Способ определения температуры замедлителя нейтронов

 

Изобретение относится к технической физике, а именно к контролю температуры замедлителя ядерных реакторов и критических сборок. Цель изобретения - увеличение точности. Измеряют площадь S замедлителя. Детектором тепловых нейтронов , размещенным внутри или на поверхности замедлителя, измеряют временную зависимость плотности потока и длительность 01/2 импульса тепловых нейтронов. Фиксируют момент времени ti, в который плотность потока принимает максимальное значение. Одновременно измеряют временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью ктепловым нейтронам, установленного на расстоянии Лсп/Ал с 0i/2 L V2 TS/AQ от поверхности замедлителя и ориентированного на замедлитель. Здесь Асп - комптоновская длина волны нейтрона; An средняя длина волны тепловых нейтронов в эамёдтгителе; с - скорость света; АЯ- апертурный угол детектора с мононаправленной чувствительностью . По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и переднего фронта сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью строят аппроксимационную функцию и определяют момент времени tm. в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение , а температуру замедлителя определяют по интервалу между моментами времени tm и ti. Погрешность способа не превышает 10% и определяется удвоенной, погрешностью измерения интервала времени и отклонением сечения нейтроночувствительного материала детектора от закона 1/v.1 ил. со VI 00 со ел 00 N

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 G 21 С 17/10, G 01 Т 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4922677/25 (22) 25.03.91 (46) 23.12.92. Бюл, t+ 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации и Объединенный институт ядерных исследований (72) Ю.Н.Пепелышев, С.В.Чукляев и

Е.П.Шабалин (56) Бекурц К., Виртц К. Нейтронная физика.

M.,Àòîìèçäàò, 1968, с, 340-342.

Малышев Е.К. и др. Вакуумные камеры деления КН ВКдля измерения плотности потока тепловых нейтронов. Атомная энергия, 1987, т. 62, вып. 3, с. 187-190. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУ-.

РЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к контролю температуры замедлителя ядерных реакторов и критических сборок. Цель изобретения — увеличение точности. Измеряют площадь S замедлителя, Детектором тепловых нейтронов, размещенным внутри или на поверхности замедлителя, измеряют временную зависимость плотности потока и длительйость &1/г импульса тепловых нейтронов.

Фиксируют момент времени t1, в который

Изобретение относится к технической физике, а точнее — к области регистрации нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для дистанционных измерений температуры замедлителя в системах с импульсным источников нейтронов.

Известен способ определения температуры нейтронов, заключающийся в измере!

Ж, „1783584 А1

2 плотность потока принимает максимальное значение. Одновременно измеряют временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью ктепловым нейтронам, установленного на расстоянии хсх/А, .с О/е ((< 42 В/АИ от поверхности эамедлителя и ориентированного на замедлитель. Здесь п — комптоновская длина волны нейтрона; М вЂ” средняя длина волны тепловых нейтройов в эамедлйтеле; с — скорость света; Л Й вЂ” апертурный угол детектора с мононаправленной чувстви тельностью. По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и переднего фронта сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью строят аппроксимационную функцию и определяют момент времени tm, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение, а температуру замедлителя определяют по интервалу между моментами времени tm и t1. Погрешность способа не превышает 10 и определяется удвоенно0 погрешностью измерения интервала времени и отклонением сечения нейтроночувствительного материала детектора от закона

1/ч. 1 ил. нии скоростей делений нуклидов 0 и

2Э Ри токовыми детекторами, размещенными внутри замедлителя, и определении температуры нейтронов по отношению показаний этих детекторов.

Способ основан на различии энергетических зависимостей сечений деления нуклидов 0 и Ри тепловыми нейтронами с температурой выше 2 э К.

1783584

Недостатками этого способа являются низкая точйость определейия температуры, связанная с методической погрешностью определения градуировочной зависимости.

Наиболее близким по технической сущности и количеству общих признаков к предложенному является способ определения температуры замедлителя нейтронов, в котором измеряют временные зависимости сигналов токовых 1/ч-детекторов в экране из кадмия и без экрана, д гителЪйость импульса тепловых нейтронов, момент времени, в который плотность потока достигает максимального значения, и судят о температуре замедлителя, Недостатком этого способа является низкая точность определения температуры ввиду неопределенности параметров спектра в присутствии эпитепловых нейтронов.

Другим недостатком является вклад тепловых нейтронов, выходящих из материала сторонних конструкций, Цель изобретения — увеличение точности.

Поставленная цель достигается тем,ч то в способе определения температуры замедлителя нейтронов, заключающемся в том, что измеряют временную зависимость плотности потока, длительность e1/2 импульса тепловых нейтронов внутри или на поверхности замедлителя, фиксируют момент времени t1, когда плотность потока достигает максимального значения, и судят о температуре замедлителя, дополнительно измеряют площадь S замедлителя и временнуюю зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам, распространяю. щимся с поверхности замедлителя в пределах апертурного угла Айна асстоянии с (4п/4) О/2 <(. 4ПЯ/ЛQ от поверхности замедлителя, где gc — комптоновская длина волны нейтронов; Я вЂ” средняя, длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; с — скорость света, по временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе и переднего фронта сигнала детектора определяют Mo" мент времени tm, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительность принимает максимальное значение, а о температуре замедлителя судят по интервалу

МЕЖДУ МОМЕНтаМИ ВРЕМЕНИ tm И t1.

Способ осуществляют в следующей nocflедовательности. i. Измеряют площадь замедлителя S.

2. Детектором тепловых нейтронов, размещенным внутри илизблизи поверхности замедлителя, измеряют временную зависимость плотности потока и длительность (Э1/2 импульса тепловых нейтронов, фиксируют момент времени t1, в который плотность потока принимает максимальное значение. В стационарных полях излучения импульсы утечки тепловых нейтронов формируют модулятором.

3. Одновременно детектором с мононаправленной чувствительностью, установленным на расстоянии

10 /3/2 vo О/2 =

= с Д и Я,) &гг < L s ч4пзГд а

15 от поверхности замедлителя, измеряют сигПри облучении замедлителя импульсов нейтронов плотность потока тепловых нейтронов о©tn(En, Q т ) с энергией Еп в интервале dE<, распространяющихся с единицы поверхности замедлителя в телесном угле

d Qa направлении Qa каждый момент времени г складывается из полностью термализованных тепловых и эпитепловых нейтрснов переходной области с энергией; меньшей кадмиевой границы Ес 0,4 эВ.

Принимая, что энергетическое распределение полностью термализованных нейтронов описывается распределением Максвелла, deb<<(E>, Q r) можно представить в виде

55 нал от тепловых нейтронов, распространяющихся с поверхности замедлителя в пределах апертурного угла Ь Q. Здесь vo— наиболее вероятная скорость тепловых нейтронов в замедлителе.

4. По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и сигнала детектора на переднем фронте строят аппроксимационную функцию и определяют момент времени tm, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение.

5. Вычисляют интервал между моментаМИ ВРЕМЕНИ tm И t1, ПО ВЕЛИЧИНЕ КОТОРОГО судят о гемпературе Т замедлителя.

Ниже изложен пример конкретного выполнения способа со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображены временные зависимости сигналов детектора плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе (1) и 1/и-детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым

40 нейтронам (2), установленного на расстоянии L от поверхности замедлителя и ориентированного на замедлитель.

1783584 бФ1л(Е,, Й r) = (r) х х(— ехр (— Ел/kT)+

Е„ (ю 0

Л Е.ЛТ), а,, Х )4П" где pa (r) — временная зависимость плотности потока тепловых нейтронов; Т вЂ” температура замедлителя, k — постоянная

Больцмана; Л(Ео/КТ) — функция переходной области, - коэффициент замедления нейтронов.

Когда расстояние нейтронов воздухом между замедлителем и детектором незначительно, из этого выражения следует, что на расстоянии L от поверхности замедлителя в каждый момент времени t > гплотность потока тепловых кейт онов d©i(vд, r) со скоростью ч = 2 Е / m в интервале

dv = ОЕл/у2й)Е, выходящих с поверхности замедлителя в апертурный угол Лйв момент времени r в интервале dc= (L/÷ )оч, описывается выражением

d Ф (ч, t, т) = 2 p p(r) х

//(.. ) ) 4 f — 2//(, )2 )

dQ

1 4По гДе m —; to - L/ve, vo = 2kT/ò — наиоояее вероятная скорость полностью термализованных тепловых нейтронов.

При длительности вспышки нейтронов деления (Э //2 1 10 с, когда временная зависимость плотности потока тепловых нейтронов приблизительно подобна временным зависимостям плотности потока нейтРонов lcd(t) с энеРгиЯми En > Ecd u мощности реактора, временную зависимость плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе, установленном вблизи поверхности активной зоны, удобно определять по показаниям детектора, размещенного в кадмиевом экране на расстоянии

4-6 м от поверхности замедлителя, Сигнал этого детектора 11 в каждый момент времеНИ t СВЯЗаН С &cd СООТНОШЕНИЕМ

L<(t) = К а ф ©cd(t) где К вЂ”, коэффициент преобразования скорости реакции нейтроночувствительного материала в электрический ток; о ф — эффективное сечение взаимодействия ядер в детекторе с нейтронами, Сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам

l2, размещенного на расстоян:.1и L от поверхности замедлителя и ориентированного на этот замедлитель, в каждый момент времени t описывается по формуле

10 -2(т) = g — П- S J» е v 0jp(v) х

Kh,Й х (to/ (t — Ю) )4 Ехр (— t

x oia ((т — r)r to )+a(r) elm +

К д tcd

20 КтПS f

Т ерш

xу ((t -т)бт, ) р,,(г) с3т г x S Г 3 » —" ехр (— т, /(t — r)2 ) x L — з .

ccd хаю®бГ+- Ь(— to/(t — r)2)x

Kepi

55 х — елл(т) т т) то где сге, giao — соответственно сечение вза имодействия ядер с нейтронами и коэффигде %п — сечение взаимодействия ядер нейтроночувствительного материала в детекторе с тепловыми нейтронами;  — площадь отверстия коллиматора, отнесенная к площади поверхности чувствительного к тепловым нейтронам объема в отсутствие экрана из поглощающего тепловые нейтроны материала; g

Еер 0,1 э8 — граничная энергия эпитепло 5 вых HBt4TpokoB в пе еходной области спектра; tcd = ) гйб2Е, . Сигналы li(t) и !2(т) детекторов при импульсном облучении показаны на чертеже и обозначены позициями

1 и 2 соответственно.

Из последнего соотношения нетрудно получить, что сигал 12(т) 1/ч-детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам описывается по формуле л

45 I 2(t) = КОоgtgp — П.— х

b,QTo

21Т Т

1783584 циент самоэкранирования детектора при температуре тепловых нейтронов То.

Из этого соотношения видно, что максимальное значение сигнала 1 т остигается в момент времени tm = 2/3 to который можно определить аппроксимацией переднего фронта сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам в интервале времени (Э1/2/2 + type (t < 2/3 tp В котоРом Отсутствует вклад медленных тепловых нейтронов переходной области спектра и минимальное искажение формы сигнала за счет ослабления потока тепловых нейтронов воздухом между поверхностью замедлителя и детектором, с помощью функции вида

1 о() з "р(1 (( (, )3 х д (Т)/сР (11) dt, где С вЂ” коэффициент. При этом момент времени т1, в который плотность потока тепловых нейтронов в замедлителе достигает максимального значения, удобно принять за начало отсчета времени т.

Очевидно, что только в случае слабого поглощения (g- «1 ) при термализации

1 ,нейтронов в замедлителе, например из водорода, графита, полиэтилена или метана, вкладом эпитепловых нейтронов переходной области спектра (Eepl < En < Ecd) в показания детектора с мононаправленной чувствительностью можно пренебречь в каждый момент времени, Однако для искл ючения влияния эпитепловых нейтронов на положение максимума сигнала относительно момента времени t® пролета тепловых нейтронов со скоростями, равными 1/3/2 vo, детектор располагают на расстоянии 3/2 vp О/2 = с (Я4 с/4) х х бт/т < L < г 4 П$/М2, величину которого выбираю с учетом эффективной площади S замедлителя в апертурном угле. Здесь 4с — комптоновская длина волны нейтрона; 4 — средняя длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; с - скорость света.

Температура замедлителя вь1числяют в

ЭВМ по результатам измерений интервала времени Л = т -t1= /2/3 to с помощью соотношения

Т= — (-Я

2k

При размещении детектора с мононаправленной чувствительностью на расстоянии

О(Лпт/Апту ттл/т < Г. < V4IIS//Ë 2 От ПОВЕРХности замедлителя и применении ЭВМ 1ВМ

PC/AT быстродействия контрольно-измерительной системы вполне достаточно для получения результата в.интервале времени между соседними импульсами реактора

И БР-2 с частотой повторения вспышек мощности 5 Гц. Погрешность измерения по данному способу составляет около 10 u определяется, главным образом, удвоенной погрешностью измерения интервала време20 ни и отклонением сечения взаимодействия нейтроночувствительного материала в детекторе от закона 1/ч, Формула изобретения

Способ определения температуры замедлителя нейтронов, заключающийся в том, что измеряют временную зависимость плотности потока, длительность C+/2 импуль30 са тепловых нейтронов внутри или на поверхности замедлителя, фиксируют момент времени т1 в который плотность потока достигает максимальное значение, и судят о температуре Т замедлителя, о т л и35 ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности, дополнительно измеряют площадь

$ замедлителя и временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам, "0 распространяющимся с поверхности замедлнтелв в пределах апертурного угла Лаана расстоянии с;-г- 91/2 < L « —,ду- от по- пс . 4П$ верхности замедлителя, где 5 — компто45 новская длина волны нейтрона; я4,— средняя длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; c — cKGpocTb света, по временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе и переднего фронта сигнала детектора определяют момент времени tm, в который сигнал детектора с мононаправлекной чувствительностью принимает максимальное значение, а о температуре замедлителя судят по интервалу между моментами вреМЕНИ tm И t1, 1783584

Составитель С.Чукляев

ТехредМ.Моргентал . Корректор M.Òêà÷, Редактор Г.Бельская

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

Заказ 4520 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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