УСТРОЙСТВО КАНАЛА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКА НЕЙТРОНОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G01T3/00 

Описание патента на изобретение RU2084000C1

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•Nminx/χ•Ib),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; δ относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; D=Nmax/Nmin
диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmin минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmax максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом чувствительном объеме; Ib 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•Nmin/(α•χ•Ib),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; δ относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; D Nmax/Nmin диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmin минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmax максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом чувствительном объеме; Ib 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 Nmin 1 c-1, и тока от нейтронов I в первом и борсодержащем третьем чувствительных объемах, нормированных на величину тока от нейтронов Imin Q Nmin при минимальной загрузке тракта измерения скорости счета импульсов реакции Nmin 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 Nmin 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 Nmin 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, Nmax 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 Ib, который в камере деления связан в основном с a активностью делящегося материала и остаточной радиоактивностью продуктов деления, тока от фонового g излучения Iγ 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); Qα≈ 1,4•10-14 средний заряд, протекающий в чувствительном объеме камеры деления на 1 a-частицу, Кл; Qγ≈ 2•10-17 средний заряд, протекающий в чувствительном объеме камеры на 1 фотон, КЛ; Im - максимальный ток камеры; ν2 интенсивность флуктуационной помехи измерительного тракта; GE 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 Nmin 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 Imin Q Nmin, где Q средний заряд, образующийся в одной реакции деления 235U в чувствительном объеме ИК-1. Видно, что в линейном диапазоне D Nmax/Nmin, где Nmax - максимальная загрузка тракта, скорость счета импульсов деления в ИК-1 и ИК-2 ограничена при плотности потока тепловых нейтронов F1= Nmax/K1 и Φ4= Nmax/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 Ib 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= Ib.
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≅Φ14≅Φ1/χΦ3 из которого следует
χ/D≅K2/K1≅δ•Q•D•Nmin/(χ•Ib), (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•Nmin/(χ•Ib). (2)
Максимальное значение каппы достигается, когда χ/D = δ•Q•D•Nmin/(χ•Ib).
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 = Ib1/Ib собственного фонового тока к собственному фоновому току в ИК-1 меньше отношения β их чувствительностей к нейтроном, минимальное значение плотности потока нейтронов F2= α•Ib/(δ•β•Q•K1) при которой вклад Ib1 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 Nmin 1 c-1. Видно, что максимальное значение c достигается в первичных преобразователях типа КНУ. При Kmin 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%

Похожие патенты RU2084000C1

название год авторы номер документа
БЛОК ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКА НЕЙТРОНОВ 1998
  • Чукляев С.В.
  • Пепелышев Ю.Н.
  • Артемьев В.А.
RU2137155C1
ДВУХСЕКЦИОННАЯ ГАЗОНАПОЛНЕННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА (ВАРИАНТЫ) 1997
RU2110080C1
ТОКОВЫЙ КАНАЛ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКА НЕЙТРОНОВ 1995
RU2089926C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗАРЯДА ОТ НЕЙТРОНОВ В ИМПУЛЬСЕ КАМЕРЫ ДЕЛЕНИЯ 1999
  • Чукляев С.В.
  • Пепелышев Ю.Н.
  • Кошелев А.С.
  • Одинцов Ю.М.
RU2142148C1
Детектор тепловых нейтронов 1990
  • Малышев Евгений Константинович
  • Пепелышев Юрий Николаевич
  • Чукляев Сергей Васильевич
  • Шабалин Евгений Павлович
SU1702329A1
Способ изготовления изделий радиационной техники 1989
  • Ивакина Анна Ивановна
  • Малышев Евгений Константинович
  • Пепелышев Юрий Николаевич
  • Чукляев Сергей Васильевич
SU1718166A1
СПОСОБ НЕЙТРОННОГО АКТИВАЦИОННОГО КАРОТАЖА НА ХЛОР 1992
  • Кучурин Е.С.
RU2082185C1
Вакуумная камера деления 1981
  • Чукляев С.В.
  • Щетинин О.И.
SU984322A1
Ионизационная камера деления для регистрации быстрых нейтронов 2020
  • Басков Петр Борисович
  • Кириченко Григорий Павлович
  • Мосягина Ирина Владимировна
  • Сахаров Вячеслав Васильевич
  • Худин Александр Сергеевич
  • Ивкина Ольга Викторовна
  • Мушин Илья Михайлович
RU2743849C1
СПОСОБ НЕЙТРОННОГО АКТИВАЦИОННОГО КАРОТАЖА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Кучурин Е.С.
RU2073895C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 084 000 C1

Реферат патента 1997 года 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<n1, 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•Nmin/χ•Ib)
где - коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; D = Nmax/Nmin - диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmin - минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmax - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Q - средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом чувствительном объеме; Ib - 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.

Формула изобретения RU 2 084 000 C1

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•Nmin/(χ•Ib),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока;
δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной;
D Nmax / Nmin диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Nmin минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Nmax максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом НЧО;
Ib 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•Nmin/(α•χ•Ib),
где коэффициент перекрытия линейных участков в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока;
δ - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной;
D Nmax / Nmin диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Nmin минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Nmax максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции;
Q средний заряд, образующийся в одной реакции нуклида с нейтронами в первом НЧО;
Ib 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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2084000C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Чукляев С.В
Атомная энергия, 1993, т
Приспособление в центрифугах для регулирования количества жидкости или газа, оставляемых в обрабатываемом в формах материале, в особенности при пробеливании рафинада 0
  • Названов М.К.
SU74A1
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Автоматический прибор для регистрирования числа замыканий 1922
  • Михайлов А.М.
SU454A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Малышев Е.К
и др
Атомная энергия, 1979, т
Способ очищения сернокислого глинозема от железа 1920
  • Збарский Б.И.
SU47A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Искроудержатель для паровозов 1920
  • Шелест А.Н.
SU271A1

RU 2 084 000 C1

Даты

1997-07-10Публикация

1994-09-05Подача