Блок детекторов для измерения потока нейтронов

 

Изобретение может быть использовано для измерения потока нейтронов в системе управления и защиты ядерного реактора, критической сборки и других источников нейтронов. Блок 1 содержит два нейтроночувствительных объема 2 и 3 с электрически изолированными сигнальными электродами 4 и 5 соответственно. Первый нейтроночувствительный объем 2 содержит нуклид ¹⁰В 6, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами. Его сигнальный электрод 4 предназначен для соединения посредством линии электрической связи 7 со входом тракта измерения электрического тока 8. При этом первый нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных нейтроночувствительных объемов. Второй нейтроночувствительный объем 3 содержит слой делящегося материала 9 с определенной чувствительностью. Сигнальный электрод этого чувствительного объема 5 предназначен для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции 10. При этом этот нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных нейтроночувствительных объемов. Устройство позволяет упростить конструкцию блока ионизационных камер, узла детекторов, измерительного канала в целом и применять для измерения плотности потока тепловых нейтронов в интервале от 1,0 до 5 · 10¹¹ см^-2 · с^-1 при относительном отклонении нагрузочной характеристики от линейной 2 - 3,5%. 1 c. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области технической физики, а точнее - к области регистрации нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в процессе изготовления блоков, узлов, каналов для измерения потока нейтронов на основе ионизационной камеры и счетчика, применении в системе управления и защиты ядерного реактора, критической сборки и других источников нейтронов.

Известна скомпенсированная по току от фонового γ-излучения газонаполненная ионизационная камера типа КНК, содержащая нейтроночувствительный объем, в который помещен борный радиатор в твердой или газовой фазе, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи с трактом измерения электрического тока (см., например, Чукляев С. В., Грудский М.Я., Артемьев В.А. Вторично-эмиссионные детекторы ионизирующих излучений. М., Энергоатомиздат, 1995, с. 178-182).

Работа этого детектора основана на преобразовании потока нейтронов в электрический ток, возникающий в чувствительном объеме под воздействием продуктов реакции нуклида ¹⁰B с нейтронами.

Недостатком этого детектора является наличие собственного фонового тока, значение которого вносит нелинейный вклад в сигнал от нейтронов и практически не позволяет измерить ток от нейтронов с погрешностью менее 2% при плотности потока тепловых нейтронов ниже 3·10³ см^-2·с^-1. На фоне сопутствующего γ-излучения нижняя граница фонового тока может возрастать на один - два десятичных порядка.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по большинству сходных признаков является блок ионизационных камер типа КНУ, содержащий два нейтроночувствительных объема, один из которых содержит нуклид ¹⁰B, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи с трактом измерения электрического тока, а второй нейтроночувствительный объем содержит электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения с трактом измерения скорости счета импульсов реакции (см. Чукляев С.В., Пепелышев Ю.Н., Уваров Н.А. и др. Блоки ионизационных камер для измерения потока нейтронов в реакторах. Приборы и техника эксперимента, 1997, N 3, с. 14-23).

Недостатком этого блока является высокое значение собственного фонового тока в борсодержащем объеме, обусловленное вкладом дополнительного объема, содержащего делящийся материал, что обусловливает необходимость применения дополнительного тракта измерения скорости счета импульсов реакции.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в блоке детекторов для измерения потока нейтронов, содержащем два нейтроночувствительных объема, первый из которых содержит нуклид, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи со входом тракта измерения электрического тока, а второй нейтроночувствительный объем содержит электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции, второй нейтроночувствительный объем содержит испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами радиатор, чувствительность K которого δ·K₁·N_min/I_b1 ≅ K = K₂ ≅ δ²·K₁/(I_b1·χ·τ), где 1 < χ < D - коэффициент перекрытия линейных участков нагрузочной характеристики в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; D = N_max/N_min = δ/N_min·τ - диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_max - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_min - минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; τ - средняя длительность импульса тока, возникающего во втором нейтроночувствительном объеме в реакции с нейтронами; δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; K₁ - токовая чувствительность первого нейтроночувствительного объема; I_b1 - собственный фоновый ток в первом нейтроночувствительном объеме; K₂ - максимальная чувствительность к нейтронам второго нейтроночувствительного объема, при этом отношение собственного фонового тока во втором нейтроночувствительном объеме к фоновому току в первом нейтроночувствительном объеме больше отношения их токовых чувствительностей к нейтронам Q·K₂/K₁ не более, чем в D₁/ χ раз, где Q - средний заряд, возникающий во втором нейтроночувствительном объеме на одну реакцию, сопровождающуюся вылетом заряженных частиц из нейтроночувствительного радиатора; D₁ - относительный диапазон линейности нагрузочной характеристики первого нейтроночувствительного объема, при этом первый нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных чувствительных объемов, второй нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных чувствительных объемов, к тому же K₂ ≥ K₁/Q, при этом значение I_b1 < δ·DQ·N_min = δ²·Q/τ. Предложенное устройство удовлетворяет критерию изобретения "новизна" и "изобретательский уровень" несмотря на известность некоторых использованных признаков, так как совокупность изложенных признаков, взятая в новой взаимосвязи, позволяет упростить конструкцию блока и сохранить линейный участок нагрузочной характеристики при заданном относительном отклонении δ за счет установленных соотношений между характеристиками конструкции, физическими свойствами и характеристиками используемых в ней материалов.

Ниже изложен пример конкретного выполнения устройства со ссылками на прилагаемые чертежи и таблицы.

Фиг. 1 изображает схему блока детекторов и электрическую схему его включения (СМ - согласующий модуль, ДУ - дифференциальный усилитель импульсов; ПП - пересчетный прибор; А - измеритель электрического тока; ИП1, ИП2, ИП3 - источники электрического напряжения питания).

Фиг. 2 изображает схему блока ионизационных камер.

Фиг. 3 изображает схему блока детекторов с электрически соединенными высоковольтными электродами чувствительных объемов и электрическую схему его включения (СМ - согласующий модуль; ДУ - дифференциальный усилитель импульсов; ПП - пересчетный прибор; А - измеритель электрического тока; ИП1, ИП2 - источники электрического напряжения питания).

Фиг. 4 изображает зависимости скорости счета N импульсов деления ²³⁵U во втором нейтроночувствительном объеме, нормированной на минимальную загрузку тракта измерения скорости счета импульсов реакции N_min, и тока от нейтронов I в первом и втором нейтроночувствительных объемах, нормированного на величину тока I_min = Q·N_min, от плотности потока тепловых нейтронов Ф_n, нормированной на плотность потока Ф₁ при минимальной загрузке тракта измерения скорости счета импульсов реакции во втором нейтроночувствительном объеме.

Фиг. 5 изображает диаграмму для определения интервала отношения чувствительностей к тепловым нейтронам второго и первого чувствительных объемов в различных модификациях блока по величине отношения χ /D при N_min = 1 с^-1.

Табл. 1 представляет среднюю длину пробегов легких и тяжелых продуктов деления ²³⁵U в радиаторах из различных материалов.

Табл. 2 представляет основные характеристики модификаций блока газонаполненных ионизационных камер.

Табл. 3 представляет интервалы отношения токовых чувствительностей к нейтронам второго и первого чувствительных объемов для различных модификаций блока детекторов и различных χ при D = 10⁵ и N_min = 1 с^-1.

Блок детекторов (фиг. 1) 1 содержит два нейтроночувствительных объема 2 и 3 с электрически изолированными сигнальными электродами 4 и 5 соответственно. Первый нейтроночувствительный объем 2 содержит нуклид ¹⁰В 6, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами. Сигнальный электрод 4 этого чувствительного объема предназначен для соединения посредством линии электрической связи 7 со входом тракта измерения электрического тока 8. Второй нейтроночувствительный объем 3 содержит радиатор 9 в виде слоя делящегося материала, чувствительность которого K определяется соотношением K = S·N_A·ζ·ρ·d·η·σ/A, где S - площадь слоя нейтроночувствительного материала во втором нейтроночувствительном объеме; N_A - число Авогадро; ζ - относительное количество массы нейтроночувствительного нуклида в нейтроночувствительном материале; ρ - плотность нейтроночувствительного материала; d - толщина слоя нейтроночувствительного материала; η - среднее количество заряженных частиц, вылетающих из слоя нейтроночувствительного материала на одну реакцию; σ - среднее сечение реакции нуклида с нейтронами; A - атомная масса нейтроночувствительного нуклида, и тождественно равна максимальной чувствительности к нейтронам K₂ этого объема в режиме измерения скорости счета импульсов реакции. Сигнальный электрод этого чувствительного объема 5 предназначен для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции 10.

Например, для слоя делящегося материала толщиной, не превышающей среднюю длину пробегов тяжелых продуктов деления, значение η вычисляют по формуле

где R_m1, R_m2 - средняя длина пробегов легких и тяжелых продуктов деления соответственно. Значения R_m1 и R_m2 продуктов деления ²³⁵U в различных материалах приведены в табл. 1.

В качестве блока детекторов может быть применен набор газонаполненных ионизационных камер, содержащих нуклид ¹⁰В и делящийся материал, например камер типов КНК, КНТ. Наиболее удобен в эксплуатации блок газонаполненных детекторов.

Блок (фиг. 2) состоит из двух чувствительных объемов 2 и 3, установленных, например, один за другим и сваренных между собой, посредством переходного фланца 11. Первый объем 2 собран из двух частей, установленных одна за другой. Каждая часть содержит систему из трех электродов 12, размещенных в цилиндрическом корпусе 13 внешним диаметром 50 и толщиной стенки 0,8 мм. Один из электродов в каждой части набран из 44, а два других - из 22 и 23 дисков диаметром 44 и толщиной около 0,36 мм, закрепленных на трех металлических стойках 14. Стойки изолированы от корпуса опорными изоляторами 15 из высокоглиноземистой керамики. Каждый диск одного электрода, который принято называть сигнальным, размещен между дисками двух других высоковольтных электродов, образующих с сигнальным электродом две секции. Расстояние между соседними дисками разноименных электродов 1,6 мм. Через отверстия в переходном фланце 16 и опорных изоляторах стойки одноименных электродов обеих частей соединены между собой токоведущими проводниками 17, а одна из стоек каждого электрода одной из частей электрически соединена с отдельным электрическим вводом 18, изготовленным из спая корундовой керамики с коваром и вваренным в крышку корпуса этого объема 11. Поверхности дисков в одной из секций покрыты слоем материала толщиной (ρ·d) около 1 мг/см², содержащего нуклид ¹⁰B. Эта секция чувствительна к нейтронам и γ-излучению. Другая секция не содержит нейтроночувствительного материала и служит для компенсации ионизационных токов от фонового γ-излучения в цепи сигнального электрода. Для покрытия электродов может использоваться бор аморфный с природным содержанием нуклида ¹⁰В, продукт 80-95%-ного обогащения по ¹⁰В. Общая площадь покрытия составляет 0,22 м². В качестве первого чувствительного объема могут использоваться скомпенсированные по току от фонового γ-излучения конструкции ионизационной камеры, содержащие ¹⁰BF₃ в газовой фазе или ³He.

Второй объем 3 представляет сборку из двух электродов 19, собранных из 53-х аналогичных дисков, закрепленных на стойках 14. Диски на периферии имеют вырезы для прокладки стоек и выступы, которые при сборке электродной системы заводят в отверстия несущих стоек, загибают и приваривают к последним точечной электросваркой. Стойки изолированы от корпуса опорными изоляторами 15 из высокоглиноземистой керамики, установленными в специальные гнезда во фланцах. Отверстия в стойках расположены таким образом, что между дисками разноименных электродов образуется зазор 1,6 мм, а каждый диск сигнального электрода оказывается размещенным между двумя дисками другого электрода, на который подают электрическое напряжения питания. Обращенные одна к другой поверхности дисков этого чувствительного объема покрыты слоем U₃O₈ 90% нуклида ²³⁵U толщиной около 1 г/см² Общая площадь покрытия 0,13 м². Через отверстие во фланцах и опорных изоляторах одна из стоек каждого электрода соединена токоведущими проводниками 17 с отдельным металлокерамическим электрическим вводом 18, установленным в крышке корпуса блока 20.

Токоведущие проводники первого объема изолированы керамической трубкой 21, проложенной внутри металлической трубки, установленной в вырезе дисков электродной системы второго чувствительного объема и закрепленной на опорных фланцах, и соединены с отдельными электрическими вводами блока 18.

Сборка может быть произведена в аксиально-цилиндрической системе электродов, в которой удобно расположить один чувствительный объем внутри другого, или последовательным размещением чувствительных объемов, сигнальные электроды которых соответственно соединены с сигнальными электродами первого и второго нейтроночувствительных объемов.

За исключением узлов электрических вводов и опорных изоляторов все металлические детали изготовлены из нержавеющей стали аустенитного класса. Первый объем заполнен аргоном до давления 60 кПа и гелием-4. Суммарное давление смеси инертных газов 0,4 МПа. Второй объем заполнен смесью азота, гелия и аргона до давления 0,45 МПа. Парциальное давление азота и гелия одинаковое и равно 9 кПа. Основные характеристики модификаций блока ионизационных камер, условно обозначенных M1, M2, M3 и M4, приведены в табл. 2.

Возможно уменьшить количество электрических вводов 18, установленных в крышке корпуса блока 20, и количество источников электрического напряжения питания путем соединения электрического ввода 18 высоковольтного электрода первого объема с одной из металлических стоек высоковольтного электрода второго чувствительного объема (фиг. 3). Однако, при этом в тракте измерения скорости счета импульсов возникает дополнительный источник шумов, обусловленный флуктуациями тока в секции первого чувствительного объема под облучением.

Блок ионизационных камер заключают в цилиндрический электромагнитный экран из стали-20, покрытой медной фольгой, и размещают внутри герметичного корпуса подвески 22. Экран, как правило, изолируют от корпуса подвески. В терминологии ГОСТ 27445-87 "Системы контроля нейтронного потока для управления и защиты ядерных реакторов. Общие технические требования" подвеска, содержащая ионизационную камеру (детектор, блок детекторов) и кабельную вставку, называется узлом детектора.

Узел детектора помещают в канал реактора или иного источника нейтронов и соединяют со входами электронного блока 23. При этом сигнальный электрод первого чувствительного объема соединяют со входом тракта измерения электрического тока 8, а сигнальный электрод второго чувствительного объема - со входом тракта измерения скорости счета импульсов 10.

Электронный блок 23 состоит из входного и согласующего модулей, модуля ввода-вывода и персонального компьютера 24.

Входной модуль предназначен для преобразования токового сигнала в электрическое напряжение, усиления, фильтрации и подавления синфазных помех. Модуль содержит преобразователь тока в напряжение; усилитель электрического тока; измеритель электрического тока (А); дифференциальный усилитель импульсов (ДУ); пересчетный прибор с таймером /интенсиметр/ (ПП); фильтр нижних частот.

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
Диапазон частотной характеристики - Выше 1·10⁷ Гц
Максимальная скорость счета импульсов деления, N_max - 1·10⁵ c^-1
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 - 10
Время преобразования - Менее 30 мкс
Погрешность преобразования - 0,25%
Режим считывания - Программный, DMA
Предусмотрена работа АЦП в режиме фиксированного входного канала или в режиме сканирования по каналам.

Параллельный интерфейс типа TTL содержит 11 линий вывода и 2 линии ввода. Модуль установлен в одном из разъемов расширения системного блока компьютера.

Погрешность определения скорости счета импульсов деления носит статистический характер. При относительном отклонении δ ≪ 1 нагрузочной характеристики от линейной вероятность просчетов импульсов p оценивается по формуле p = N₀·τ₀, где N₀ - поток продуктов реакции из слоя делящегося материала или загрузка тракта измерения скорости импульсов; τ₀ - суммарное время восстановления измерительной схемы, включая среднюю длительность импульсов тока τ, возникающих во втором нейтроночувствительном объеме при делении нуклида под воздействием нейтронов. Отсюда следует, что при условии p ≡ δ = 0,02 и τ₀ ≥ τ = 200 нс, максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов N_max = δ/τ = 1·10⁵ c^-1. Минимальная загрузка тракта N_min связана интенсивностью собственных фоновых импульсов второго чувствительного объема N_ф ≅ N_min (см. табл. 2).

Погрешность измерения электрического тока I обусловлена, главным образом, флуктуациями тока от тепловых нейтронов, тока от фонового γ-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; m - число усреднений; n - разрядность АЦП; Q_α ≈ 1·10^-14 - средний заряд, протекающий в первом чувствительном объеме на 1 α-частицу, Кл; Q_γ ≈ 1·10^-17 - средний заряд, протекающий в чувствительном объеме на 1 фотон, Кл; I_max - максимальный ток нейтроночувствительного объема; ν² - интенсивность флуктуационной помехи измерительного тракта; G_E - импульсная характеристика измерительной аппаратуры.

При включении оптимальной фильтрации и усреднения результатов многократных измерений потока тепловых нейтронов относительная среднеквадратическая погрешность уменьшается до 500 раз. Шумы дискретизации в режиме работы электронной аппаратуры с переменным коэффициентом усиления не превышает 1%.

Программное обеспечение построено по принципу разветвленного меню, работающего под MS DOS, и состоит из измерительной и обрабатывающей программ.

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 подключать или отключать фильтр нижних частот, оптимально устанавливать период дискретизации АЦП 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 процедуру обработки результатов измерения. Конечным результатом обработки данных является определение плотности потока нейтронов, мощности, коэффициента реактивности и других параметров реактора.

Взаимодействие измерительной и обрабатывающей программ осуществляется на уровне файлов данных.

Устройство работает следующим образом.

При создании внешними источниками (ИП1, ИП2, ИП3) электрических напряжений питания электрические сигналы, вырабатываемые под воздействием нейтронов в первом (ИК-1) 2 и втором (ИК-2) 3 чувствительных объемах блока ионизационных камер 1, поступают в электронный блок 22. Массив измеренных значений скорости счета импульсов деления в ИК-2 и электрического тока в ИК-1 записывается в оперативную память компьютера 22 и в конце измерения - на диск для детальной обработки.

На фиг. 4 показаны зависимости скорости счета N импульсов деления ²³⁵U 25 в ИК-2, нормированной на минимальную загрузку тракта измерения скорости счета импульсов реакции N_min, и тока от нейтронов I 26 в ИК-1 с различной чувствительностью от плотности потока тепловых нейтронов Ф_n, нормированной на плотность потока Ф₁ при минимальной загрузке тракта измерения скорости счета импульсов реакции в ИК-2. Здесь же нанесена зависимость тока от нейтронов 27 в ИК-2. Для удобства значения I нормированы на величину тока I_min = Q·N_min, где Q - средний заряд, возникающий в ИК-2 на один осколок, вылетающий из слоя делящегося материала. Видно, что в линейном диапазоне D = N_max/N_min = δ/N_min·τ, где N_max - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; τ - средняя длительность импульса тока, возникающего во втором нейтроночувствительном объеме в одной реакции деления, скорость счета импульсов деления в ИК-2 ограничена при плотности потока нейтронов Ф₃ = N_max/K₂, где K₂ - максимальная чувствительность к нейтронам ИК-2 в режиме измерения скорости счета импульсов деления. В режиме измерения электрического тока вклад собственного фонового тока I_b1 обусловливает отклонение нагрузочной характеристики ИК-1 от линейной при низкой плотности потока нейтронов. Относительное отклонение δ ≪ 1 нагрузочной характеристики от линейной связана с минимальным значением плотности потока нейтронов Ф₂ соотношением δ·K₁·Φ₂ = I_b1, K₁ - токовая чувствительность к нейтронам ИК-1.

Если линейные участки нагрузочных характеристик ИК-1 и ИК-2 пересекаются, то можно записать соотношение Ф₁/Ф₃ = 1/D ≅ Ф₂/Ф₃ ≅ 1/ χ , из которого, учитывая тождественное равенство значений K₂ чувствительности K слоя делящегося материала в ИК-2, следует

где 1 < χ < D - коэффициент перекрытия линейных участков нагрузочной характеристики в режимах измерения скорости счета импульсов реакции в ИК-2 и электрического тока в ИК-1.

Когда отношение собственного фонового тока I_b2 в ИК-2, обусловленного главным образом α-активностью делящегося материала, к собственному фоновому току I_b1 в ИК-1 превышает отношение их токовых чувствительностей к нейтронам, значение Ф₂ меньше минимального значения плотности потока нейтронов Φ₄ = I_b2/δ·Q·K₂, при которой вклад I_b2 в токовый сигнал ИК-2 от нейтронов не превышает δ, поток нейтронов высокой плотности измеряют ИК-1. Здесь Q·K₂ - токовая чувствительность ИК-2 к нейтронам. При высокой плотности потока нейтронов нагрузочная характеристика ионизационной камеры, работающей в режиме измерения тока, отклоняется от линейной из-за ограничения электрического тока объемным зарядом в межэлектродном промежутке. Если линейный участок нагрузочной характеристики ИК-1 перекрывает линейный участок нагрузочной характеристики ИК-2 в режиме измерения электрического тока, то можно записать Ф₅/Ф₄ = Ф₂·D₁/Ф₄ ≥ χ, где D₁ - относительный диапазон линейности нагрузочной характеристики ИК-1. Из этого соотношения, учитывая, что I_b2/I_b1 > Q·K₂/K₁, получим Q·K₂/K₁ < I_b2/I_b1 ≅ (D₁/χ)·(Q·K₂/K₁), то есть отношение собственного фонового тока в ИК-2 к фоновому току в ИК-1 больше отношения их токовых чувствительностей к нейтронам Q·K₂/K₁ не более чем в D₁/χ раз.

Конструкции, в которых K₁ ≅ Q·K₂ (K₂ ≥ K₁/Q), обладают более широким линейным участком нагрузочной характеристики по сравнению с конструкциями с обратным соотношением токовых чувствительностей. В этом случае K₁/Q ≅ K = K₂ ≅ δ·K₁·N_min·D/(I_b1·χ). Из этого соотношения следует, что максимальное значение собственного фонового тока I_b1 в ИК-1, при котором возможно перекрытие диапазонов измерения скорости счета импульсов реакции в ИК-2 и электрического тока в ИК-1, определяется по формуле K₁/Q = δ·K₁·N_min·D/(I_b1·χ). Учитывая, что 1 < χ < D, получим I_b1 < δ·D·Q·N_min = δ²·Q/τ.
В табл. 3 представлены интервалы отношения Q·K₂/K₁ для различных модификаций блока ионизационных камер и различных χ при δ = 0,02, τ = 200 нс (D = 10⁵) и N_min = 1 с^-1. Видно, что при этих условиях в модификации M2 перекрытие диапазонов в режимах измерения скорости счета импульсов деления в ИК-2 и электрического тока в ИК-1 составляет около одного десятичного порядка, а модификация M1 может выполнить требование ГОСТ 27445-87 при δ = 0,035. Максимальное перекрытие диапазонов достигается в модификации M4. Однако, как отмечено выше, линейный участок нагрузочной характеристики этой модификации уже, по сравнению с модификациями M1 и M2. При N_min = 1 с^-1 и δ = 0,02 интервал отношения чувствительностей удобно определять по величине отношения χ/D c помощью диаграммы, показанной на фиг.5. На этой диаграмме линии 28, 29, 30 построены для модификаций блока, в котором значение собственного фонового тока I_b1 в ИК-1 соответственно равно 5·10^-12, 1·10^-11 и 5·10^-11 A. Здесь же позицией 31 обозначена модификация, в которой I_b1 = δ·D·Q·N_min = 5,2·10^-10 A.

Описанное выше устройство позволяет упростить конструкцию узла детекторов, канала в целом и применить для измерения плотности потока тепловых нейтронов в интервале от 1,0 до 5·10¹¹ см^-2·с^-1 при условии перекрытия линейных участков диапазонов измерения скорости счета импульсов деления и электрического тока не ниже одного десятичного порядка и относительном отклонении нагрузочной характеристики от линейной 2 - 3,5%.

Формула изобретения

1. Блок детекторов для измерения потока нейтронов, содержащий два нейтроночувствительных объема, первый из которых содержит нуклид, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи со входом тракта измерения электрического тока, а второй нейтроночувствительный объем содержит электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции, отличающийся тем, что второй нейтроночувствительный объем содержит испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами радиатор, чувствительность К которого
δ·K₁·N_min/I_b1 ≅ K = K₂ ≅ δ²·K₁/(I_b1·χ·τ),
где I < χ < D - коэффициент перекрытия линейных участков нагрузочной характеристики в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; D = N_max/N_min = δ/N_min · τ - диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_max - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; N_min - минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; τ - средняя длительность импульсов тока, возникающих во втором нейтроночувствительном объеме в реакции с нейтронами; δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; K_I - токовая чувствительность первого нейтроночувствительного объема; I_b1 - собственный фоновый ток в первом нейтроночувствительном объеме; K₂ - максимальная чувствительность к нейтронам второго нейтроночувствительного объема, при этом отношение собственного фонового тока во втором нейтроночувствительном объеме к фоновому току в первом нейтроночувствительном объеме больше отношения их токовых чувствительностей к нейтронам Q · K₂/K_I не более чем в D₁/χ раз, где Q - средний заряд, возникающий во втором нейтроночувствительном объеме на одну реакцию, сопровождающуюся вылетом заряженных частиц из нейтроночувствительного радиатора; D₁ - относительный диапазон линейности нагрузочной характеристики первого нейтроночувствительного объема.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что первый нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных нейтроночувствительных объемов.

3. Блок по п. 1, отличающийся тем, что K₂ ≥ K_I/Q, при этом значение I_b1 < δ²·Q/τ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

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:
Чукляев Сергей Васильевич

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

Договор № РД0016760 зарегистрирован 19.01.2007

Извещение опубликовано: 27.02.2007        БИ: 06/2007