КАНАЛ КОНТРОЛЯ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА Российский патент 2003 года по МПК G01T3/00 G01T1/17 

Предлагаемое изобретение относится к области ядерной техники, в частности к устройствам контроля плотности потока нейтронов в ядерных реакторах.

Известен канал контроля нейтронного потока, содержащий две или три ионизационные камеры деления (два или три объема) различной чувствительности к нейтронам и электронный блок с двумя или тремя трактами измерения скорости счета импульсов (патент России 2084000, G 01 T 3/00).

Недостатками данного устройства являются низкие надежность (вследствие сложности конструкции ионизационной камеры и использование большого объема электронной аппаратуры) и точность контроля (ввиду невозможности обеспечить хорошую стыковку характеристик измерительных трактов).

Известен также канал контроля нейтронного потока, содержащий одну ионизационную камеру деления и два измерительных тракта - импульсный и флуктуационный с последующим устройством их сопряжения (см. Ostrowski A.R. Wide-range counting-Campbelling channel for in-core and out-of-core neutron flux measurement, Proc. of Symosium on Nuclear Power Plant Control and Instrumentation, 1978, Vol. II, Vienna, pp. 355-362).

Недостатком данного устройства являются необходимость стыковки измерительных трактов (диапазонов) и связанные с ней ограничения по точности контроля плотности потока нейтронов каналом в целом.

Наиболее близким по своей технической сущности к описываемому каналу контроля нейтронного потока является устройство, построенное на основе линейного амплитудного дискриминатора импульсов тока ионизационной камеры деления (см. авторское свидетельство СССР 730108, G 01 T 1/17). Устройство содержит ионизационную камеру деления, источник высокого напряжения, предварительный усилитель, дифференцирующий усилитель, восстановитель базового уровня, амплитудный дискриминатор, импульсный источник тока и логарифмический измеритель среднего тока.

Недостатком данного устройства-прототипа является ограниченный динамический диапазон работы, который не может превышать 7 декад. Другим недостатком данного канала является недостаточная точность контроля плотности потока нейтронов.

Задача, на выполнение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение диапазона контроля нейтронного потока и повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема канала контроля нейтронного потока, на фиг.2 - характеристика нелинейного преобразователя.

Канал контроля нейтронного потока содержит ионизационную камеру деления 1, источник высокого напряжения 2, предварительный усилитель 3, дифференцирующий усилитель 4, амплитудный дискриминатор 5, электронный переключатель 6, формирователь 7, импульсный источник тока 8, логарифмический измеритель среднего тока 9, нелинейный преобразователь 10.

Ионизационная камера деления 1 соединена с выходом источника высокого напряжения 2 и со входом предварительного усилителя 3, выход которого соединен со входом дифференцирующего усилителя 4. Выход дифференцирующего усилителя 4 соединен со входом амплитудного дискриминатора 5, ко входу задания порога которого подключен выход электронного переключателя 6. Вход управления электронного переключателя через формирователь 7 подключен к выходу амплитудного дискриминатора 5, а на первый и второй входы электронного переключателя поданы первый и второй сигналы порогов дискриминации, один из которых равен нулю. Вход импульсного источника тока 8 соединен с выходом амплитудного дискриминатора 5, а его выход связан со входом логарифмического измерителя среднего тока 9, на выход которого подключен вход нелинейного преобразователя 10.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии потока нейтронов радиатор ионизационной камеры деления 1 испускает осколки, которые ионизируют газ и приводят к образованию зарядов, собираемых на электродах камеры под действием электрического поля от источника высокого напряжения 2. Эти заряды преобразуются предварительным усилителем 3 в импульсы напряжения, которые дифференцируются дифференцирующим усилителем 4 и в виде сигналов двуполярной формы поступают далее на вход линейного амплитудного дискриминатора 5. На вход задания порога дискриминации амплитудного дискриминатора 5 через электронный переключатель 6 подано напряжение порога дискриминации Uп=U1>0, а на второй вход электронного переключателя 6 подано напряжение порога дискриминации U2=0. Амплитуды импульсов от нейтронов в несколько раз превышают уровни помех и шумового сигнала, которые лежат ниже порога дискриминации U1. При появлении на входе амплитудного дискриминатора 5 импульса от нейтрона амплитудой большей, чем U1 напряжение на выходе амплитудного дискриминатора 5 начинает увеличиваться от нулевого уровня и вызывает формирование крутого фронта импульса на выходе формирователя 7, который управляет электронным переключателем 6 и мгновенно переключает сигнал Uп=U1 на входе задания порога дискриминации амплитудного дискриминатора 5 в нуль (Uп=U2=0). Таким образом амплитудный дискриминатор 5 пропускает на импульсный источник тока 8 сигнал, пропорциональный практически полной величине заряда в импульсе от нейтрона, включая тот, который находится ниже уровня дискриминации U1. После окончания положительной полуволны импульса на выходе дифференцирующего усилителя и соответственно амплитудного дискриминатора формирователь обеспечивает восстановление значения порога дискриминации Uп= U1>0 до прихода следующего импульса от нейтрона. Диапазон токов, пропорциональных нейтронной составляющей тока ионизационной камеры деления и контролируемых в импульсном режиме работы канала, составляет от 10^-14 до 10^-8 А, что для камеры деления соответствует обычно диапазону по плотности потока нейтронов от 10^-1 до 10⁺⁵ нейтр/(см²•с). При увеличении плотности потока нейтронов значения более чем 10⁵ нейтр/(см²•с) в канале контроля возникают наложения импульсов, которые статистически распределены по амплитуде и моментам времени возникновения, и статическая характеристика канала контроля начинает отличаться от линейной.

При потоках более 10⁷ нейтр/(см²•с) (токах более 10^-6 А) средняя величина тока I_и на выходе импульсного источника тока 8 полностью определяется полосой пропускания усилительного тракта канала и средним значением заряда в импульсе ионизационной камеры 1. Эквивалентное (среднее) значение порога дискриминации на входе задания порога амплитудного дискриминатора 5 приближается к нулю и канал переходит в чисто флуктуационный режим работы, а зависимость I_и от плотности потока нейтронов Ф принимает вид

что соответствует уменьшению вдвое наклона статической характеристики канала контроля нейтронного потока, взятой на выходе логарифмического измерителя среднего тока 9. Диапазон контроля во флуктуационном режиме составляет не менее двух декад.

Нелинейный преобразователь 10 обеспечивает линеаризацию характеристики канала как в области перехода от импульсного режима к флуктуационному, так и во флуктуационном режиме. Статическая характеристика нелинейного преобразователя 10 имеет вид, показанный на фиг.2.

Технический результат достигается тем, что предложенный канал контроля нейтронного потока по сравнению c прототипом позволяет расширить диапазон работы с 7 до 10-11 декад и повысить точность измерений за счет учета в преобразовании заряда в импульсах тока камеры части заряда, скрытого порогом дискриминации.

Использование: в ядерных реакторах. Сущность: канал нейтронного потока содержит ионизационную камеру деления, источник высокого напряжения, предварительный усилитель, дифференцирующий усилитель, амплитудный дискриминатор, импульсный источник тока, логарифмический измеритель среднего тока, нелинейный преобразователь, вход которого соединен с выходом логарифмического измерителя, формирователь и электронный переключатель с входами установки порога дискриминации и управления, а вход управления электронного переключателя через формирователь подключен к выходу амплитудного дискриминатора. Технический результат: повышение точности контроля плотности потока нейтронов и расширение динамического диапазона измерения. 2 ил.

Канал контроля нейтронного потока, содержащий ионизационную камеру деления, источник высокого напряжения, предварительный усилитель, дифференцирующий усилитель, амплитудный дискриминатор, импульсный источник тока и логарифмический измеритель среднего тока, отличающийся тем, что в него введены нелинейный преобразователь, вход которого соединен с выходом логарифмического измерителя, формирователь и электронный переключатель с входами установки порога дискриминации и управления, выход которого связан со входом амплитудного дискриминатора, а вход управления электронного переключателя через формирователь подключен к выходу амплитудного дискриминатора.