Способ изготовления изделий радиационной техники

 

Изобретение относится к технической физике и физической химии. Наиболее эффективно может быть использовано при изготовлении детекторов нейтронов с нуклидами 2 U,10B, хемоядерных реакторов и других изделий, испускающих ионизирующие частицы. Цель изобретения - увеличение времени минимальной наработки в жестких термои радиационных условиях. Способ изготовления изделий радиационной техники заключается в том, что на поверхно-. сти элемента в изделии выполняют шероховатость , среднее отклонение профиля которой не превышает половины значения средней проекции длины пробегов ионизирующих частиц. Затем наносят слой материала, спонтанно или вынужденно испускающий эти частицы, толщиной, меньшей или равной значению среднего отклонения профиля шероховатости , и помещают элемент в герметичный корпус. 3 ил., 1 табл. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 Т 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754437/25 (22) 30.10.89 (46) 07.03.92. Бюл. М 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский ,институт технической физики и автоматизации, Научно-производственное объединение "Вакууммашприбор" и Обьединенный институт ядерных исследований (72) А.И,Ивакина, E.К,Малышев. Ю.Н.Пепелышев и С.В,Чукляев (53) 539.1.074 (088.8) (56) 1.Дмитриев А.Б, и др. Эксплуатационные характеристики ионизационных камер деления для СУЗ реакторов. — Атомная энергия, 1972, т. 32, вып. 3, с. 230-231.

2.Малышев E:K. и др. В,вакуумные камеры деления КНВК для регистрации плотности потока нейтронов. — Атомная энергия, 1981, т. 62, вып. 3, с. 187-.190. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

РАДИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к технической физике и физической химии и наиболее эффективно может быть использовано при изготовлении детекторов нейтронов, . хемоядерных реакторов и других изделий с изотопами О,. В, испускающими ионизирующие частицы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностч является способ изготовления детекторов ней- ронов, в «отором на поверхность электро -,а наносят слой материала, сурержащего делящийся нуклид или нуклид В и обладающего способностью адгезировать к материалу электрода, и помещают этот элемент в герметичный корпус (1) и (2).

„„SU„„1718166 А1 (57) Изобретение относится к технической физике и физической химии. Наиболее эффективно может быть использовано при изготовлении детекторов нейтронов с нуклидами 0, В, хемоядерных реакто10 ров и других изд алий, испускающих ионизирующие частицы. Цель изобретения— увеличение времени минимальной наработки в жестких термо- и радиационных условиях.

Способ изготовления изделий радиационной техники заключается в том, что на поверхности элемента в изделии выполняют шероховатость, среднее отклонение профиля которой не превышает половины значения средней проекции длины пробегов ионизирующих частиц. Затем наносят слой материала, спонтанно или вынужденно испускающий эти частицы, толщиной, меньшей или равной значению среднего отклонения профиля шерохо. ватости, и помещают элемент в герметичный корпус, 3 ил., 1 табл. юююв 3

Недостатком этих детекторов является невысокое время минимальной наработки в жестких термо- и радиационных условиях из-зв отслаивания, вспучивания и осыпания нейтроночувствительного покрытия.

Цель изобретения — увеличение време- О ни минимальной наработки в жестких термо- и радиационных условиях.

Способ осуществляют в следующей по- д следовательности.

Поверхность элемента в издеяии изготавливают с шероховатостью, среднее арифметическое отклонение профиля 14 которой не превышает половины значения средней проекции длины пробегов ионизирующих частиц.

1718166

Наносят слой материала, спонтанно или вынужденно испускающего эти заряженные частицы, средней толщиной, меньшей или равной среднему значению отклонения профиля шероховатости R .

Элемент помещают в герметичный корпус.

На фиг. 1 изображена схема детектора, реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 — профилограммы поверхностей нержавеющей стали при различных технологияк изготовления; на фиг. 3 распределение выступов (впадин) профиля шероховатости вдоль трассы сканирования по частоте.

Детектор нейтронов состоит из выполненных из аустенитной нержавеющей стали

12Х18Р10Т трех электродов 1, размещенных в цилиндрическом корпусе 2 из-того же мате(эиаяа (фиг,.1), Каждый электрод представляет -собой набор дисков диаметром

44мм и толщиной 0,4 мм, соединенных электричееки и закрепленных на трех металлических рейках, Диски на периферии имеют вырезы для прокладки реек и выступы, которые при сборе электродной системы детектора входят в отверстия несущих реек, загибаются и привариваются к последним точечной электросваркой. Рейки разноименных электродов соединены токоведущими проводниками со стандартными металлокерамическими электровводами 3, вваренными в крышку корпуса детектора, и изолированы от корпуса с помощью опорных изоляторов из высокоглиноземистой керамики BK 100-2, установленных в специальные гнезда во фланцах. Отверстия в рейках расположены так, что между соседними дисками разноименных электродов образуется зазор 1,6 мм, а каждый диск одного электрода; который называют сигнальным, оказывается размещенным между дисками двух других соединенных с источниками 4 питания электродов, образующих с сигнальным электродэч две секции. Одна из секций содержит на поверхности электродов слой нейтроночувствительного материала 5, выполненный, например, методом электролитического осаждения слоев оксидов делящихся нуклидов из спиртовых растворов нитретев 00 +2, Th +, Np02 + или других нейтронечувствительных нуклидов с отжиготя после нанесения каждого парциального слоя толщиной около 0,1 мг/см . Эту толщи +у удебно юнтролировать по величине привеса дисков электродной системы после нанесения нейтроночувствительного материала с учетом его плотности, величина котерай, например, для закиси-окиси урана равна 8.4 г/см .

Средняя толщина слоя нейтроночувствительного материала не превышает значения R> среднего отклонения профиля шероховатости на поверхности дисков элек- .

5 трода, например для записи-окиси урана находится в интервале 0,1 — 0,5 г/см в зависимости от качества обработки поверхности дисков электродов, На фиг, 2 показаны профилограммы по10 верхностей дисков электродов. изготовленных из нержавеющей стали 12Х18Н10Т-М толщиной 0,4 мм, после обезжиривания в состоянии поставки 6, химического травления и последующего осветления 7, химиче15 ского полирования 9 и продолжительного химического травления, осветления и обезгаживания отжига 10, полученные профилографом-профилометром мод. 201 на базовой длине L = 160 мм при горизонталь20 ном увеличении-200. Величина V соответственно обозначает вертикальное увеличение в каждой профилограмме.

Обезжиривание проводят в растворе, содержащем, г/л: натр едкий технический

25 30; натрий углекислый 40; тринатрийфосфат

80; эмульгатор 0ll-7 (или ОП-10) 7, при 6070 С в течение 20 мин. Этим удаляют органические жиры, минеральные масла и другие загрязнения.

30 Травление осуществляют в растворе, содержащем, мл: азотная кислота 100; соляная кислота 250, вода 250, при 75 — 80"С в течение 3 — 5 с. При травлении устраняют с поверхности химически связанные оксиды и

35 загрязнения,. вкатанные в материал при предшествовавшей механической обработке, Последующее осветление проводят с целью снятия травильного шлама в раство40 ре, содержащем, мл: азотная кислота 330; серная кислота 330; вода 300, при 18-22ОС в течение 30 с. Остатки кислот нейтрализуют в 10 -ном растворе йа2СОз в течение 3 мин при комнатной температуре. Суммар45 ный съем металла с и поверхности составляет

0,5 — 10 мкм.

Химическое полирование осуществляют в растворе, содержащем, мл: соляная кислота 300; азотная кислота 150; ортофос50 форная кислота 300; эмульгатор ОП-7 (или

ОП-10) 10; вода 1250, а также 7 r железосинеродистого калия, при 80 — 100 С в течение

2 мин. Травильный шлам удаляют в растворе, содержащем 50 мл плавиковой кислоты

55 и 400 мл азотной кислоты, при 60-80 С в течение 3-4 мин, Остатки кислот нейтрализуют в 10 -ном растворе NazCOa. При химическом полировании с поверхности металла растворяется слой толщиной 0,51,0 мкм. При этом образуется тонкая защит1718166 ная пленка с большей, чем при химическом или связанными алек ранами тормозящего травлении, отражаю.цей способностью к ви- вещества; кулоновское взаимодействие с димому свету. ядрами вещества.

Полирование осуществляют в растворе, Полные потери энергии являются результасодержащем, мл: ортофосфорная кислота 5 тами действия обоих этих процессов, другие

580; серная кислота 120; глицерин 180; вода возможные эффекты (возбуждение ядер ве45, а также 120 г окиси хрома(И), при плот- щества, радиационные потери и т.п.) прености тока 0,2 А/см в течение 10-20 мин, небрежительно малы, поэтому полные

Остаток кислот нейтрализуют в 10 (,-ном потериэнергииудобнозаписатьввидедвух растворе N82C03, При электрохимическом 10 слагаемых полировании сьем металла с поверхности де dE df составляет 0,5 мкм, при этом образуется (dr (dr) (с1 г) поверхность с высокой отражательной спо- d а d E б f собностью к видимому свету. где (, ) t,(, )е,()и — полные

Характеристика шероховатости поверх- 15 ионизационные потери и потери энергии в ностейдисков иэ нержавеющей стали, обра- ядерных столкновениях с атомами вещества ботанных по различным технологиям, дана на единицу длины пути соответственно. в таблице. Процесс торможения в материале покрытия

Значения Rz, определенные по пяти 5 обусловливает образование медленных максимальным выступам и пяти минимален- 20 вторичных электронов, часть которых выхоным впадинам в пределах базовой длины L дит в межэлектродный промежуток вакуулинии профиля, при нормальном распреде- мированной конструкции, а в лении шероховатости связаны со средним гаэонаполненной носители заряда образуотклонениемлиниипрофиляR3приближен- ются в результате ионизата газа заряженным соотношением 25 ными продуктами нейтронных реакций, вылетающих из нейтроночувствител ьного

При обработке в цифровых кодах шаг покрытия 5. Эти носители заряда собираютквантования профилей 6-10 выбирают ся электрическим полем, создаваемым меньшим или равным обратной величине внешним источником 4 питания в диффенаиболее вероятной частоты va выступов 30 ренциальной схеме вычитания сигнала фои впадин профиля, а значение Ra г, числяют нового ионизирующего излучения. по формуле Удельные безразмерные составляющие полных потерь энергии осколком деления а = = — „,, I Y — y i I Vy, связаны с безразмерной энергией к оскол35 ка деления согласно полузмпирической теогде У вЂ” ордината средней линии профиля; рии торможения Линдхарда у — ординаты учитываемых точек профиля на концах интервалов квантования в пре- дое делах базовой длины 1; (— )е =А. е

L и Е(2 иц — ) — целая часть()с=200 40 г ое1п = 1 I (1294 ) (дг) 2F. коэффициент горизонтального увеличения микропрофиля); где А — коэффициент, зависящий от атомных ч номеров и масс тормозящего вещества и

Нср — средняя высота (глубина) выстуосколка, пов (впадин) профиля шероховатости. 45 Из этих соотношений видно, что тормоРаспределение выступов (впадин) про- жение продуктов деления в конце пробега, филей 6-10 шероховатости по частотам также как и других заряженных частиц, опобоэначены на фиг. 3 соответственно позиределяются потерями энергии в ядерных социями 11-15, Иэ фиг. 3 видно, что по фо ме плотности распределений близки к ноци 11 15 И ф д о о по форме ударениях, в которых происходит

Ра Редел ний 5nv3xv " oP 50 эффективное разрушение материала. мальным..

При средней высоте шероховатостей

Нф поверхности дисков электродов, равПри взаимодействии ядер мате иала ной удвоенной средней толщине слоя нейтпокрытия с нейтронами возникает вторичру ° у- --р- ° роночувствительного материала, впадины большинстве нейтРомбчУвствительных ма- 55 шеро о а о шероховатостей полностью заполняются

Tåð àïàõ представлФ т проТоН альфа- à- этим материалом, достигается максимальстицы и продукты деления. Эти частицы во ная чувствительность детектора и сохранявэаимодействии с веществом теряют свою ется воэможность адгезии поверхностного э эад у основныхпроцессов:ку слоя нейтроночувствительного материала. лоновское взаимодействие со свободными

1718166

При этом поверхностный слой нейтроночувствительного материала во впадинах шероховатостей, высота H)p которых меньше средней проекции длины пробегов заряженных продуктов нейтронных реакций на направление нормали к поверхности дисков электродов. подвержен меньшему разрушению за счет снижения доли потерь энергии в ядерных столкновениях продуктов нейтронных реакций, вылетающих из нейтроночувствительного слоя.

8 предположении деления ядер зЪ на два осколка и их изотропного вылета в противоположных направлениях величина средней проекции пробегов R p на направление нормали к поверхности дисков электодов связана со средней длиной пробегов соотношениями R - Й/2.

Величина Й в эакиси-окиси урана равна

7,44 мг/см .

Результаты наблюдения чувствительности детектора нейтронов типа вакуумная камера деления,. изготовленного по данному способу и размещенного в центральном канале ядерного реактора ИБР-2, показали большую устойчивость нейтроночувствительного покрытия из Оз08 толщиной 0,5 мг/см и приблизительно в 15 раз большее з время минимальной наработки под воздействием токовых, термомеханических и ради5 ационных нагрузок по сравнению с аналогичным детекторами, в которых толщина покрытия превышает среднее значение отклонения профиля шероховатости.

Формула изобретения

10 Способ изготовления изделий радиационной техники, заключающийся в том, что на поверхность элемента наносят слой материала, спонтанно или вынужденно испускающего ионизирующие частицы, и

f5 помещают этот элемент в герметичный корпус, отличающийся тем, что, с целью увеличения времени минимальной наработки в жестких термо- и радиационных условиях, перед нанесением слоя на поверхности

20 элемента изготавливают шероховатость, среднее значение отклонения профиля которой превышает или равно средней толщине слоя материала и меньше половины значения средней проекции длины пробе25 гов ионизирующих частиц на направление нормали к поверхности элемента.

1718166

/ э f0 м

Риг. 2 мя С

®иг. Д

Составитель С,Кондратенко

Техред M.Морге нтал Корректор Н,Ревская

Редактор С.Пекарь

Заказ 880 Тираж Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101