Устройство канала для измерения потока нейтронов (варианты)

 

Использование: при измерении потока нейтронов первичным преобразователем на основе блока ионизационных камер в системе управления и защиты ядерного реактора, критической сборки и других источников нейтронов. Сущность изобретения: устройство канала для измерения потока нейтронов состоит из первичного преобразователя, содержащего два нейтроночувствительных объема с электрически изолированными сигнальными электродами, в которых помещен материал с количеством ядер n₁ и n₂<n, испускающих заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электронного блока, содержащего два тракта измерения скорости счета импульсов реакции, входы которых соединены линией электрической связи с отдельными сигнальными электродами чувствительных объемов с количеством ядер n₁ и n₂ и тракт измерения электрического тока. При этом χ/D≅n₂/n₁= K₂/K₁≅δ·Q·D·N_min/χ·I_b) где - коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; D = N_max/N_min - диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_min - минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_max - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Q - средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом чувствительном объеме; I_b - собственный фоновый ток в первом чувствительном объеме; K₂/K₁ -отношение чувствительностей к нейтронам второго и первого объемов, а вход тракта измерения электрического тока соединен с сигнальным электродом первого чувствительного объема с количеством ядер n₁. Во втором варианте выполнения устройства первичный преобразователь содержит третий нейтроночувствительный объем, отношение a собственного фонового тока в котором к собственному фоновому току в первом чувствительном объеме меньше отношения b их чувствительностей к нейтронам. При этом а вход тракта измерения электрического тока соединен с сигнальным электродом третьего нейтроночувствительного объема. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области технической физики, а точнее к области регистрации нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано при измерении потока нейтронов первичным преобразователем на основе блока ионизационных камер в системе управления и защиты ядерного реактора, критической сборки и других источников нейтронов.

Известно устройство канала для измерения потока нейтронов в ядерном реакторе, содержащее первичный преобразователь, в качестве которого используется скомпенсированная по току от фонового γ излучения ионизационная камера с борным покрытием, и электронный блок, содержащий тракт измерения электрического тока, вход которого соединен линией электрической связи с сигнальным электродом камеры (см. например, Чукляев С.В. Газонаполненные ионизационные камеры с борным покрытием для измерения плотности потока нейтронов в реакторе. Атомная энергия, 1993, т. 74, вып. 5, с. 454-456).

Работа канала основана на измерении электрического тока, возникающего в чувствительном объеме первичного преобразователя под воздействием потока нейтронов.

Недостатком этого канала является наличие собственного фонового тока в первичном преобразователе, величина которого вносит нелинейный вклад в сигнал от нейтронов и не позволяет измерять ток от тепловых нейтронов с погрешностью менее 2% при плотности потока ниже 3·10³ см^-2·c^-1.

Известно устройство канала для измерения потока нейтронов в реакторе, содержащее первичный преобразователь, в качестве которого используется скомпенсированная по току от фонового g излучения газонаполненая ионизационная камера деления, содержащая один нейтроночувствительный объем, и электронный блок с трактом усиления и измерения скорости счета импульсов реакции деления и трактом измерения электрического тока, входы которых соединены линией электрической связи с сигнальным электродом камеры (см. например, Малышев Е.К. Белозеров В.Г. Щетинин О.И. Широкодиапазонная камера деления для СУЗ ядерных реакторов. Атомная энергия, 1979, т. 47, вып. 4, с. 271-272).

Работа канала основана на измерении скорости счета отдельных импульсов и электрического тока, возникающего в чувствительном объеме первичного преобразователя при делении ядер ²³⁵U под воздействием потока нейтронов.

Недостатком этого канала является ограничение загрузки тракта усиления и измерения скорости счета импульсов, обусловленное мертвым временем электронной аппаратуры и наложением импульсов тока. Ограничение по загрузке этого тракта не позволяет измерить поток тепловых нейтронов плотностью выше 1·10⁴ см^-2·c^-1 при отклонении нагрузочной характеристики от линейной менее 2% Другим недостатком этого канала является наличие собственного фонового тока в первичном преобразователе, обусловленного альфа активностью делящегося материала. Величина собственного фонового тока не позволяет измерять поток тепловых нейтронов плотностью ниже 1·10⁴ см^-2·c^-1 даже при использовании делящегося материала, обедненного по альфа активному нуклиду ²³⁴U. При этом отсутствует возможность перекрытия и сшивки линейных участков диапазонов измерения в режимах счета отдельных импульсов реакции и измерения электрического тока, что может повлечь ошибку в управлении ядерным реактором.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по большинству совпадающих признаков является устройство канала для измерения потока нейтронов, состоящего из первичного преобразователя, содержащего два нейтроночувствительных объема с электрически изолированными сигнальными электродами, на поверхность одного из которых нанесен делящийся материал с нуклидом ²³⁵U, а другого делящийся материал с нуклидом ²³⁹Pu, и электронный блок, содержащий два тракта усиления и измерения скорости счета импульсов реакции, входы которых соединены линией электрической связи с отдельными сигнальными электродами (см. например, Малышев Е.К. Засадыч Ю.Б. Стабровский С.А. Газонаполненные детекторы для контроля ядерных реакторов. М. Энергоатомиздат, 1991, с. 65-66).

Недостатком этого канала является ограничение загрузки тракта усиления и измерения скорости счета импульсов тока, обусловленное мертвым временем электронной аппаратуры и наложением импульсов.

Другим недостатком является необходимость учета температуры нейтронов и введения поправки для сшивки показаний из-за значительного различия в энергетических чувствительностях объемов в области энергии тепловых нейтронов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройстве канала для измерения потока нейтронов, состоящем из первичного преобразователя, содержащего два нейтроночувствительных объема с электрически изолированными сигнальными электродами, в одном из которых помещен материал с количеством ядер n₁, испускающих заряженные частицы в реакциях с нейтронами, и электронного блока, содержащего два тракта измерения скорости счета импульсов реакции, входы которых соединены линией электрической связи с отдельными сигнальными электродами, электронный блок дополнительно содержит тракт измерения электрического тока, а второй чувствительный объем преобразователя содержит материал с меньшим количеством n₂ тех же ядер, при этом c/D≅n₂/n₁= K₂/K₁≅δ·Q·D·N_minx/χ·I_b), где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; δ относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; D=N_max/N_min диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_min минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_max максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом чувствительном объеме; I_b собственный фоновый ток в первом чувствительном объеме; K₂/K₁ -отношение чувствительностей к нейтронам второго и первого объемов, в вход тракта измерения электрического тока соединен с сигнальным электродом первого чувствительного объема с количеством ядер n₁, или первичный преобразователь дополнительно содержит третий нейтроночувствительный объем, отношение a собственного фонового тока в котором к собственному фоновому току в первом чувствительном объеме меньше отношения b их чувствительностей к нейтронам, а второй чувствительный объем первичного преобразователя содержит материал с меньшим количеством n₂ тех же ядер, что и первый чувствительный объем, при этом c/D≅n₂/n₁= K₂/K₁≅β·δ·Q·D·N_min/(α·χ·I_b),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; δ относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; D N_max/N_min диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_min минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_max максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом чувствительном объеме; I_b собственный фоновый ток в первом чувствительном объеме; K₂/K₁ -отношение чувствительностей к нейтронам второго и первого объемов, а электронный блок дополнительно содержит тракт измерения электрического тока, вход которого соединен с сигнальным электродом третьего нейтроночувствительного объема, при этом второй чувствительный объем содержит две размещенные с противоположных сторон первого чувствительного объема секции с электрически изолированными сигнальными электродами, а канал измерения скорости счета импульсов реакции содержит дополнительный вход, соединенный с отдельным сигнальным электродом второго чувствительного объема.

Предложенное устройство удовлетворяет критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень" несмотря на известность некоторых использованных в нем признаков, так как совокупность изложенных признаков, взятая в новой взаимосвязи, позволяет увеличить точность и расширить линейный участок нагрузочной характеристики при заданном относительном отклонении d за счет установленного авторами соотношения между характеристиками первичного преобразователя, его конструктивными признаками и параметрами электронной аппаратуры.

Ниже изложен пример конкретного выполнения предложенного устройства канала для измерения потока нейтронов.

На фиг. 1 изображена схема выполнения канала с первичным преобразователем типа КНИ на основе блока из трех нейтроночувствительных объемов газонаполненных ионизационных камер (CM согласующий модуль, MAB модуль аналогового ввода, IBM PC персональный компьютер).

На фиг. 2 схема выполнения канала с первичным преобразователем типа КНИ на основе блока из двух нейтроночувствительных объемов газонаполненных ионизационных камер деления.

На фиг. 3 зависимости скорости счета импульсов деления ²³⁵U N в первом и втором чувствительных объемах, нормированные на минимальную загрузку тракта измерения скорости счета импульсов реакции N_min 1 c^-1, и тока от нейтронов I в первом и борсодержащем третьем чувствительных объемах, нормированных на величину тока от нейтронов I_min Q N_min при минимальной загрузке тракта измерения скорости счета импульсов реакции N_min в первом объеме с количеством ядер ²³⁵U n₁, от плотности потока тепловых нейтронов Ф.

На фиг. 4 диаграмма для определения интервала отношения n₂/n₁ (или K₂/K₁) в различных типах первичных преобразователей по величине отношения c/D при N_min 1 · c^-1, и таблицы, в которых:
таблица 1 представляет основные характеристики первичных преобразователей типов КНИ и КНУ;
таблица 2 представляет в единицах 1·10^-3 интервалы отношения n₂/n₁ (или K₂/K₁) в первичных преобразователях типов КНИ и КНУ для различных χ при D 1·10⁵ и N_min 1 c^-1.

Устройство канала для измерения потока нейтронов (фиг. 1, 2) состоит из первичного преобразователя 1, содержащего два нейтроночувствительных объема 2, 3 с различным числом n₁ и n₂ ядер ²³⁵U соответственно, и электронного блока 4, содержащего два тракта усиления и измерения скорости счета импульсов реакции деления 5, входы которых соединены линией электрической связи с отдельными сигнальными электродами первичного преобразователя, и по крайней мере один тракт усиления и измерения электрического тока 6, вход которого соединен с сигнальным электродом чувствительного объема 2 с большим количеством делящихся ядер n₁, или первичный преобразователь содержит третий нейтроночувствительный объем 7 с нуклидом ¹⁰B, отношение a собственного фонового тока в котором к собственному фоновому току в первом чувствительном объеме меньше отношения b их чувствительностей к нейтронам, а электронный блок 4 дополнительно содержит по крайней мере один тракт усиления и измерения электрического тока 6, вход которого соединен с сигнальным электродом первого чувствительного объема 2 и/или с сигнальным электродом третьего нейтроночувстительного объема 7.

В качестве первичных преобразователей могут быть использованы, например, блоки ионизационных камер типов КНУ и КНИ.

Блок КНУ (фиг. 1) 1 состоит из трех чувствительных объемов, 2, 3 и 7, установленных один за другим и сваренных между собой посредством переходных фланцев. Крайний объем содержит систему из трех электродов, размещенных в герметичном цилиндрическом корпусе внешним диаметром 50 и толщиной стенки 0,8 мм. Сигнальный электрод этой секции состоит из 44, а два других из 23 и 22 дисков диаметром 44 и толщиной около 0,36 мм, закрепленных на трех металлических рейках. Диски на периферии имеют вырезы для прокладки реек и выступы, которые заведены в отверстия несущих реек, загнуты и приварены к последним точечной электросваркой. Рейки изолированы от корпуса опорными изоляторами из высокоглиноземистой керамики марки ВК 100-2, установленными в специальные гнезда во фланцах. Отверстия в рейках расположены таким образом, что между соседними дисками разноименных электродов образуется зазор 1,6 мм и каждый диск сигнального электрода оказывается размещенным между двумя дисками двух других электродов, образующих с ним две секции. Одна из реек каждого электрода соединена токоведущим проводником с отдельным стандартным электровводом 8, изготовленным из спая корундовой керамики с коваром и вваренным в крышку этого объема. Поверхности дисков в одной из секций покрыты слоем борсодежащего материала 9 толщиной около 1 мг/см² и образуют третий объем 7 (ИК-3), чувствительный к нейтронам и g излучению. Другая секция не содержит нейтроночувствительного материала и служит для компенсации ионизационного тока от фонового g излучения в цепи сигнального электрода. Общая площадь покрытия борсодержащим материалом составляет 1100 см².

Второй объем блока содержит аналогичную сборку из трех электродов, каждый из которых состоит из одного диска, размещенного в корпусе того же диаметра и толщины стенки. Через отверстия во фланцах и опорных изоляторах рейки соединены токоведущими проводниками с электрическими вводами одноименных электродов крайнего чувствительного объема. Поверхность одного из дисков, соединенного с электродом секции, не содержащей борного покрытия, покрыта делящимся материалом 10 толщиной 1 мг/см² с количеством ядер ²³⁵U n₂/2 и образует с сигнальным электродом первую секцию второго объема 3 (ИК-2) с количеством ядер ²³⁵U n₂. Площадь делящегося покрытия в каждой секции равна 12,5 см².

Третий объем блока содержит установленные на фланцах последовательно первый нейтроночувствительный объем 2 (ИК-1) и вторую секцию второго нейтроночувствительного объема 3 (ИК-2), представляющие собой сборки из двух электродов, размещенных в корпусе того же диаметра и толщины стенки. Сигнальные электроды этих сборок набраны соответственно из 26 и 13 дисков, установленных между 27 и 14 дисками второго электрода. Обращенные одна к другой поверхности дисков первого чувствительного объема 2 покрыты слоем 11 U₃O₈ 90% -го обогащения по массе ²³⁵U толщиной 1 мг/см². Общая площадь покрытия в этом нейтроночувствительном объеме составляет 1300 см², а количество ядер ²³⁵U равно n₁. Во второй секции второго нейтроночувствительного объема 3 аналогичное, как в первой секции, покрытие изготовлено на поверхности крайнего диска 12. При этом геометрический центр чувствительного объема 2 приблизительно совпадает с центром чувствительного объема 3, что позволяет снизить влияние анизотропии потока нейтронов на соотношение показаний объемов 2 и 3. Через отверстие во фланце и опорном изоляторе рейка электродов второй секции чувствительного объема 3 соединена токоведущим проводником с рейкой первой секции и с электрическим вводом не содержащей борного покрытия секции крайнего чувствительного объема. Токоведущий проводник изолирован керамической трубкой, проложенной внутри экранирующей металлической трубки, закрепленной в вырезе дисков электродной системы нейтроночувствительного объема 2 с количеством ядер ²³⁵U n₁. Одна из реек каждого электрода второй секции второго нейтроночувствительного объема 3 соединена токоведущими проводниками с отдельным стандартным электровводом 13, изготовленным из спая корундовой керамики с коваром и вваренным в крышку корпуса. Через отверстие во фланце и опорном изоляторе рейка второго электрода первого нейтроночувствительного объема 2 соединена токоведущим проводником с рейкой первой секции чувствительного объема 3 и с электрическим вводом второго электрода борсодержащей секции третьего чувствительного объема 7. Одна из реек каждого электрода объема 2 соединена проводниками с отдельным стандартным электровводом, вваренным в крышку корпуса. Токоведущие проводники так же изолированы керамическими трубками, проложенными внутри экранирующих металлических трубок, закрепленных в вырезах дисков электродной системы второй секции второго нейтроночувствительного объема 3. Сигнальные электроды борсодержащего объема 7 и первой секции объема 3 соединены с отдельным стандартным электровводом, вваренным в крышку корпуса. Токоведущий проводник также изолирован и проложен внутри экранирующих металлических трубок, закрепленных последовательно в вырезах дисков электродной системы объема 2 с количеством ядер ²³⁵U n₁ и второй секции объема 3.

Блок КНИ (фиг. 2) 1 состоит из размещенных в герметичном цилиндрическом корпусе внешним диаметром 42 и толщиной стенки 0,5 мм трех модулей, установленных один за другим. Каждый модуль представляет собой систему из десяти цилиндрических электродов диаметром 8 и 12, длиной 200, толщиной 0,3 и 0,2 мм соответственно. Противоположные концы электродов снабжены соответственно двумя и шестью штырями диаметром 1 мм, которые при сборке заводят в отверстия опорных изоляторов, изготовленных из высокоглиноземистой керамики в виде трубки длиной 10 мм с выступом диаметром 5 и толщиной 2 мм в средней части. Выступы закреплены в сваренных из двух пластин диаметром 40 и толщиной 0,5 мм фланцах с отверстиями диаметром 3,9 мм для прокладки изоляторов. Отверстия расположены в вершинах правильных десяти- и двух пятиугольников на расстояниях около 17, 12 и 6 мм от центра пластины. При этом каждый электрод диаметром 8 мм оказывается размещенным коаксиально внутри электрода диаметром 12 мм, а между поверхностями внешних электродов образуется зазор около 2 мм. Расстояние между разноименными электродами около 1,7 мм. Фланцы каждого модуля скреплены металлической трубкой толщиной стенки 1 мм, вваренной в отверстиях диаметром 3,9 мм в центре пластин. Соседние модули установлены соосно на расстоянии около 17 мм и скреплены пятью прямоугольными пластинами, вваренными в вырезы по периферии фланцев. Аналогично закреплены торцевой фланец сборки и дно корпуса. Пластины снабжены пружинными амортизаторами, обеспечивающими электрический контакт со стенкой корпуса. В торцевой части первого модуля четыре пары одноименных электродов соединены параллельно токоведущими проводниками. Через отверстия в опорных изоляторах соосные одноименные электроды соседних модулей соединены между собой токоведущими проводниками и образуют электродные системы первого (ИК-1) 2 и второго (ИК-2) 3 чувствительных объемов с восемью и двумя аксиальными электродами в каждом модуле. Один из штырьков в торцевой части крайнего модуля соединен через отверстия в опорном изоляторе, закрепленном в торцевом фланце, электрически соединен с отдельным стандартным электовводом 13, изготовленным из спая корундовой керамики с коваром и вваренным в крышку корпуса. Обращенные одна к другой поверхности разноименных электродов в первом чувствительного объема 2 покрыты слоем 11 U₃O₈ 90%-го обогащения по массе ²³⁵U толщиной 1 мг/см². Общая площадь покрытия в этом нейтроночувствительном объеме около 1450 см², а количество ядер ²³⁵U равно n₁. Обращенные одна к другой поверхности разноименных электродов во втором чувствительном объеме 3 покрыты материалом 10 толщиной 1 мг/см² с количеством ядер ²³⁵U n₂. Площадь покрытия в этом нейтроночувствительном объеме около 360 см².

За исключением узлов электрических вводов все металлические детали блоков изготовлены из нержавеющей стали аустенитного класса. После обезгаживающего отжига в вакуумной печи при Т 750 К ИК-3 блока КНУ-5 заполнили смесью гелия с аргоном до давления 0,4 МПа. Парциальное давление аргона составило 0,06 МПа. ИК-3 блока КНУ-3, ИК-1, -2 блоков КНУ-3, -5 и КНИ смесью азота и гелия с аргоном до давления 0,13, 0,45 и 0,5 МПа соответственно. Парциальное давление азота и гелия одинаковое и соответственно равно 3, 9 и 10 кПа. При температуре 300 K сопротивление электрических вводов не ниже 1·10¹¹ Ом. Основные характеристики первичных преобразователей типов КНИ и КНУ приведены в табл. 1.

Электронный блок (фиг. 1, 2) 4 состоит из входного, согласующего модулей, модуля ввода-вывода (СМ-МАВ) и персонального компьютера (IBM PC).

Входной модуль предназначен для преобразования токового сигнала в напряжение, усиления, фильтрации, подавления синфазных помех и согласования сигнала "старт" со входом модуля аналогового ввода. Модуль содержит:
программируемый преобразователь ток-напряжение;
программируемый усилитель электрического тока (А) 6;
дифференциальный усилитель импульсов тока (ДУ);
пересчетный прибор (ПП) 5;
фильтр нижних частот;
формирователь синхросигнала "старт".

Основные характеристики модуля:
входная чувствительность 2 нА
динамический диапазон 120 дБ
количество ступеней коэффициента преобразования 4
количество ступеней коэффициента усиления 64
частота среза фильтра нижних частот 4 кГц
максимальная скорость счета импульсов, N_max 10⁵ Гц
диапазон скорости счета импульсов, D 10⁵
амплитуда входного синхросигнала (-15 O B)
Напряжение питания модуля +24, -24 и +5 B. Модуль изготовлен в стандарте САМАС.

Модуль ввода-вывода предназначен для преобразования измеряемого сигнала в цифровой код, ввода его в компьютер, а также для управления входным модулем. Модуль содержит аналогово-цифровой преобразователь и параллельный интерфейс.

Основные характеристики аналогово-цифрового преобразователя (АЦП):
количество входных каналов 8;
количество разрядов АЦП 10;
режимы работы АЦП (0-10 B), (-5 +5 B);
время преобразования АЦП менее 30 мкс;
погрешность преобразования АЦП 0,25%
режимы считывания программный, DMA.

Предусмотрена работа АЦП в режиме фиксированного входного канала или в режиме сканирования по каналам.

Параллельный интерфейс содержит 11 линий вывода и 2 линии ввода. Тип интерфейса TTL.

Модуль изготовлен в стандарте электроники IBM PC/XT/AT и установлен в одном из разъемов расширения системного блока персонального компьютера.

Погрешность определения скорости счета импульсов деления носит статистический характер, а погрешность измерения электрического тока I обусловлена, главным образом, флуктуациями тока от тепловых нейтронов, собственного фонового тока детектора I_b, который в камере деления связан в основном с a активностью делящегося материала и остаточной радиоактивностью продуктов деления, тока от фонового g излучения I_γ шумами измерительного тракта и шумами, возникающими при преобразовании аналогового сигнала в цифровой код. Суммарная дисперсия статистических шумов измеряемого тока оценивается соотношением

где Δf полоса пропускания аналогового фильтра, установленного в цепи измерительной электроники; m -число усреднений; n разрядность аналогово-цифрового преобразователя (АЦП); Q_α≈ 1,4·10^-14 средний заряд, протекающий в чувствительном объеме камеры деления на 1 a-частицу, Кл; Q_γ≈ 2·10^-17 средний заряд, протекающий в чувствительном объеме камеры на 1 фотон, КЛ; I_m - максимальный ток камеры; ν² интенсивность флуктуационной помехи измерительного тракта; G_E импульсная характеристика измерительной аппаратуры. При включении оптимальной фильтрации и усреднения многократных измерений потока тепловых нейтронов относительная среднеквадратическая погрешность уменьшается до 500 раз. Шумы дискретизации в режиме работы электронной аппаратуры с переменным коэффициентом усиления не превышают 1%
Программное обеспечение построено по принципу разветвленного меню, работающего под MS DOS, и состоит из измерительной и обрабатывающей программы.

Измерительная программа реализована на языке Turbo Pascal и включает в себя весь комплекс процедур нижнего уровня, работающих с электронной аппаратурой и организующих измерения и накопление данных. Программа позволяет автоматически включать или отключать фильтр нижних частот, оптимально устанавливать период дискретизации АЙП от 30 мкс до 35 мс, период и число отсчетов в одном измерении, диапазон входного сигнала до 2, 20, 200 или 2000 мкА, число циклов измерения, в том числе с усреднением, нормировкой и графической визуализацией данных, записью в конфигурационный файл для последующего восстановления результатов и условий измерения. При этом программа предусматривает возможность оптимального выбора и автоматического переключения коэффициента усиления по ступеням от 1 до 64 в каждом диапазоне.

Обрабатывающая программа реализована на языке FORTRAN77 и включает процедуры обработки результатов измерения. Конечным результатом обработки данных является определение плотности потока нейтронов, мощности реактора, коэффициента реактивности и других параметров реактора.

Взаимодействие измерительной и обрабатывающей программы осуществляется на уровне файлов данных.

Устройство работает следующим образом. При создании внешними источниками питания (ИП) напряжения 200 400 В на электродах электрические сигналы, вырабатываемые под воздействием нейтронов в чувствительных объемах 1, 2, 3 первичного преобразователя 1, поступают в электронный блок 4, синхронизированный сигналом "старт" с системой управления реактором. Массив измеренных значений записывается в оперативную память компьютера и в конце измерения на диск для детальной обработки.

На фиг. 3 показаны зависимости скорости счета импульсов деления ²³⁵U N в ИК-1 14 и ИК-2 15, нормированные на минимальную загрузку тракта измерения скорости счета импульсов реакции N_min 1 c^-1, и тока от нейтронов I в ИК-1 16 и ИК-3 17 чувствительных объемах первичного преобразователя на основе блока ионизационных камер типа КНУ-3 от плотности потока тепловых нейтронов F Для удобства значения I нормирования на величину тока от нейтронов I_min Q N_min, где Q средний заряд, образующийся в одной реакции деления ²³⁵U в чувствительном объеме ИК-1. Видно, что в линейном диапазоне D N_max/N_min, где N_max - максимальная загрузка тракта, скорость счета импульсов деления в ИК-1 и ИК-2 ограничена при плотности потока тепловых нейтронов F₁= N_max/K₁ и Φ₄= N_max/K₂ соответственно, где K₁, K₂ чувствительности ИК-1 и ИК-2 в режиме измерения скорости счета импульсов деления при нулевом уровне дискриминации. В режиме измерения электрического тока вклад собственного фонового тока ИК-1 I_b обусловливает отклонение нагрузочной характеристики от линейной при низкой плотности потока нейтронов. Относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной δ ≪ 1 связано с плотностью потока нейтронов Φ₃ соотношением δ·Q·K₁·Φ₃= I_b.
Если линейный участок нагрузочной характеристики ИК-2 в режиме измерения скорости счета импульсов деления перекрывает интервал плотности потока нейтронов от Φ₁ до Φ₃ между линейными участками нагрузочной характеристики ИК-1 в счетном и токовом режимах, то можно записать соотношение χ/D≅Φ₁/Φ₄≅Φ₁/χΦ₃ из которого следует
χ/D≅K₂/K₁≅δ·Q·D·N_min/(χ·I_b), (1)
где χ коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов деления и измерения электрического тока. Когда фактор ослабления нейтронного потока стенкой корпуса и электродными системами ИК-1 и ИК-2 одинаковый, выражение (1) приобретает вид
c/D≅n₂/n₁≅δ·Q·D·N_min/(χ·I_b). (2)
Максимальное значение каппы достигается, когда χ/D = δ·Q·D·N_min/(χ·I_b).
Отсюда
При плотности потока тепловых нейтронов 3·10⁹ см²·c^-1 и напряжения питания 400 В нагрузочная характеристика ИК-1 отклоняется от линейной из-за ограничения электрического тока объемным зарядом в межэлектродном промежутке. Когда в третьем борсодержащем объеме ИК-3 отношение α = I_b1/I_b собственного фонового тока к собственному фоновому току в ИК-1 меньше отношения β их чувствительностей к нейтроном, минимальное значение плотности потока нейтронов F₂= α·I_b/(δ·β·Q·K₁) при которой вклад I_b1 в сигнал от нейтронов не превышает δ меньше F₃ Если использовать ИК-3 вместо ИК-1 в режиме изменения тока, то аналогично (1) и (2) получим

где Ограничение тока объемным зарядом в борсодержащем чувствительном объеме проявляется при плотности потока нейтронов 1·10¹¹ см^-2·c^-1. В табл. 2 представлены интервалы отношения n₂/n₁ (или K₂/K₁) в первичных преобразователях различных типов, рассчитанные в единицах 1·10^-3 соответственно по формулам (1), (2) и (3), (4) для различных χ при D 1·10⁵ и N_min 1 c^-1. Видно, что максимальное значение c достигается в первичных преобразователях типа КНУ. При K_min 1 c^-1 интервал отношения n₂/n₁ (или K₂/K₁) удобно определять по величине отношения c/D с помощью диаграммы, показанной на фиг. 4 для первичных преобразователей на основе блока газонаполненных ионизационных камер типов КНИ 18, КНУ-3 19 и КНУ-5 20.

Таким образом, предложенное устройство с первичным преобразователем на основе блока ионизационных камер типов КНИ или КНУ и IBM-совместимого персонального компьютера, снабженного установленной в нем электронной платой или автономным блоком, имеющим интерфейс, соединенный с одним из входов расширения памяти компьютера, позволяет измерять плотность потока тепловых нейтронов в интервале от 0,6 до 2·10⁹ или от 0,8 до 1·10¹¹ см^-2· c^-1 соответственно с погрешностью не более 3% при перекрытии линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов деления и электрического тока до 30 или до 140 отн. ед. и относительном отклонении нагрузочной характеристики от линейной не более 2%

Формула изобретения

1. Устройство канала для измерения потока нейтронов, состоящее из первичного преобразователя, содержашего два нейтроночувствительных объема (НЧО) с электрически изолированными сигнальными электродами, в одном из которых помещен материал с количеством ядер n₁, испускающих заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электронный блок, содержащий два тракта измерения скорости счета импульсов реакции, входы которых соединены линией электрической связи с отдельными сигнальными электродами, отличающееся тем, что электронный блок дополнительно содержит тракт измерения электрического тока, а второй НЧО первичного преобразователя содержит материал с меньшим количеством n₂ тех же ядер, при этом
χ/D≅n₂/n₁= K₂/K₁≅δ·Q·D·N_min/(χ·I_b),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока;
δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной;
D N_max / N_min диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
N_min минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
N_max максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом НЧО;
I_b собственный фоновый ток в первом НЧО;
К₂ / К₁ отношение чувствительностей к нейтронам второго и первого НЧО,
а вход тракта измерения электрического тока соединен с сигнальным электродом первого НЧО с количеством ядер n₁.

2. Устройство канала для измерения потока нейтронов, состоящее из первичного преобразователя, содержащего два нейтроночувствительных объема с электрически изолированными сигнальными электродами, в одном из которых помещен материал с количеством ядер n₁, испускающих заряженные частицы в реакциях с нейтронами, и электронный блок, содержащий два тракта измерения скорости счета импульсов реакции, входы которых соединены линией электрической связи с отдельными сигнальными электродами, отличающееся тем, что первичный преобразователь дополнительно содержит третий нейтроночувствительный объем, отношение α собственного фонового тока в котором к собственному фоновому току в первом НЧО меньше отношения b их чувствительностей к нейтронам, а второй НЧО первичного преобразователя содержит материал с меньшим количеством n₂ тех же ядер, что и первый НЧО, при этом
c/D≅n₂/n₁= K₂/K₁≅β·δ·Q·D·N_min/(α·χ·I_b),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока;
δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной;
D N_max / N_min диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
N_min минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
N_max максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом НЧО;
I_b собственный фоновый ток в первом чувствительном объеме;
К₂ / К₁ отношение чувствительностей к нейтронам второго и первого НЧО,
а электронный блок дополнительно содержит тракт измерения электрического тока, вход которого соединен с сигнальным электродом третьего нейтроночувствительного объема.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что второй чувствительный объем содержит две размещенные с противоположных сторон первого НЧО секции с электрически изолированными сигнальными электродами, а канал измерения скорости счета импульсов реакции содержит дополнительный вход, соединенный с отдельным сигнальным электродом второго НЧО.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт технологии материалов"

(73) Патентообладатель:
Автономная некоммерческая организация "Научно-исследовательский институт технологии материалов"

(73) Патентообладатель:
Чукляев Сергей Васильевич

Договор № РД0016759 зарегистрирован 19.01.2007

Извещение опубликовано: 27.02.2007        БИ: 06/2007

---