Способ изготовления детектора прямой зарядки

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТЕКТОРА ПРЯМОЙ ЗАРЯДКИ, включающий изготовление эмиттера, коллектора , расположенного между ними изолятора , соединение отдельных частей детектора и последующее присоединение линии связи, отличающийс я тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик и повышения надежности детектора, внутри коллектора размещают двухслойный технологический стержень, который после засыпки порошкообразного изолятора в зазор между coллeктopoм и стержнем, волочения.через фильеру и отжига до получения диффузионного слоя между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора и плотности последнего не менее 80% от теоретической, растягивают за оба конца, затем стержень извлекают из сформированной системы коллектор-изолятор и.в полученное от верстие устанавливают калиброванный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изолятора на превышение в рабочих условиях термического расширения диаметра эмиттера над расширением внутреннего i диаметра изолятора и после присоединения кабеля заполняют детектор ед инертньш газом и герметизируют. 2. Способ по п. 1, 6 тл и ч а ющ и и с я тем, что технологический стержень вьшолняют из двух жестко соединенных между собой слоев, наружный из которых выполняют -из материала , твердость которого равна твердости материала коллектора, а внутренний - из высокопластичного СП материала, причем толпщна наружного слоя составляет 10-15% от радиуса внутреннего слоя.

„„SU„» 1057906 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) G 01 Т 1 28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " -:::::, :; /

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3414706/18-25 (22) 22. 01. 82 (46) 30. 11. 83. Бюл. М 44 (72) Е.Д.Аликин,. А.В.Иванов, А.С.Кужиль, В.A.Èèëüòî, В,И.Митин, Л.Р,Нейштадт и Л.И.Фирсов (53) 621,387,424 (088.8) (56) 1. Мительман М.Г. и др, .Детекторы для внутриреакторных измерений энерговыделения. М., Атомиэдат, 1977, с ° 112-113.

2, Патент США В 4087693, кл. 250-390, опублик. 1978 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ДЕТЕКТОРА ПРЯМОЯ ЗАРЯДКИ, включаю щий изготовление эмиттера, коллектора, расположенного между ними изолятора, соединение отдельных частей детектора и последующее присоединение линии связи, о т л н ч.а ю щ н и с я тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик и повышения надежности детектора внутри коллектора размещают двухслойный технологический стержень, который после засыпки порошкообразного иэолятора в зазор между Коллектором и стержнем, волочения, через фильеру и отжига до получения диффузионного слоя между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора и плотности последнего не менее

80% от теоретической, растягивают за оба конца, затем стержень извлекают из сформированной системы коллектор-изолятор и в полученное от» верстие устанавливают калиброванный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изолятора на превышение в рабочих условиям термического расширения диаметра эмиттера над расширением внутреннего диаметра изолятора и после присоеди- g нения кабеля заполняют детектор инертньв газом и герметизируют.

2. Способ по п. 1, о т л н ч а ю шийся тем, что технологический С стержень выполняют из двух жестко соединенных между собой слоев, наружный из которых выполняют.из материала, твердость которого равна ® твердости материала коллектора, а внутренний — из высокопластичного материала, причем толщина наружного Ql слоя составляет 10-15% от радиуса а 1 внутреннего слоя. с0

10579Q6

Изобретение относится к первичным измерительным преобразователям систем внутриреакторного контроля (CBPK) и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих детекторы прямой зарядки (ДПЗ).

Известен способ изготовления детектора прямой зарядки (ДПЗ) путеМ установки между калиброванным эмиттером и коллектором высокоумного изолятора в виде капиллярной трубки ,из кварцевого стекла или соломки -из алунда, соединения эмиттера с сигнальной жилой кабеля, а коллектора — с его оболочкой и последующей герметизации детектора (1j .

1 Установка калиброванного эмиттера обеспечивает высокую идентичность по. начальной чувствительности ДПЗ к нейтронам (-1%), однако.они имеют

+ недостаточную механическую прочность и долговечность при эксплуатации в условиях активной эоны энергетического реактора. Кроме -того, производство детекторов по данному спо-, собу связано с трудоемкими ручными операциями по изготовлению, отбраковке и отмывке капилляров из кварцевого стекла.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ДПЗ, включающий изготовление эмиттера„ коллектора, расположенного между ними изолятора и соединение отдельных частей детектора и последующее присоединение линии связи (2 .

Способ включает ряд трудоемких операций, как-то: специальную обработку и намотку кварцевой нити на поверхность эмиттера, или изготовление оплетки из кварцевых нитей с последующей установкой ее между эмиттером и коллектором. При дан» . ном способе плотность изолятора нельзя доводить до теоретического значения, так как при этом будет нарушена однородность эмиттера из-за деформации. Поэтому изолятор делают рыхлым с увеличенной толщиной, что при ограниченном внешнем диаметре детектора приводит либо к уменьшению диаметра эмиттера, т.е. к снижению линейной чувствительности детектора, либо к уменьшению толщины коллектора, что снижает эффект экранировки() -излучения эмиттера.

Таким образом в известных способах изготовления ДПЗ улучшение метрологических характеристик ДПЗ сопряжено со снижением их механической проч.ности и долговечности, а повышение механической прочности и долговечности ДПЗ приводит к ухудшению метрологических характеристик.

Цель изобретения — улучшение

Метрологических характеристик и повышение надежности ДПЗ.

Для достижения поставленной цели согласно способу изготовления ДПЗ, включающему изготовление эмиттера, коллектора, расположенйого между нкми изолятора и соединение отдельных

5 частей детектора и последующее присоединение линии связи, внутри коллектора размещают двухслойный технологический стержень, который после засыпйи порошкообразного изолятора

, 10 в зазор между коллектором и стержнем, волочения через"фильеру и отжига для получения диффузионного слоя

: между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора и плотности последнего не менее 80% от теоретической, растягивают за оба конца, затем степень извлекают иэ сформированной системы коллек-. тор — изолятор и в полученное отверстие устанавливают калиброванный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изолятора на превышенИе в рабочих условиях термического расширения диаметра эмиттера над расширением и внутреннего диаметра .изолятора и после присоединения линии связи заполняют детектор инертным газом и герметизируют.

При этом технологический стержень выполняют из двух жестко соединенных между собой, например волочением, слоев, наружный из которых выполняют из материала, твердость которого равна твердости ма35 териала коллектора, а внутреннийиэ высокопластичного материала, причем толщина наружного слоя равна

10-15% от радиуса внутреннего слоя.

Увеличение плотности изолятора

4О до значений не менее 80% от теоретически возможного значения позволяет уменьшить толщину изолятора и соответственно увеличить диаметр эмиттера и/или толщину коллектора

45 (в пределах ограниченного внешнего диаметра детектора). Наличие переходного диффузионного слоя между коллектором и изолятором толщиной

0,1-1% от толщины последнего позволяет обеспечить регулярный сток

5О объемного заряда из.изолятора на коллектор и сохранить целостность изолятора при механических воздействиях на детектор, при этом его увеличение приводит к увеличению ве55 роятности снижения сопротивления изолятора в процессе эксплуатации, а уменьшение - к ухудшению механичес кой прочности сцепления изолятора с. коллектором, 60 Превышение внутреннего диаметра изолятора над диаметром эмиттера на значение положительной разности между термическими приращениями в рабочих условиях диаметра эмиттера и внутреннего диаметра изолятора

1057906

65 позволяет при нормальных условиях (20 C) свободно размещать калиброо ванный эмиттер внутри изолятора, а нри рабочих условиях обеспечить отвод радиационного тепла от эмиттера через изолятор, переходный диффузионный слой и коллектор к теплоносителю. Кроме того наличие теплового контакта между эмиттером и изолято ром исключает вибрацию эмиттера относительно изолятора и кабеля.

Наличие внутри изолятора полости, ограниченной торцами эмиттера и сигнального кабеля позволяет свободно разместить в ней и тангенциально подвести к торцу эмиттера соединительный участок сигнальной жилы кабеля, которая жестко связана с эмиттером, например с помощью лазерной сварки.

Замена воздуха в упомянутой полости на инертный гаэ, например гелий, позволяет увеличить внутреннее сопротивление детектора, т.е. уменьшить потерю токового сигнала внутри детектора. Тангенциальный подвод к торцу эмнттера и превышение длины соединительного участка сигнальной жилы на 20-50% над растоянием между торцами эмиттера и кабеля позволяет повысить безотказность работы электрического контакта между эмиттером и сигнальной жилой кабеля за счет пружинного эффекта соединительного участка сигнальной жилы, при этом увеличение .длины соединительного участка за указанный верхний предел затрудняет размещение соединительного участка внутри упомянутой полости, а уменьшение длины соединительного участка за указанный нижний предел приводит к ухудшению пружинящих свойств соединительного участка сигнальной жилы.

Увеличение суммарной линейной плотности материалов изолятора и коллектора (в радиальном направлении) до значений не менее трех толщин слоя половинного. ослабления р -излучения эмиттера позволяет снизить составляющую фона сигнальных кабелей, прилегающих к коллектору снаружи, обусловленную попаданием Р-частиц эмиттера на сигнальные жилы кабелей других совместно работающих детекторов, уменьшение упомянутой линейной плотности ниже указанного предела приводит к неприемлемому увеличению фона — излучения эмиттера на внешней поверхности коллектора, где могут располагаться сигнальные кабели от других детекторов. Кроме того, увели ение толщины кбллектора способствует повышению механической прочности ДПЗ, В способе изготовления ДПЗ в начальной стадии вместо эмиттера внутри коллектора раэмещают двухслойный технологический стержень, окружейный слоем порошкообразного изолятора, например МдО. Этот стержень позволяет полностью исключить деформацию калиброванного эмиттера ча стадни волочения через фильеру, получить диффуэиониый слой между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора, а так же спрессовать изолятор до

10 плотности не ниже 80% от теоретически возможного значения.

Отжиг системы коллектор — изолятор - стержень после волочения

С производят для снятия наклепа в ма15 териале коллектора и стимулирования процесса образования диффузионного слоя между коллектором и изолятором.

Температуру отжига задают на уровне 70% от температуры плавления мате20 риала коллектора.

При этом использование технологического стержня с твердым наружным слоем, например из.нержавеющей стали

Ф и высокопластичным внутренним слоем, например .иэ CO> At, позволяет после волочения растягивать стержень без внутреннего обрыва, отслаивать, его от изолятора и свободно извлекать стержень из полученного отверстия внутри изолятора..Оптимальная толщина наружногб слоя составляет 10-15% от радиуса внутреннего слоя стержня.

Увеличение толщины сверх указанного, верхнего предела приводит к ухудшению пластичности стержня, необходимой при его растяжке, а уменьшение толщины за указанный нижний предел приводит к снижению жесткости стержня, необходимой на стадии волочения системы коллектор - изолятор — стер

40 жень, Детектор прямой зарядки содержит сигнальную жилу 1 кабеля для передачи тока от эмиттера к информационно-измерительному комплексу, который не показан, фоновая жила 2 кабеля для измерения фонового тока в сигнальной жиле кабеля, изалятор 3 кабеля, оболочку 4 кабеля (с.лужнт проводником тока), место 5 сварки (или спайки) коллектора, газовая полость б, заполненная инертным гаром, например Не, место 7 сварки (или пайки) эмиттера с сигнальной жилой кабеля, эмиттер 8 (служит для генерации тока под действием нейтронов и (или) гамма-квантов ., изолятор 9 детектора (объединен с коллектором и имеет плотный контакт с эмиттером в рабочих условиях, коллектор 10 (служит .экраном для заряженных частиц, вылетающих из эмиттера и проводником тока), диффузионный слой 11 между изолятором н коллектором, трубка 12 (для откачки воздуха и заполнения полости внут1057906 ри детектора инертным газом, например Не), место 13 герметизации отверстия в трубке сваркой (или пайкой), торцовой изолятор 14 (фиксирует эмиттер в заданном осевом положении, переходник 15 (для герметизации кабеля и перехода к отдельным изолированным проводникам).

ДПЗ работает в активной зоне ядерйого реактора в качестве первичного измерительного преобразователя (О нейтронного и/или гамма-излучения в постоянный электрический ток, При захвате нейтронов в эмиттер 8 испус", каются мгновенные гамма-кванты, которые выбивают комптоновские элект-(5 роны, вылетающие из эмиттера 8 через изолятор 9 на коллектор 10, что обеспечивает мгновенную часть токового сигнала, Возбужденные ядра испускают f -частицы, которые также вылетают иэ эмиттера 8 на коллек» тор 10 и создают эапаздывающую часть токового сигнала. Например, в случае эмиттера иэ Ь мгновенная часть сигнала составляет 6-8% от пол- 25 ного сигнала детектора. Ток детектора через постоянный контакт 7 посту». пает на сигнальную жилу 1, а ее фоновый ток измеряют с помощью изолированной фоновой жилы 2. При этом возможно использование бесфонового одножильного кабеля, тогда необходимость в фоновой жиле 2 отпадает.

Для измерения гамма-излучения эмиттер изготовляют из материала мало чувствительного к нейтронам, имеющего большой атомный номер, например из Се.

По сравнению с базовым отечест.венным образцом ДПЗ, предлагаемый

ДПЗ более устойчив к транспортной .тряске, изгибу, вибрации и сейсмическим ударам. Кроме того, он более устойчив к термическим и радиационным воздействиям, что обеспечивает повышение его ресурса в сопоставляемых условиях эксплуатации. Это подтверждается реэультатамн сравнительных испытаний опытной партии новых детекторов и серийных детекторов базового образца в высокотемпературной гелиевой петле на реакторе МР, а также опытной эксплуатации предлагаемых ДПЗ в активной зоне реактора ВВЭВ-1000.

Увеличение ресурса ДПЗ позволяет уменьшить количество детекторов, необходимых на весь срок службы реактора. Кроме того, увеличение механической прочности ДПЗ позволяет уменьшить выход иэ строя детекторов при транспортировке и подготовке к эксплуатации.

Предлагаемый способ изготовления ДПЗ по сравнению с базовым с отечественным способом позволяет устранить .трудоемкие ручные операции по отбраковке и отмывке изоляторов, изготовленных в виде капилляра иэ кварцевого стекла. При этом тру . . доемкость и стоимость изготовления

ДПЗ могут быть снижены за счет использования промышленной техноло° гик производства нагревостойких кабелей на стадиях волочения и от,жига системы коллектор — иэолятор— стержень.

ВНИИПИ Заказ 9457/49

Тираж 710 .-Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород,ул.Проектная,4