Нейтронная ионизационная камера деления

 

НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМКРА ДЕЛЕНИЯ, содержащая корпус, в котором установлены положительный, сигнальный, отрицательный электроды , выполненные в виде плоскопараллельных пластин, основной и дополнительный объемы, образованные соответственно отрицательным и сигнальным , сигнальным и положительным электродами, газовое наполнение, радиатор , нанесенный на поверхность электродов основного об1;ема, отличающаяся тем, что. с целью повышения точности измерения путем по.}учения возможности учета выгорания ралиатора, указанный радиатор нанесен также по крайней мере на одну из пластин электродов дополнчтельного объема и закрыт пластиной, в которой выгтолнено по крайней мере одно коллимационное отверстие, причем диаметр отверстия и толпщна пластины опродепяются следующими выражениями д Е . S R 4d2 -TIT -I + (Л где i R. толщина слоя радиатораj длина пробега осколков в радиаторе без остаточного пробега, необходимого для регистрации осколков; минимальная длина пробега осколков в газе камеры, 00 необходимая для их регистto рации; 1 - толщина дополнительной плас1чЭ Ю с коллимационным отверстием; О) d диаметр коллимационного отверстия.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

) выражениями где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3503212/18-25 (22) 22.10.82 (46) 23.01.85. Бюл. Ф 3 (72) В.А. Аксенов, Е.К. Малышев, Т.С. Матвеева, Б.Н. Никифоров, В.И. Поликарпов, А.H. Чирихин и О.И. Щетинин (53) 539.1.074.827(088.8) (56) 1. Дмитриев А.В., Малышев Е.К.

Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники. Атомиздат. М., 1975, с. 58-61.

2. Там же, с. 64.

3. Малышев Е.К. и др. Широкодиапазонная камера деления для СУЗ ядерных реакторов. Атомная энергия, т. 47, вып. 4, октябрь 1979, с. 271272 (прототип). (54) (57) НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ

КАМЕРА ДЕЛЕНИЯ, сопержащзя корпус, в котором установлены положительный, сигнальный, отрицательный электроды, выполненные в виде плоскопараллельных пластин, осногной и дополнительный объемы, образованные соответственно отрицательным и сигнальным, сигнальным и положительным электродами, газовое наполнение, радиатор, нанесенный на поверхность

„„ЯО„„ О8222

4(5t) H 01 J 47, 12 G 01 Т 3/00 электродов основного объема. о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения путом по.. учения возможности учета выгорания радиатора, указанный радиатор нанесен также по крайней мере на одну из пластин электродов дополн tтельного объема и закрыт пластиной, в которой выполнено по крайней мере одно коллимационное отверстие, причем диаметр отверстия и толщина пластины определяются следующими толщина слоя радиатора; длина пробега осколков в радиаторе без остаточного пробега, необходимого для регистрации осколков; минимальная длина пробега осколков в газе камеры, необходимая для их регистрации; толщина дополнительной пластины с коллимационным отверстием; диаметр коллимационного отверстия.

Предложенная нейтронная ионизационная камера деления (в дальнейшем — камера) относится к ядерному приборостроению и может быть применена для измерения мощности реактора по плотности потока нейтронов.„ пропорциональной мощности реакторов. При измерении камерой плотности потока нейтронов возникают погрешности, связанные с внешним и внут- iQ ренним гамма-излучением, бета-излучением накопленных внутри камеры продуктов деления и активации,, альфаизлучением радиатора-делящегося вещества и выгоранием радиатора. С вы- 15 горянием радиатора погрешность измерения плотности потока нейтронов растет со временем, Результаты эксплуатации покязьгвают, чтО чувствительнОсть камеры к теппО- 20 вым нейтроням с радиатором, например„ из урана — 23з при плотности потока нейтронов (0 нейтрон пацяет за один год на 20/. В зависимости от режима работы камеры — импульсного или то- 25 кового — погрешность измерения плотности потока нейтрочов из-за наличия фона уменьшают соответственно путем дискриминации импульсов от альфа-. бета-частиц и гамма-излучения или путем компенсации фоновой составляющей тока, фоновый ток от альфа-частиц компенсируют EEooтоянным источником така, фоновый ток î- бета-„ гамма-излучения компенсируют путем введения в камеру дополнительного объемя сОздающего ИОнизяционный ток о". всех составляющих излучения, кроме альфа-частиц радиатора и оскол-. ков деления. Разность ионизационных 4 токов от основного и дополнительного объемов пропорциональна измерясмому эффекту-плотности потока нейтронов.

При измерениях плотности потока нейтронов камерами деления возникают трудности, связанные с внесением поправки на выгорание радиатора.

Поправку на выгорание радиатора обыч-. но вносят путем сравнения показаний рабочей камеры с эталонной, что требует дополнительной аппаратуры и оборудования при замене рабочей камеры на этапоиную, Известна камера с одним объемом,. содержащая корпус, высоковольтный и сигнальный электроды и газовое наполнение, На поверхностях электродов расположен радиатор — слой де лящегося вещества. 3Tà камера работает в импульсном и в токо-»оМ режиНедостаток этой камеры состоит в наличии больших фоновых токов., обусловленных наведенным внешним и внутренним гамма-излучением, бетаизлучением продуктов деления и актинации, накопленных внутри камеры, что вносит большую погрешность в измерение плотности потока нейтронов, наружная пропорциональность между показанием камеры и мощностью реактсра.

:извес гна также импульсно-токовая камера с тремя плоскопараллельными электродами, содержащая корпус,. основной и дополнительный объемы,. Образованные положительным и сигнальным электродами и тем же сигнальным и отрицательным электродами и газовое наполнение 2 . На поверхностях

Г 1 электродов в основном ооъеме расположен радиатор — сло делящегося вещества,в дополнительном объеме радиатора нет. В результирующем токе с сигнального электрода составляющая от внешнего гамма-излучения умень— лена вследствие компенсации.

Недостатком такой камера является также большая погрешность несмотря на некоторое уменьшение влияния внешнего гамма-излучения. чус-вительEE0cT5 K гяммя излучению oÿÂHя 0

Л вЂ” из — зя различного среднего

Р/ч атомного номера материала электродов с радиатором и без чего.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому везультяту является нейтрОИная импульсно-токовая камера деления, содержащая корпус, в котором установлены положительный сигнальныи, отрицательный электроды, выполненные в виде плоскопараллельных пластин, основной и дополнительной объемы, образованные соответственно отрицательным и сигнальным и тем же сигнальным и положительным электродами, газовое наполнение, радиатор, нанесенный на поверхность электродов основного объема 3 .

Б камере частично заменен материал Отрицательного электрода: нержавеющую сталь на тантал. Ьлагодаря такой частичной замене материала от1082226 4 рицательного электрода достиГнуто уменьшение чувствительности к гаммаЛ излучению до 10

Р/ч

Уменьшение чувствительности камеры к гамма-излучению снижает погрешность измерения плотности потоков нейтронов, однако погрешность измерения, связанная выгоранием радиатора остается на прежнем уровне.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем получения возможности учета выгорания радиатора.

Цель достигается тем, что в нейтронной ионизационной камере деления, 15 содержащей корпус, в котором установлен положительный, сигнальный, отрицательный электроды, выполненные в виде плоскопараллельных пластин, основной -и дополнительный объемы, образованные соответственно отрицательным и сигнальным и тем же сигналь20 ным и положительным электродами, газовое наполнение, радиатор, нанесенный на поверхность электродов основного объема, упомянутый радиатор нанесен также по крайней мере на одну из пластин электродов дополнительного объема и закрыт пластиной, в которой выполнено по крайней мере одно колли- 30 мационное отверстие, причем диаметр отверстия и толщина пластины определяются следующим выражением:

3е = 4dР + 1

Ra Я2 + 1г . 35 где

P. толщина слоя радиатора; длина пробега осколков в радиаторе без остаточ40 ного пробега, необходимого для регистрации осколков; минимальная длина пробега осколков в газе камеры, необходимая для их регистрации;

45 толщина дополнительной пластины с коллимационным отверстием; — диаметр коллимационного отверстия.

Сущность изобретения заключается в том, что предложенная конструкция камеры позволяет регистрировать нейтроны из двух объемов, чувствительность которых к нейтронам по-разному 55 зависит от выгорания радиатора.

Предложенная конструкция камеры практически не изменяет чувствительность камеры к нейтронам в токовом режиме по сравнению с прототипом, так как площадь коллимационных отверстий в пластинах электродов допол- нительного объема значительно меньше (порядка на два — три) открытого слоя радиатора в основном объеме.

Чувствительность камеры к фоновому бета-, гамма-излучению также практически не изменяется, так как разница в потере энергии бета-, гамма-излучения в электродных пластинах незначительна.

На фиг ° 1 представлена структурная схема предлагаемой камеры; на фиг.2 иллюстрациия выхода осколков деления в газовое наполнение объемов камеры

Камера состоит из герметичного корпуса 1, внутри которого установлены электроды, выполненные в виде плоскопараллельных пластин, расположенных в следующем порядке: отрицательный 2, сигнальный 3, положительный 4. Камера заполнена газом 5. Основной объем 6 образован положительным 4 и сигнальный 3 электродами.

На поверхности пластин электродов основного объема 6 нанесен слой радиатора 7 — делящегося вещества— урана-235, толщиной 3 мг/см .

Дополнительный объем 8 образован сигнальным 3 и отрицательным 2 электродами. В этом объеме на электроде 3 нанесен также радиатор 7, который закрыт дополнительной пластиной 9 с коллимационными отверстиями. Электродные пластины 2, 3 и 4 сделаны из нержавеющей стали, толщина пластины

0,45 мм. Диаметр коллимационных отверстий 0,6 мм. Общая площадь открытого радиатора в основном объеме

1000 см . Общая площадь радиатора в коллимационных отверстиях 1,1 см .

Устройство работает следующим образом.

При делении ядер радиатора 7 в основном 6 и дополнительном 8 объемах возникают импульсы тока, интенсивность регистрации которых по-разному зависит от выгорания радиатора 7.

Интенсивность регистрации импульсов (чувствительность к нейтронам) в дополнительном объеме 8 уменьшается с выгоранием радиатора 7 линейно из-за наличи.: коллимационных отверстий 9, выде..; щих постоянную долю из всех образующихся в слое осколков. В основ1082226 емон камеры с коллимационными отв"".рстиями 9 и с открытым радиатором 7 при воздействии нейтронов с радиатором иллюстрирует <33иг. 2. В открытом радиаторе из слоя с1, расположенного на глубине х при необходимом для регистрации остаточном пробеге осколка деления о Г,,,будет зарегистрировано осколков

? ii (1-V) à S. д„х число осколков, возникающ«х в единице объема ралиатора в единицу времени; пл01!!адь радиатopB пробег осколка без остаточного пробега, ированное количество осколего радиатора равно где а!

Р зарег«стр ков из нс !! а,Я (1„у а ь ь („(< )

2 2ь, где

Прк налички коллкмационногo отверстия зарегистрированное количество осколков равно

2п(1 — cos â€, -)

2 а S !3

К К

4

К О л К О В б е 3 К О л 31 «М а Т О р а i i (К О - I!! «M (3 Т О ром имеет сле31у!

1;,,1"- à — — 2 K(— ) (1 („ r (2Р( (. 1!а!3ниВая интеl! («Вно(ть р(! истр!3— (.й Т РОНО !3 .!ТИХ I!3УХ

illii1 ИМПУЛЬСОВ ОТ объемон можно cyll« рад1!атора, т. е. Об те II IIoc I камеры к лагаемой камере От ностей регистрации

Обьемах изменяется ть О выгорании

«эмененки чувствинсйтро Ia! I, В пред— ношение инте«< импульсов в на 6,8 при

207,. рании радиатора на

В таком выполнении камера ii(, ет повысить точность измерения ности потока нейтронов путем вн н«я в любой нужный момент попра< на выгорание радиатора, используя эффект различной зависимости от выгорания сигналов от основного и дополнительного Объемов., полученных не— посредственно в рабочем режиме регистрации плотности потока лейтроНОН. рания радкатора.

В качестве базового объек-<;3 при40 нята камера, являющаяся прототипом предлагаемой. В камере-прототипе невозможно вносить по3!ранку <1а вы! орание радиатора непосредственно по показаниям данной камеры. :ля учета выгорания радиатора ",ðåáóåòñÿ применение эталонной камеры и дополнительного Оборудования.

Прк испол!ьзованкк пре11ла-aeM(IA камеры отпадает необходимость в прк— менении эта31о!1ных камер, оборудования для их перемещения В каналах радиатора и соответс гвуюшей регист— рирующей аппаратуры, Это в свою очередь позволяет сократить объем аппаратуры измерения плотности пейтро!3ного потока, исключив каналы регистрации с эталонной камерой и сократив трудоемкие работы, связанные с «еремещснкем камер

9 как рабочих, так к эталонных, лля определения погрешности иэ-эа выго