Устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов

 

r> р союз соактских соииыистичкскихгксцллик осу1 .тв*иио@и твитиов вщомство cccr тодиткнт ссср>

ОПИСАНИЕ:ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСЗЗУ (21) 3276545/25 (И) 080431 (46).15.1293 Ьол. Ие 45-46 (72) Чунляев СВ (в) БЫ (щ М4324 А1 (5i) 2 (И) УСТРОЙСТВО gym РЕГИСТРАЦИИ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕ-.

НИЯ ЙЕЙТРОН06 (57}

984324

Изобретение относится к регистрации . плотности потока нейтронного излучения, а точнее к регистрации высших плотностей потока нейтронов, Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для

1измерений временной зависимости плотности потока нейтронного излучения ядерных реакторов (ЯР).

Известен детектор прямого заряда (ДПЗ). Принцип работы ДПЗ основан на переносе заряда Р-частиц, возникающих при распаде активированных нейтронами ядер вещества радиатора, на сигнальный электрод;

Существенным недостатком ДПЗ яв- 15 ляется низкое временное разрешение, обусловленное постоянной распада акти. вированного вещества радиатора, ui 4fiicoкая величина сигнала .от у-излучения К поле излучения ЯР с соотношением дозы 2О от у-излучения и флюенсэ нейтронов 2,5х. х10 "р,см - н, Известно также устройство для регист. рации нейтронов, содержащее алюминиевыЙ коллектор и водородосодержащий 25 радиатор с проводящим экранирующим покрытием из вещества с низким атомным номером, разделенные между собой. вакуумным промежутком.

Устройство работает по принципу пере- ЗО носа заряда протонов отдачи, возникающих в поле излучения нейтронов в веществе ра- . диатора, на.коллектор,, Недостатком известной конструкции является то, что при облучении водородосо- . 5 держащее. вещество, разлагаясь, загазовывает вакуумный промежуток, Вследствие этого устройство должно постоянно вакуумироваться.

Наиболее близким по технической сущ- 40 ности к предлагаемому устройству является устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов, содержащее заключенный в металлический корпус коллектор. отделенный от корпуса 45 двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала, а другой — из материала, не содержащего атомов водорода.

Детектор состоит из корпуса и коллек-. 5О тора. выполненных в виде металлических пластин. разделенных между собой двумя слоями диэлектрика, причем корпус и коллектор выполнены из низкоатомного металла (например, алюминия), один слой диэлектрика выполнен из водородосодержащего материала (например, полиэтилена), а другой — из материала, не содержащего атомов водорода (например, фторопласта) с эффективным атомным номером, не превышающим атомного номера материала корпуса и коллектора, Детектор работает по принципу переноса протонов отдачи в водородосодержащем диэлектрике.

Существенным недостатком конструкции ДВР. является накопление объемного заряда в водородоводержащем диэлектрике вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом. возникающее вследствие переноса протонов отдачи, и во всем объеме, диэлектрика (из-за ослабления . потока нейтронов в вещество рассеивател:я).

Распределенный внутри водрродосодержащегодиэлектрика объемный заряд со здает электрическое поле, которое наряду с высокой радиационной проводимостью диэлектрика приводит к "рассасыванию" объемного заряда, т,е, к возникновению тока проводимости диэлектрика. Ток проводимости, складываясь с током протонов отдачи, приводит к возникновению погрешности при измерЕнии тока протонов отдачи в цепи коллектора. Величина тока проводимости зависит от предварительного флюенсэ и

} -квантов (т,е. от величины напряженности электрического поля внутри диэлектрика, создавшейся в данный момент времени) и от мощности дозы, создаваемой нейтронами и у квантами в,веществе рассеивателя в данный момент времени (т.е. от мгновенного значения проводимости диэлектрика};

Действительно, в предположении постоянства радиационной проводимости ар по объему водородосодержащего рассеивателя уравнение для плоскости заряда в водородосодержащем рассеивателе имеет вид ц(хЛ)+ ц(хл) = р (хд), (1) о где о(х,т) — скорость образования объемного заряда в водородосодержащем диэлектрике;

Е Е> — диэлектрическая проницаемость водородосодержащего диэлектрика.

Решение уравнения 1 для плотности потока нейтронов

О, 1<О в начальном условии q(x,Î) — qÄ(x) имеет вид

984324 е ео

q(xл) = — — - (1-ехр (-t ггр/Е Е„) Е Fp} pp(x)

Ор

+ ц (х) exp (-t и,/Е Е ); где pp x — плотность распределения заряда в водородосодержащем диэлектрике, возникающая при переносе протонов единичным флюенсом нейтронов.

При облучении ДВР с толщиной водородосодержащего рассеивателя D ток 1 в цепи коллектора, нормированный на единицу площади поверхности коллектора, равен о, О

l(t) =,/(1 — — ) (pc (х)— ее,, 0 — qp(x)dx exp (-t ор/е ео).

Величина сигнала ДВР t(t) оказывается зависящей от времени с постоянной времени

z= арlе е и зависит от начального распределения заряда по объему диэлектрика. Это либо ограничивает диапазон измерений

ДВР, либо обуславливает систематическую погрешность, зависящую от времени, Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерений ДВР. 4

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем заключенный в металличеокий корпус коллектор, отделенный от корпуса двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала. а другой — из материала, не содержащего атомов водорода. коллектор выполнен из водородсодержащего материала толщиной не менее средне= взвешенной проекции пробега протонов отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, окруженного со всех сторон и роводящей экранирующей пленкой из материала с низким атомным номером толщиной, не превосходящей средневзвешенную проекцию длины пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки на направление расп ространения нейтронов.

Такое конструктивное выполнение детектора плотности потока направленного излучения нейтронов обеспечивает расширение диапазона и точности измерений временной зависимости плотности потока нейтронов при сохранении простой технологии сборки и эксплуатации детектора за счет экранирования влияния значительной части объемного заряда. возникающего в водородосодержащем диэлектрике вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом при переносе протонов отдачи в

30

35 от металлического корпуса 3 двумя слоями

5

20 водородосодержащем диэлектрике, на ве. личину тока проводимости в цепи коллек"*ора, Объемный заряд. возникающий а водородосодержащем рассеивателе. расположенном между коллектором и корпуса.м вблизи границ.ы раздела с неводородосодержащим веществом экранирующей пленки коллектора, в значительной степени компенсируется зарядом протонов отдачи, перенесенных из водородосодержащего материала коллектора через экранирующую пленку. При этом объемный заряд водородосодержащего материала коллектора при "рассеивании" не приводит к влиянию тока проводимости диэлЕктрика на величину тока протонов отдачи в цепи коллектора, поскольку проводящая пленка, окружающая диэлектрик. образует короткозамкнутую внутреннюю цепь.

На фиг.1 изображена осциллограмма сигналаДВР, когда ток проводимости полиэтиленового.диэлектрика превышает ток протонов отдачи при регистрации временной зависимости плотности потока, т.е, po(x) - qo(x)<0; на фиг.2 — общий вид детектора.

Детектор плотности потока направленного излучения нейтронов состоит из коллектора, выполненного 8 виде пластины из водородосодержащего материала 1 (например полиэтилена), окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала 2 с низким атомным номером (например, алюминия). Коллектор отделен диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала 4, а другой — из материала 5. не содержащего атомов водорода.(например, фторопласта), с эффективным атомным номером, не npesocходящим атомного номера материала корпуса и экранирующей пленки.

Устройство работает следующим образом, При облучении нейтронами со стороны неводородосодержа щего диэлектрика и роисходит перенос заряда протонов отдачи в направлении распространения нейтронов в диэлектрике 4. Объемный заряд, возникающий при этом в диэлектрике 4 вблизи границы раздела с неводородосодержащей экранирующей пленкой 2 вследствие переноса протонов отдачи вещества диэлектрика 4, компенсируется зарядом протонов отдачи, возникающих в во."городосодержащем материале 5 и перенесенных через и роводящую экранирующую пленку 2. Для лучшей компенсации толщина водоро,чпсодержащего диэлектрика 1 выбирает. ч не менее средневзвешенной проекции л ц и

984324 свободного пробега протонов отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, а толщина зкранирующей проводящей пленки 2 не более средневзвешенной протекции пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки на направление распространения нейтронов.Щля распределения нейтронов по энергиям на ИЯР и веществ полиэтилена и алюминия толщины соответственно >0,1-0,4 мми < 2 10 мм), -2

Заряд, протекший в цепи коллектора за время флюенса нейтронов, в основном определяется зарядом, равным зарядудиэлектрика 1, возникающему при переносе протонов через экранирующую пленку 2 в водородосодержащий диэлектрик 4. При этом ток проводимости диэлектрика 1; со-<. гласно закону непрерывности тока. не вносит вклада в заряд, протекший в цепи коллектора.

Толщина диэлектрика 4 выбирается из соображений электрической емкости детектора.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ . РЕГИСТРАЦИИ

ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ НЕЙТРОНОВ, содержащее заключенный в металлический корпус коллектор, отделенный от корпуса двумя слоями диэлектрика„один из которых выполнен из водородосодержащвго материала. а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, отличающееся тем, что. с целью расширения диапазона и повышения точности измерения, кОллвктор

Предложенное устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов по сравнению с наилучшими образцами аналогичног обо5 рудования позволяет расширить диапазон измерений, ограниченный главным образом флюенсом нейтронов приблизительно в 10 раз, сохранив при этом сравнительно простую технологию и готовления двтектора.

10 Устройство позволяет также увеличить точность измерений временной зависимости плотности потока нейтронов.

Выполнение устройства для регистрации плотности потока направленного иэлу15 чения нейтронов описанным образом обеспечивает удовлетворительную точность показаний детектора вблизи активной эоны

ИЯР во временном интервале, соответствующем 95 флюенса нейтронов.

20 (56) А.И. Абрамов и др; Основы экспериментальных методов ядерной физики.

М.: Атомиздат. 1977, с. 507.

Авторское свидетельство СССР N

713293, кл. G 01Т 3/00, 1979.

25 выполнен из водородосодвржащего диэлектрика толщиной не менее средневзвешенной проекции пробега протонов

30 отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала с низким атомным номе35 ром толщиной, нв превосходящей средневзвешенную проекцию длины пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки на направление распространения нейтронов.

9о4324

Ятлж У м- л

Фиг/,7 Г

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3350

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

Й Р

Составитель С. Чукляев

Редактор М. Кузнецова Техред M,Moðãåíòàë Корректор. С.Юско