Способ определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов

Изобретение относится к средствам реакторных измерений, касающихся плотности нейтронного потока. Способ включает регистрацию импульсов тока импульсной камеры деления с использованием спектрометрического усилителя. При реализации способа сначала определяют коэффициент усиления K_i спектрометрического усилителя, затем помещают импульсную камеру деления в нейтронный поток, регистрируют форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя на входном сопротивлении дискриминатора и сохраняют оцифрованную форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых на внешнем носителе. Затем с помощью коэффициента K_i пересчитывают сохраненные данные и восстанавливают исходный импульс тока импульсной камеры деления, интегрируют его по времени, вычисляют значение заряда в импульсе и рассчитывают нормирующий множитель. Затем определяют номинальную амплитуду спектрометрических импульсов напряжения U_н на входе дискриминатора интенсиметра посредством нормировки сохраненного импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых. Техническим результатом является увеличение точности определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения, упрощение обработки спектрометрической информации и сокращение времени на ее обработку.

 

Изобретение относится к области реакторных измерений и может быть использовано в системах контроля и управления ядерных реакторов.

В каналах контроля состояния ядерных реакторов используются импульсные камеры деления (ИКД) в комплекте с интенсиметрами - приборами, обеспечивающими в реальном времени измерение скорости счета импульсов тока ИКД, пропорциональной плотности нейтронного потока реактора. Основным элементом интенсиметра является импульсный усилитель тока, преобразующий импульс тока ИКД, формирующийся в газовом промежутке ИКД под действием осколков деления U²³⁵ с ее радиатора, образующихся при воздействии на радиатор тепловых нейтронов, в соответствующий импульс напряжения (здесь и далее спектрометрический усилитель). Для обеспечения линейности работы интенсиметра в широком диапазоне от единиц импульсов в секунду до 10⁷ имп./с используют многопороговые дискриминаторы, в которых уровни дискриминации выбирают в строгом соответствии с номинальной амплитудой импульса напряжения на выходе спектрометрического усилителя [патенты RU №2165674, №2193245]. При этом под номинальной амплитудой импульса напряжения понимают ее математическое ожидание [Valery F. Borisov, Oleg A. Komshilov Analisis of puls-tipe ionization detector signals as applied to count rate measurement methods, Nuclear instruments & methods in physics research? Section A, 1995, p.580-586], которое соответствует средней амплитуде импульса тока на входе спектрометрического усилителя (средней амплитуде тока ИКД).

Известен способ определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения, принятый авторами за прототип, включающий регистрацию импульсов тока ИКД с использованием спектрометрического усилителя, построение кривой интегрального амплитудного спектра и ее последующее дифференцирование [А.П. Цитович, Ядерная электроника, М., Энергоатомиздат, 1984, с.259-261].

Недостатком этого способа является большое время набора спектрометрической информации и низкая точность определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения, связанная с трудностью точного поддержания мощности реактора на фиксированном уровне в достаточно длительном процессе построения кривой интегрального амплитудного спектра.

Задачей изобретения является упрощение обработки спектрометрической информации, направленной на определение номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения.

Технический результат заключается в увеличении точности определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения с соответствующим сокращением времени обработки спектрометрической информации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения на входе дискриминатора интенсиметра, включающем регистрацию импульсов тока ИКД с использованием спектрометрического усилителя, согласно изобретению определяют коэффициент усиления K_i спектрометрического усилителя, затем помещают ИКД в нейтронный поток, регистрируют с помощью цифрового осциллографа форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя на входном сопротивлении дискриминатора и сохраняют оцифрованную форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых на внешнем носителе, далее с помощью коэффициента K_i пересчитывают сохраненные данные и восстанавливают исходный импульс тока ИКД, интегрируют его по времени, вычисляют значение заряда в импульсе и рассчитывают нормирующий множитель по формуле:

K_q=q₂/q₁, где q₁ - значение заряда, соответствующее исходному импульсу тока импульсной камеры деления, q₂ - известное паспортное значение среднего заряда в импульсе используемой ИКД. Далее определяют номинальную амплитуду импульсов напряжения U_н посредством нормировки сохраненного выходного импульса напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых с помощью множителя K_q по формуле: U_н=K_qU_вых.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно определяют коэффициент усиления K_i спектрометрического усилителя. Для этого подают на его вход импульс тока с заданной амплитудой и сопоставляют эту амплитуду с соответствующей амплитудой тока на его выходе:

K_i=I_вых/I_вх;

где I_вх - амплитуда тока на входе усилителя тока;

I_вых - амплитуда тока на выходе усилителя тока.

Затем помещают ИКД в нейтронный поток и регистрируют с помощью цифрового осциллографа форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя, формируемого на входном сопротивлении R дискриминатора, на который нагружен спектрометрический усилитель. При регистрации устанавливают уровень запуска осциллографа такой величины, чтобы скорость счета была более 10 имп./с, устанавливают режим сбора данных с усреднением по 100-150 импульсам и сохраняют на внешнем носителе оцифрованную форму полученного импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых. Такой режим синхронизации обеспечивает быстрое (за 10-15 сек при скорости счета 10 имп./с) установление формы импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя. Скорость набора данных, необходимых для такого усреднения, растет пропорционально скорости счета, поэтому при потоке нейтронов, обеспечивающем скорость счета 10⁴ имп./с, время набора данных сокращается примерно до 10 мс. По полученной форме выходного импульса напряжения с помощью коэффициента K_i пересчитывают сохраненные данные и восстанавливают исходный импульс тока по формуле:

,

где

f(t) - функциональная зависимость, отражающая изменение спектрометрического импульса во времени (форму импульса).

Этот исходный импульс является осреднением по 100-150 импульсам тока камеры деления, для которых амплитуда соответствующих импульсов напряжения на выходе спектрометрического усилителя превышает выбранный уровень запуска цифрового осциллографа.

Интегрируют исходный импульс тока по времени и вычисляют значение заряда в соответствии с формулой:

,

где q₁ - значение заряда, соответствующее исходному импульсу тока импульсной камеры деления,

t₀, t₁ - время, соответствующее началу и окончанию импульса тока.

Рассчитывают нормирующий множитель по формуле:

K_q=q₂/q₁, где

q₂ - известное паспортное значение среднего заряда в импульсе используемой ИКД.

Необходимость использования этого множителя объясняется тем, что при осциллографировании и оцифровке осредненного по выборке 100-150 импульсов спектрометрического импульса напряжения, его амплитуда U_вых будет зависеть от произвольно установленного уровня запуска осциллографа, а следовательно, и вычисленное по формуле (1) значение заряда будет соответствовать не среднему заряду q₂ в импульсе тока ИКД, соответствующему импульсу тока со средней амплитудой, а некоему, в достаточной степени произвольному заряду q₁, которому соответствует оцифрованный импульс напряжения с амплитудой U_вых, и который может быть как больше, так и меньше заряда q₂, в зависимости от выбранного уровня запуска осциллографа. Нормирующий множитель K_q позволяет «привязать» амплитуду усредненного импульса напряжения (номинальное напряжение U_н) к измеренной амплитуде напряжения U_вых. Поэтому далее определяют номинальную амплитуду импульсов напряжения посредством нормировки полученного выходного импульса напряжения спектрометрического усилителя с помощью множителя K_q по формуле U_н=K_qU_вых.

Таким образом, при использовании данного способа существенно упрощается обработка спектрометрической информации как за счет сокращения времени обработки, поскольку отпадает необходимость в характерной для прототипа длительной процедуре набора данных для построения дискриминационной характеристики, так и за счет исключения необходимости жесткой стабилизации мощности реактора. Действительно, опыт показывает, что для построения кривой интегрального амплитудного спектра в прототипе при скорости счета 10⁴ имп./с требуется порядка 30 минут, причем нужно строго следить за тем, чтобы мощность реактора была застабилизирована на одном уровне, что само по себе достаточно сложная задача. Необходимые данные в предлагаемом способе набираются, как уже отмечалось, в течение 10 мс, то есть практически мгновенно. Повышается также и точность определения U_н, которая в прототипе низка из-за отмеченных трудностей в стабилизации мощности реактора (погрешность в определении U_н может в отдельных случая достигать на практике 100%), а в предлагаемом способе определяется точностью паспортного значения среднего заряда в импульсе тока ИКД.

Для практической реализации предлагаемого способа имеются все необходимые технические средства - в качестве осциллографа может быть использован, например, TDS 2022 с возможностью усреднения по 128 импульсам и вывода оцифрованной информации на компьютер для дальнейшей ее обработки с помощью распространенных программных продуктов типа Excel или Mathcad.

Способ определения номинальной амплитуды спектрометрических импульсов напряжения на входе дискриминатора интенсиметра, включающий регистрацию импульсов тока импульсной камеры деления с использованием спектрометрического усилителя, отличающийся тем, что сначала определяют коэффициент усиления K_i спектрометрического усилителя, затем помещают импульсную камеру деления в нейтронный поток, регистрируют форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя на входном сопротивлении дискриминатора и сохраняют оцифрованную форму импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых на внешнем носителе, далее с помощью коэффициента K_i пересчитывают сохраненные данные и восстанавливают исходный импульс тока импульсной камеры деления, интегрируют его по времени, вычисляют значение заряда в импульсе и рассчитывают нормирующий множитель по формуле:
K_q=q₂/q₁, где
q₁ - значение заряда, соответствующее исходному импульсу тока импульсной камеры деления,
q₂ - известное паспортное значение среднего заряда в импульсе используемой импульсной камеры деления,
далее определяют номинальную амплитуду спектрометрических импульсов напряжения U_н на входе дискриминатора интенсиметра посредством нормировки сохраненного импульса выходного напряжения спектрометрического усилителя с амплитудой U_вых с помощью множителя K_q по формуле: U_н=K_qU_вых.