的に述るなら、生じている中性子の強度はβ粒子生
成量に関係づけられる。

その結果、単位時間当りの導体を通しての電子流れを表
す電光が反応炉内の測定地点における中性子分重密度の
めやすを提供する。

いずれにしても、炉心の外へ検出器信号を運ぶ為に、検
出器は同軸ケーブルによって制御パネルにむける器椋に
連繋される。

通常、これらのケーブルは、外周電導性対組体から電気
的に隔絶されている即ち絶縁されている中央配置導線を
具備している。

中性子誘起電子の生成を回避し、それによりケーブル長
全体を中性子検出器の一部として見なしつるようにする
為に、ケーブル材料は中性子感応性を示さず従って中性
子−電子反応の起る可能性をほとんど示さない材料群か
ら選択される。

それにもかかわらず、この連結用同軸ケーブルの相当長
部分が炉心内で発生するγ線に曝される。

当然、このγ線は、゛コンプトン″電子発生機構及び池
のγ線−電子現象（そのうち光電子友び熱電子放出現象
が代表的なものである）を通してそれぞれの測定点にお
ける中性子分備密度と関連づけられない所望されざる電
流を発生する。

ケーブル中に誘起されるこれらの誤信号を補償したり或
いはその発生を回避する為の多数の技術が考案されてき
た。

例えば、一例として、炉心内に納置された検出器配列体
に、中性子検出器に接続されない少く共１本のケーブル
が設けられた。

この未接続ケーブルは、曲の炉心内検出器信号から差引
かれるべきある量の電流を生成する。

観測された検出器信号の各々から算術的に或いは自動計
算を通して差引かれたケーブル応答信号は、未修正検出
器信号のうち検出器ケーブル内のγ線誘起電流による誤
差部分をおおよそ排除したものとなる。

これらの誘起ケーブル電流を補償する別の技術は、互い
に捩られた２本の絶縁導線を具備する単一ケーブルを利
用するものである。

導線の一方は中性子検出器に接続されて中性子検出器及
びケーブル組合せ信号を与える。

囲みの導線は検出器に接続されず、従ってバックグラウ
ンド゛ケーブル２信号のみを発生する。

これら２つの信号の代数６算は炉心内の測定地点におけ
る中性子分重密度の実質上のめやすとなる結果を与える
はずである。

これらの修正装置はすべて少く共１本の余分の導線を必
要としそして代数計算器乃至それと同等のものを設ける
ことを必要とする。

このように、バックグラウンド信号補償問題へのこれら
の方策は、追加的な材料、骨折り及び計算設備を必要と
する。

これらの因子を導入することにより、中性子分重密度測
定装置系は間違いを起しやすいものとなる。

明らかに、もつと信頼性のある且つ効率的なバックグラ
ウンドケーブル信号補償技術への必要性が存在している
。

本発明に従えば、先行技術に見られた上述の欠点は、検
出器ケーブルに使用されるべき導線及び対組体の材質及
び寸法を適正に選定することを通して、γ線誘起ケーブ
ル電光を実質上相殺することによりほぼ克服される。

本発明原理に従って作製されたケーブルに連結される中
性子検出器からの信号は、測定地点における炉心中性子
分重密度を導線及び対組体材料とのγ線相互作用を通し
てケーブル中に誘起される陛かの迷走電流を排除したも
のとして指示する。

詳しく云うなら、対組体から放出されそして介在絶縁体
を通して導線に流れる電子は負の総電流を与える。

導線から対組体へと反対向きに流れる電子は、結局、対
組体及び導線端子で測定される時正の総電流を与える。

本発明の特徴に従えば、このγ線誘起電子放射線は放射
表面の面積にほぼ比例することが認識された。

更には、この電子放射線はγ線照射を受ける部材の原子
番号Ｚのある累乗に比例することが観測された。

後者の場合、光電子反応はＺの５乗に比例しそしてコン
プトン電子は単にＺに比例する。

結論として、電子放射率は、対組体及び導線の表面積だ
けでなくこれらケーブル構成部材のそれぞれの原子番号
の１〜５乗にも関係する。

斯くして、本発明の適用を通して、大きな表面積の対組
体に対しては比較的低いＺ値の材料が選択されそして小
さな表面積の導線に対しては大きなＺ値の材料が選択さ
れる。

こうすることによって、互いに反対向きのγ線誘起電流
は実質上釣合い状態に、即ち相殺関係に持ちきたされ、
これによってバックグラウンド電流は差引き零に近くな
る。

これらのγ線効果は銅、ニッケル等のような高密度材料
においてもつとも顕著であるから、低密度絶縁材料（例
えば酸化マグネシウム、アルミナ）とのｒ＠相互作用は
比較的起る頻度が少く従ってケーブル内のバックグラウ
ンド電子生成に無視しつる寄与しか為さない。

このような状況下で、グープル端子において観測される
電流は検出器の近傍での中性子分重密度のめやすであっ
て、ケーブル材料とのγ線相互作用を通して誘起された
恐れのあるバックグラウンド電流即ち迷走電流を自動的
に排除している。

本発明のこの原理を具現した多数のケーブルが１．５７
５１ｎ７Ｉｔ（０，０６２インチ）の外径と１．０１６
ｍｍ（０，０４０インチ）の内径を持つインコネル６０
０製外鞘体から作製されえた。

０．２７９ｍｍ（０，０１１インチ）径を持ちそして例
えば酸化マグネシウムの絶縁性マトリックス中にインコ
ネル６００製対組体と同軸に配置されるノルカロイ２製
導線は、約１．６ ｘ １０１３ｎｖ（ここで単位ｎｖ
は中性子／−・秒の単位での中性子束を表す）の平均中
性子束においてケーブルの単位α当り２．７６ Ｘ １
０ ”Ａ／ ｎｖ以下のバックグラウンド電光しか生
成しないことを見出した。

この電流は、同様の中性子束に釦ける同等特性のケーブ
ル（インコネル６００導線を除いて）に誘起される電光
より１７２０小さい。

同様のバックグラウンド電光の減少はまた１、３４６關
（０，０５３インチ）外径のインコネル６００製外鞘体
（０，１７８順（０，００フインチ）肉厚）、圧縮酸化
マグネシウム絶縁体及び０．１９１ｍｍ（０，００７５
インチ）径の同軸ジルコニウム導線を使用して実施され
た実験を通しても観察された。

本発明の原理を確認する為に行われた実験の結果から、
ある与えられた外輪体寸法及び材料に対してγ線誘起バ
ックグラウンド電流の相殺をもたらすようなもつと高い
原子番号の材料から成る特定径の導線が存在しうること
が結論されえた。

当然これとは逆のことも言える。

斯くして、ある与えられた導線直径及び材料に対してγ
線誘起バックグラウンド電流の相殺をもたらすもつと低
い原子番号の材料から戊る特定寸法の外輪体が存在しつ
る。

本発明をその好ましい具体例に従って更に詳しく訣明す
る。

本発明の一層完全な理解の為に、中性子検出器ケーブル
におけるγ線誘起バックグラウンド電流に関して次の２
つの主なる物理特性が存在することを思い起されたい。

（１）外輪体及び導線の互いに対向しあう表面の面積、
及び （２）外輪体及び導線材料のそれぞれの原子番号。

詳しい解析の結果から、同軸ケーブル内の中央配置導線
から放出されるγ線誘起電子数は２９ｄｌに比例する。

ここで添字ｌは導線を表し、ｄは導線直径を表しそして
指数ｎはバックグラウンド電流への光電及びコンプトン
効果の相対的寄与に依存する。

この場合、指数ｎは１と５との間の成る数でなければな
らない。

Ｚはもちろん導線の原子番号である。

更に、ケーブル外輪体を離れる電子の数はＺ”ｄ に比
例する。

ここで添字Ｓは外輪体を表し Ｓ そしてｍは電子放射に対する光電及びコンプトン効果の
相対的寄４に依存する。

指数ｍば１と５との間の成る数である。

指数ｎ及びｍは、前記の通り、１と５との間の任意の数
であり、そして特定条件下での光電現象及びコンプトン
現象の電子放射に対する相対的寄与度に依存する。

即ち、光電効果はＺの５乗に比例しそしてコンプトン効
果はＺの１乗に比例するから、光電効果の寄与が大きい
程、ｎ及びｍは５に近づき聞方コンプトン効果の寄与が
大きい程１に近づく。

外輪体と導線との間を反対向きに流れる電流の数学的等
個性を確立する為には次の関係が必要である： 式（１）は、導線及び外輪体の直径並びに導線材料及び
外輪体材料の原子番号が、光電現象及びコンプトン現象
に応答しての外輪体及び導線それぞれによる電子放射数
が実質上等しいように相関づゆられることを意味する。

これらの状況の下で、大径の外輪体内に小さな径の導線
を配したケーブルの場合、それぞれの材料の原子番号（
Ｚｌ！、Ｚ８）と関連指数（ｎ、ｍ）との操作を通して
零条件が与えられつることが明らかである。

詳しくは、γ線に応答して発生されるバックグラウンド
電流を相互に相殺する為には、外輪体材料を特徴づける
原子番号及び電子放射能指数の総合効果は、導線の原子
番号及び電子放射能指数の効果より小さくなければなら
ない。

実際上は、先ず、炉心環境に耐えしかも炉心内の収容ス
ペースに適した外輪体材料及び寸法が選択される。

外輪体材料はもちろん中性子−電子反応を生じにくいも
のでなげればならない。

次に、外輪体材料の原子番号より大きな原子番号を有し
そして中性子−電子反応をやはり生じ難い別の材が導線
材料として選択される。

そして、様々の直径の導線材料を作製しそしてこれら様
々の直径の導線と外輪体との組合せを炉心において試験
し、そしてバックグラウンド電流をほとんど発生しない
導線直径を選定する。

この選定された直径の導線と外輪体との間では前記（１
）式が実質上満されていることになる。

はとんどすべての実際的な適用におけると同様に、式（
１）に表わされる簡単な物理的関係を変更する傾向のあ
る池の現象が存在する。

例えば、幾らかの電子がケーブル材料との中性子相互作
用の結果としてほとんど確実に発生せしめられる。

しかし、中性子反応を通して発生する電子は式（１）に
規定されるγ線現象の枠を越えるものである。

その結果、本発明の追加的特徴に従えば、ケーブル材料
は式（１）を満すだけでなく、中性子−電子反応が起る
公算の低い材料を見出すという観点に立って選択されね
ばならない。

何故なら、平衡状態がケーブル内に達成された後、材料
選定に最大限に注意を払っても中性子反応はほとんど確
実に全体的な電子放射に対して伺がしかの寄与をなすか
らである。

従って、式（１）を通して予想される理論最適直径より
約０．０２５４ｍｍ（１／１０００インチ）大きな導線
直径を使用することが望捷しい。

もしケーブルが原子炉設備を特徴づける例えば３１６℃
（６００’Ｆ）と云った高温下で使用されるのなら、熱
的に放出される電子がまた所望されざるケーブル電流に
カロわる。

この追加的誤差源を補償する為には、導線直径にもう０
．０２５４ｍｍ（１７１０００インチ）付方［１１せね
ばならない。

導線直径におけるこの１菫かな増大は正方向のγ線誘起
電子流れを生じ、そしてこれは対組体から熱イオン的に
放出される電子の反対向き流れを相殺しよう。

使用されつるケーブル材料の固有の核特性によって式（
１）に定義される理想的関係からの逸脱事項の考慮に加
えて、冶金学的にもまた機械的にも両立しつる材料を選
択することも捷た必要である。

例えば、対組体及び導線材料の性質はきわめて多様であ
るから引抜き或いはスェージされたケーブルを焼鈍する
ことがきわめて困難であるものもある。

本発明の原理を確認する為に、図面に示されるように、
１．５７５ｍｍ（０，０６２インチ）の外径と１．０１
６ｍｍ（０，０４０インチ）の内径を有するインコネル
６００から形成された対組体１０を０．２１６關（０，
００８５インチ）から０．６３５間（０，０２５インチ
）１での範囲の直径を有するジルコニウム（ジルカロイ
−２）から形成された導線１１と組合せて使用する多数
のケーブルが作製された。

酸化マグネシウムから成る絶縁体１２が導線１１と包被
外鞘体１０との間の環状空間内に突き固められた。

当然、絶縁材料との中性子反応も昔たてきるだけ回避さ
れねばならない。

その結果、アル□す（Ａ１２０３）及び酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯＸ−代表とする材料が、特にこれらの中性子
吸収の理論密度に基いてそれぞれ０．０１１ｃｍ−１及
び０．００３４ｃｍ、 １のオーダという風に小さい
から、この目的の為にしばしば選択される。

インコネル６００は、重量で表わして、７６．５部のニ
ッケル、１４．５部のクロム ８．２部の鉄、０１９部
の銅、０．２６部の珪素、０．００７部の硫黄、０．２
５部のマンガン、及び０．０３部の炭素という代表的組
成を持っている。

好１しくは、所望されざる中性子誘起電子放射の主たる
源を最小限に減する為マンガン濃度は０．１重量部乃至
それ以下に減少されるべきでありそして上記組成例には
示されていないがコバルトもまた回避されるべきである
。

当然微量の曲の元素も存在しよう。ジルカロイ−２は代
表的には、ジルコニウムと残部として１５部錫、０．１
２係鉄、０．１１％クロム、（１０６％ニッケル及び微
量の１０に及ぶ曲の種元素（そのうちアルミニウム、硼
素、炭素、銅及び・・フニウムが代表例である）から成
る。

ケーブルの各々は、ＩＭＷのプール型原子炉内に確立さ
れた中性子及びγ線環境において１４９’Ｃ（３０００
Ｆ）以下の温度で試験された。

この中性子及びγ線曝露の結果として試験されたケーブ
ルの各々に生成されるバックグラウンド電流が約１５分
間観測された。

反応炉雰囲気内で約１．６×１０”’ｎｖの平均中性子
束に曝される０、２７９ｍｍ（０，０１１インチ）径導
線ケーブルは２．７６Ｘ１０ ”５Ａ／ ｎｖ−ｃｍ
以下の電流しか発生しないことが見出された。

この誘起電流は、０．２２３ｍｍ（０，００９インチ）
径のインコネル製導線を含む従来型式のケーブル中に発
生するバックグラウンド電流より約１／２０小さい。

先に述べたように、迫力目的な所望されざる電子発生源
（そのうち熱イオン放射及び中性子誘起反応が代表例で
ある）が高温で生じつる。

斯くして、これを補償する為に、導線径に追カロ的に０
．０５１間（２／１０００インチ）が付方目される。

この状況下では、０．３３０ｍｍ（０，０１３インチ）
の導線直径が適切であることを見出した。

明らかに、本発明の原理は、能の材料及びケーブル形状
にも更には曲の対組体及び導線寸法組合げに対してもあ
てはめられうる。

先に述べたように、特定の対組体及び導線材料系に対し
て、最大限にバックグラウンド電流の相殺をもたらす特
定の対組体及び導線直径の組合せが存在する。

この点で、先に述べたように、１．３４６ｍｍ（０，０
５３インチ）外径及び０．１７８ｍｍ（０，００フイン
チ）肉厚のインコネル６００９外鞘体とそれから酸化マ
グネシウムで絶縁された０、１９１ｍ流（０，００７５
インチ）径のジルコニウム導線とから成る同軸ケーブル
を別の例として想い起されたい。

このケーブルか試験されそしてこれは先きの０．２７９
７！２ｍ（０，０１１インチ）導線を使用するケーブル
と同様のγ線誘起バックグラウンド電子感受性を示した
。

先に示したように、ケーブルの置かれる環境に関連して
のケーブル内の平衡状態にむける中性子作用を補償する
為に、導線径に０．０２５４ｍｍ（１／１０００インチ
）付方口されねばならない。

また、高温下での使用が意図されるなら、熱イオン的に
放出される電子の影響を克服する為にもつ０．０２５４
ｍｍ（１／１０００インチ）が直径に付加されるべきで
ある。

斯くして０．２４１ｍｍ（０，００９５インチ）径の導
線がこれらの状況に適切となろう。

更に、様々な中性子フラックス及び関連するｒ線放射能
が様々な程度の重意義性の下で微量の１／２及び１／３
オータ”−のバックグラウンド電流効果を生じる傾向が
あることも銘記すべきである。

しかし、式（１）に開示される一般的関係は対組体及び
導線の寸法及び材質間での広い基本的最適化関係を与え
るものである。

原子番号Ｚは、周期表にむける各元素に対して特定のも
のであるけれども、ここに述べられた合金及び曲の種組
成物の場合には、考慮下の組成物の成分のすべての個個
の原子番号と相対的比率とに基ずく重みつき番号を意味
するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に従うケーブルの一部の部分断面で示すも
のである。 図中構成部品は次の通りである＝１０：対組体、１１：
導線、１２：絶縁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中性子−電子反応を生じ難い材料製の電導性対組体
   と該対組体内に配置されそして中性子−電子反応をやは
   り生じ難い別の材料から形成される導線とから敗り、そ
   の場合導線材料が対組体材料の原子番号より大きな原子
   番号を有し、そして導線及び対組体の直径並びに導線材
   料及び対組体材料の原子番号が、光電現象及びコンプト
   ン現象に応答しての対組体及び導線それぞれによる電子
   放射数が実質上等しいように相関づげられることを特徴
   とする電導体。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電導体において、前記
   対組体と導線との間に低中性子吸収断面を持つ電気的絶
   縁体が介在することを特徴とする電導体。