Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения Российский патент 2022 года по МПК G01T1/178 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в атомной энергетике и может быть использовано в системах для регистрации и мониторинга ионизирующего гамма-квантового излучения в различных средах.

Известно устройство для регистрации ионизирующих излучений (патент РФ №73498, дата публикации 20.05.2008, МПК G01T 1/40) содержащее сцинтиллятор, сопряженный с фотоэлектронным умножителем, выход которого соединен с усилителем, и микропроцессор, первый выход которого подключен через генератор импульсов тока к светодиоду, а второй выход подключен к первому входу схемы сравнения, а вход - к датчику температуры, светодиод сопряжен со сцинтиллятором, а дискриминатор нижнего уровня включен между выходом усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входам первого и второго ключа, управляющий вход второго ключа подключен к четвертому выходу микропроцессора, третий выход которого подключен ко второму входу генератора импульсов тока, первый выход микропроцессора подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого через первый интегратор подключен ко второму входу схемы сравнения, выход которой через высоковольтный источник питания и второй интегратор подключен к электродам фотоэлектронного умножителя.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является сцинтилляционный детектор гамма-квантов, содержащий в одном корпусе неорганический сцинтиллятор для регистрации гамма-квантов, фотоэлектронный умножитель (далее - ФЭУ), имеющий оптический контакт с неорганическим сцинтиллятором, делитель, сигнальный разъем, высоковольтный разъем, сигнальный кабель и кабель питания, причем сигнальный кабель соединяет сигнальный разъем с ФЭУ, а кабель питания соединяет высоковольтный разъем с делителем (патент РФ №152171, дата публикации 10.05.2015, МПК G01T 1/20).

Недостатком указанных устройств является отсутствие возможности использования их в различных средах, а также снижение конверсионной эффективности сцинтиллятора от повышения температуры.

Задачей настоящего изобретения является создание стабилизации чувствительности во всех условиях эксплуатации в течение всего срока службы (при старении и наработке сцинтиллятора и ФЭУ), что позволит обеспечить своевременное обнаружение начала разгерметизации тепловыделяющего элемента и отследить развитие дефекта посредством контроля изменения скорости счета электрических импульсов, полученных при регистрации гамма-излучения от радионуклидов продуктов деления ядерного топлива в выбранном диапазоне энергий.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение технических возможностей за счет использования блока детектирования как в жидких, так и в газообразных средах непосредственно в измерительных емкостях, а также для дистанционной регистрации при установке на перемещающихся платформах для регистрации гамма-квантового излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения, состоящий из цилиндрического корпуса, сцинтилляционного кристалла, фотоэлектронного умножителя, делителя напряжения и высоковольтного кабеля, согласно настоящему изобретению снабжен коаксиально установленным в цилиндрическом корпусе с одного его торца стаканом, соединенным с цилиндрическим корпусом через уплотнительное кольцо накидной гайкой, формирователем импульсов и конвертером питания, при этом сцинтилляционный кристалл установлен герметично в стакане и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Ce) бромида лантана (III), допированного церием, фотоэлектронный умножитель размещен внутри цилиндрического корпуса и жестко соединен с одного его торца с сцинтилляционным кристаллом, а с другого торца фотоэлектронный умножитель через выходной разъем подключен к делителю напряжения, выход делителя напряжения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с высоковольтным кабелем, передающим регистрируемые сигналы, а конвертер питания соединен своим входом с высоковольтным кабелем, а выходом с входом питания формирователя импульсов.

Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения может быть дополнительно снабжен проставочным кольцом для реализации установки в пробоотборной подсистеме.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид блока детектирования; на фиг. 2 представлена принципиальная схема блока детектирования.

Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения состоит из цилиндрического корпуса 1, сцинтилляционного кристалла 2, фотоэлектронного умножителя 3, делителя напряжения 4 и высоковольтного кабеля 5. В цилиндрическом корпусе 1 с одного его торца коаксиально установлен стакан 6, соединенный с цилиндрическим корпусом 1 через уплотнительное кольцо 7 накидной гайкой 8. Также блок детектирования снабжен формирователем импульсов 9 и конвертером питания 10. При этом сцинтилляционный кристалл 2 установлен герметично в стакане 6 и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Се) бромида лантана (III), допированного церием.

Фотоэлектронный умножитель 3 размещен внутри цилиндрического корпуса 1 и жестко соединен с одного его торца с сцинтилляционным кристаллом 2, а с другого торца фотоэлектронный умножитель 3 через выходной разъем подключен к делителю напряжения 4. Выход делителя 4 напряжения соединен с входом формирователя 9 импульсов, а выход формирователя 9 импульсов соединен с высоковольтным кабелем 5, передающим регистрируемые сигналы в систему контроля герметичности оболочек твэл.

Конвертер питания 10 соединен своим входом с высоковольтным кабелем 5, а выходом с входом питания формирователя 9 импульсов. Конвертер питания 10 обеспечивает понижение входного напряжения.

Блок детектирования дополнительно снабжен проставочным кольцом (на чертежах не показано) для реализации установки в пробоотборной подсистеме.

Работа устройства поясняется на примере регистрации излучений продуктов деления, попадающих в теплоноситель при возникновении разгерметизации одного или нескольких твэл работающего ядерного реактора. Блок детектирования преобразовывает энергию отдельных гамма-квантов в световые импульсы, а затем в электрические импульсы с заданной формой импульса по амплитуде (площади), пропорциональной энергии зарегистрированного гамма-кванта, и передачу этих сигналов по питающему блок детектирования высоковольтному кабелю 5 в аппаратуру системы контроля герметичности оболочек твэл.

Блок детектирования, работающий в системе контроля герметичности оболочек твэл, предназначен для своевременного обнаружения начала разгерметизации тепловыделяющего элемента и отслеживания развития дефекта посредством контроля изменения скорости счета электрических импульсов, полученных при регистрации гамма-излучения от радионуклидов продуктов деления ядерного топлива в выбранном диапазоне энергий.

В результате работы блока детектирования производится регистрация сигналов, характеризующих излучение.

Блок детектирования может использоваться как в жидких и газообразных средах непосредственно в измерительных емкостях, так и для дистанционной регистрации при установке на перемещающихся платформах для регистрации гамма-квантового излучения.

При установке блока детектирования в пробоотборных емкостях используется проставочное кольцо (на чертежах не показано).

Сцинтилляционный кристалл 2 LaBr3(Се) бромида лантана (III), допированного церием, преобразовывает большую долю падающей энергии излучения в быструю флюоресценцию, причем интенсивность свечения пропорциональна поглощенной энергии. Импульс света, возникающий в сцинтилляционном кристалле 2, регистрируется с помощью ФЭУ 3, состоящего из фотокатода 11, анода 12 и динодов 13. Попадая сквозь прозрачное окно на фотокатод 11 ФЭУ 3, кванты света вырывают из светочувствительного слоя некоторое количество электронов. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем и ударяют о специальные электроды, называемые динодами 13. На динодах 13 происходит умножение электронов. Последний динод является анодом 12. Форма импульса тока на выходе из ФЭУ 3 определяется величиной времени высвечивания сцинтилляционного кристалла 2 и схемой включения ФЭУ 3.

Формирователь импульсов 9 преобразует импульсы тока на выходе ФЭУ 3 в электрические импульсы с заданной формой импульса по амплитуде (площади), пропорциональной энергии зарегистрированного гамма-кванта. Сформированные импульсы по питающему блок детектирования высоковольтному кабелю 5 передаются в аппаратуру системы контроля герметичности оболочек твэл.

Конвертор питания 10 преобразовывает высокое напряжение в низкое и обеспечивает электропитание электронной схемы блока детектирования.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в атомной энергетике. Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения состоит из цилиндрического корпуса, сцинтилляционного кристалла, фотоэлектронного умножителя, делителя напряжения и высоковольтного кабеля. В цилиндрическом корпусе с одного его торца коаксиально установлен стакан, соединенный с цилиндрическим корпусом через уплотнительное кольцо накидной гайкой. Также блок детектирования снабжен формирователем импульсов и конвертером питания. При этом сцинтилляционный кристалл установлен герметично в стакане и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Се) бромида лантана (III), допированного церием. Технический результат – расширение технических возможностей устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения, состоящий из цилиндрического корпуса, сцинтилляционного кристалла, фотоэлектронного умножителя, делителя напряжения и высоковольтного кабеля, отличающийся тем, что он снабжен коаксиально установленным в цилиндрическом корпусе с одного его торца стаканом, соединенным с цилиндрическим корпусом через уплотнительное кольцо накидной гайкой, формирователем импульсов и конвертером питания, при этом сцинтилляционный кристалл установлен герметично в стакане и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Ce) бромида лантана (III), допированного церием, фотоэлектронный умножитель размещен внутри цилиндрического корпуса и жестко соединен с одного его торца со сцинтилляционным детектором, а с другого торца фотоэлектронный умножитель через выходной разъем подключен к делителю напряжения, выход делителя напряжения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с высоковольтным кабелем, передающим регистрируемые сигналы, а конвертер питания соединен своим входом с высоковольтным кабелем, а выходом с входом питания формирователя импульсов.

2. Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен проставочным кольцом для реализации установки в пробоотборной подсистеме.