Нейтронная ионизационная камера

 

НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА, содержащая корпус, рабочий и компенсационный объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами , причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно , а на поверхности положительного электрода, обращенной к собирающему электроду, нанесен слой вещества-радиатора , отличающаяс я тем, что,С целью непрерывного измерения плотности потока нейтронов во всем диапазоне, в собирающем электроде выполнены сквозные отверстия , диаметр каждого из которых не больще толщины собирающего электрода , а количество определяется из выражения С S т (П где к - коэффициент пропорциональности между чувствительcz ностью импульсных характеристик рабочего и компенсационного объемов камеры; - эффективность прохождения осколков деления через одно отверстие. со со со 00 о: со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) Ц51) Н 0 1 J 4 7 / 1 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3374109/18-25 (22) 04.01.82 (46) 30.06.84. Бюл. М 24 (72) В.A. Аксенов, Е.К. Малышев, Б.Н. Никифоров, В.И. Поликарпов, A.Н. Чирихин и О.И. Щетинин (53) 621.387.426(088.8) (56) 1. Дмитриев A.Á., Малышев E.Ê.

Нейтронные иониэационные камеры для реакторной техники. М., Атомиздат, 1975, с. 58-61.

2. Дмитриев A.Б. Малышев Е.К.

Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники. Атомиздат, М., 1975, с ° 64.

3. Малышев Е.К., Белозеров В,Г., Щетини О.И. Широкодиапазонная камера деления-для СУЗ ядерных реакторов.

"Атомная энергия", т. 47, вып. 4, октябрь 1979, с. 271-272 (прототип). (54)(57) НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ

КАМЕРА,. содержащая корпус, рабочий и компенсационный объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхности положительного электрода, обращенной к собирающему электроду, нанесен слой вещества-радиатора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, c целью непрерывного измерения плотности потока нейтронов во всем диапазоне, в собирающем электроде выполнены сквозные отверстия, диаметр каждого из которых не больше толщины собирающего электрода, а количество определяется нз выражения где K„ — коэффициент пропорциональности между чувствительностью импульсных характе- (.„, ристик рабочего и компенсационного объемов камеры; эффективность прохождения осколков деления через одно отверстие.

999863

Предлагаемая ионизационная камера относится к ядерному приборостроению и может быть использована в системе управления и защиты ядерных реакторов (HP) для измерения и контроля плотности потока нейтронов.

Одним из требований правил ядерной безопасности является непрерывность контроля плотности потока нейтронов ядерного реактора во всем диапазоне изменения мощности. Мощность и со- 1О ответственно плотность потока нейтронов меняются в широких пределах (до десяти-одиннадцати декад} . Измеряют плотность потока нейтронов с помощью детекторов нейтронов, диапазон работ которых (до 7 декад) значительно ниже диапазона изменения плотности потока нейтронов в ядерных реакторах. В настоящее время непрерывность контроля (измерения) плотности потока нейтронов ЯР достигается путем применения трех детекторов с соответствующим числом каналов измерения, что удорожает измерительную аппаратуру. Задача заклю2В чается в непрерывном измерении плотностй потока нейтронов от минимального до максимального ее значения с использованием одного детектора нейтронов, что позволит сократить число каналов измерения до одного и снизить стоимость аппаратуры.

Известна иониэационная камера деления, содержащая корпус и два электрода, причем на поверхности электродов, обращенных друг к другу, )- нанесен слой вещества с делящимся изотопом-радиатором нейтронов. Камера имеет один основной (рабочий) объем j1) . Эта камера работает в импульсном и в токовом режимах.

Недостатком такой камеры является отсутствие непрерывного измерения плотности потока, нейтронов в широком диапазоне измерения. Камера работает в импульсном режиме с диапазоном. контроля плотности потока нейтронов семь декад и в токовом режиме с диапазоном контроля плотности потока нейтронов около двух декад.

5О

Между импульсной и токовой характеристиками имеется разрыв около двух декад. При работе в токовом режиме регистрируются фоновые токи, обусловленные наведенным p,,g излучением и излучением продуктов деления, а также и активностью радиатора нейтронов, которые ограничивают токовый дИапазон до 2 декад. Эти недостатки не позволяют осуществить непрерывное измерение плотности потока нейтронов при переходе от импульсного к токовому режиму, так как нижний предел пропорциональности между током камеры и плотностью потока нейтронов ограничен,Ь, (— фоном, 65 который не пропорционален плотности потока нейтронов.

Известна также импульсно-токовая камера деления с рабочим и компенсационным объемами, содержащая корпус и три электрода — положительный, собирающий и отрицательный (2}. На поверхности, обращенных друг к другу электродов (положительного и собирающего)„ нанесен слой вещества с делящимся изотопом — радиатором нейтронов.

8 рабочем объеме между положитель ным и собирающим электродами детектируются 6, )(-излучения и осколки деления (нейтроны), а в компенсационном объеме между отрицательным и собирающим электродами детектируют» ся только p g -излучения. При снятии токового сигнала с собирающего электрода результирующий ток

o= P, 25 -излучения уменьшается.

Камера работает и импульсном режиме с диапазоном контроля плотности потока нейтронов семь декад и в токовом режиме с диапазоном контроля плотности потока нейтронов две декады. Разрыв характеристик — три декады. Большая чувствительность к внешнему ) -излучению 10 " А1Р}4, значительный ток от P, -излучения продуктов деления, накапливающихся внутри камеры, и ток от сС -излучения радиатора нейтронов не позволяют перекрыть поддиапаэсны контро. ля плотности потока нейтронов при переходе от импульсного к токовому режиму работы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является нейронная импульсно-токовая ионизационная камера деления, содержащая корпус, рабочий и компенсационный объемы,. образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхность положительного электрода, обращенную к собирающему электроду, нанесен слой вещества-радиатора (3}.

Недостатком этой камеры является узкий диапазон контроля плотности потока нейтронов. Этот недостаток объясняется тем, что между импульсной и токовой рабочими характеристиками камеры имеется разрыв, т.е. имеется диапазон плотности потока, нейтронов, который не контролируется камерой.

Диапазон контроля н импульсном режиме работы камеры составляет от

0,1 до 1 ° 10 нейтр. см с, а в токовом режиме от 5 10 до

Б 10 до 10 нейтр. см с . Участок

1 от 1 ° 10 Б до 5 10 камерой-прототипом не контролируется.

999863

Объясняется это тем, что верхний предел импульсного диапазона ограничен просчетом импульсов из-за их положений, а нижний предел токового диапазона — фоновыми токами, обусловленными Р -частицами и -кван тами, испускаемыми продуктами деления вещества-радиатора.

Цель изобретения - непрерывное измерение плотности потока нейтронов во всем диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в нейтронной ионизационной камере, содержащей корпус, рабочий и компенсационные объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собисобирающим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхность положительного электрода, образенную к собирающему электроду, нанесен слой вещества-редиатора, в собирающем элек электроде выполнены сквозные отверстия, диаметр каждого из которых не больше толщины собирающего электрода, а количество определяется из выражения где К„- коэффициент пропорциональности между чувствительностью импульсных характеристик рабочего и компенсационного объемов камеры

, — эффективность прохождения осколков деления через одно отверстие.

Отверстия в собирающем электроде позволяют проникать части осколков в компенсирующий объем камеры, которые производят ионизацию газа компенсирующего объема, создавая импулъсы тока. Число осколков, попавших через отверстие, значительно меньше числа образовавшихся в рабочем объеме, поэтому чувствительность камеры в импульсном режиме компенсирующего объема значительно меньше чувствительности камеры в импульсном режиме рабочего объема. В результате этого получена новая импульсная характеристика камеры, которая имеет перекрытие с прежними импульсной и токовой рабочими характеристиками, что позволило получить непрерывный контроль плотности потока нейтронов от О, 1 до 10 (11 декад) см с с одним детектором. В предлагаемой камере получены следующие рабочие ,характеристики: импульсный режим рабочего объема от О, 1 до

10 нейтр. см с, импульсный режим конпенсационного объема от, 10 до 109 нейтр. см с, токовый

65 ном примере диаметр отверстия выбран режим рабочего объема от 5 10 до 10 онейтр. см c .

На чертеже изображена структурная схема предлагаемой ионизационной камеры, где приняты следующие

5 обозначения: 1 — корпус камеры, 2 положительный и 3 — собирающий электроды, 4 — отрицательный электрод, 5 - рабочий объем камеры, 6 — компенсационный объем камеры, 7 — делящее-:

10 ся вещество — радиатор нейтронов, 8 — сквозные отверстия в собирающем электроде.

Внутри герметичного корпуса 1 ионизационной камеры параллельно

15 друг другу установлены плоские электроды: положительный 2, собирающий

3 и отрицательный 4. Толщина пластины каждого электрода равна 0,5 мм.

В пластине собирающего электрода 3 выполнено сто отверстий 8. Диаметр каждого отверстия 0,4 мм. На пластину положительного электрода 2 со стороны собирающего электрода 3 нанесено вещество-радиатор (уран-235), количество которого 1 мг/см*. Общая площадь каждого электрода составляет

1()00 мм . Общая плошадь отверстий равна 50 мм . Расположение отверстий желательно около центра пластины электрода.

N Для получения непрерывности измерений плотности потока нейтронов во всем диапазоне изменения от 0,1 до 10 о нейтр. см с необходимо, чтобы к имеющимся рабочим характерис35 тикам добавилась дополнительная импульсная характеристика, которая не только охватывала бы неконтролируе мый диапазон плотности потока нейтронов, но и имела бы перекрытие с импульсной и токовой рабочими характеристиками рабочего объема. Дополнительная импульсная характеристика должна иметь верхний диапазон измерения плотности потока нейтронов

10 см * с при максимальной рабочей частоте 10 им. .

Тогда дополнительная импульсная рабочая характеристика перекрывает диапазон от 100 до 109 нейтр. см с и имеет перекрытие с импульсной характеристикой в диапазоне от 100 до 10 нейтр. см с и с токовой от 5 10 до 109 нейтр. см * с . Коэффициент отношения чувствительности дополнительной характеристики к чувствительности основной характеристики, таким образом, равен 10

Рабочий диапазон дополнительной импульсной характеристики достигнут выбором числа и диаметра отверстий

60 в собирающем электроде.

Для того, чтобы каждое отверстие работало как коллиматор, необходимо чтобы толщина электрода была больше диаметра отверстия. В данном конкрет9Э9863 равным 0 4 м

0 5 м, при толщине пластины мм выполняется условие, что толщина пластины больше диаметра отверстия. Эффективность пропускания оси яков о н д им отверстием определяется по следующей формуле: где — толщина пластины электрод

Р а; радиус отверстия;

5 площадь электрода.

Общее число отверстий определяется условием требуемого отноше К у твительностей основной и дополния нитель ной

Как о импульсных характерис указывалось выше, это тик. равно 10 о отношение но . Тогда число отверстий определяется из соотношения: к = — = (00.

k, Таким об а р зом, получение требуемого отношения чувствительно и сте

ыло достигнуто введением 100 отверстий в собирающем электроде.

Полученные ез результаты провелись экспериментально они хорошо совпадают.

Работа устройства заключается в следующем.

При делении ядра урана-235 адиатора) в в рабочем объеме камеры а- (раобраэуются осколки деления ния число х в единицу времени пропорцио нально плотности потока нейт о

В рабочем а не тронов. яд а объеме на каждое дел р урана-235 образуется ение который е ся импульс, рения. Ме регистрируется схемой измежду плотностью потока нейтронов и числом импульсов имеется линейная с связь, которая выражает чувствительность камеры в импульс. ном режиме.

В результате введения отверстий собирающем электроде часть о олков деления попадает из рабочего где они объема в компенсирующий г также ионизируют газ и создают импульс тока. а. ак как число попавших рующий объем осколков де- в компенси ления будет в 1000 раз меньше (K

10 ), то и и в 1000 аэ число импульсов будет р меньше, соответственно чувствительность импульсной харак15 теристики б и удет в 1000 раз меньше. ры позволиТакое выполнение кам ло сократить объем аппаратуры измерения и кон нейт контроля плотности поток ронов в три раза (вместо т е а каналов из о трех в измерения с тремя детекто20 рами разной чувствительности — о канал изме ения ности — один ерения с одним детектором), что дает экономию для одного реактора более 200 тыс. рублей.

25 В качестве базового объекта и инята нейт онна р я ионизационная камео о ъекта прира типа KHK-15-1, являющаяся прототипом предлагаемой, диапазон конт оля плотности п потока нейтронов которой он контров импульсном режиме от 0,1 до

1 10 нейтр. см, с в токовом т до 10 нейтр. см с . до 5 10т

Участок потока нейтронов от 1 ° 10 нейтр. см с камерой не контролируется.

Диапазон к онтроля предлагаемой камеры в обоих режимах от 0 1

10 нейт т, до рыв ным. р. см с являЕтся не преВНИИПИ Ваказ 4026/4

Тираж 683 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород,ул.Проектная 4