Нейтронная ионизационная камера деления Советский патент 1984 года по МПК H01J47/02 G01T3/00 

Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть исполь зовано в системе управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов- (ЯР) для измерения и контроля плотности потока нейтронов (ППН), измерение которого в ядерных реакторах проводит ся в широком диапазоне десяти или более порядков, В качестве детекторов применяют ионизационные борные камеры и камеры деления. Обычно ионизационные камеры имеютограниченный диапазон измерения и поэтому используют несколько камер разной чувствительност с последовательным перекрытием поддиапазонов. Увеличение числа камер усложняет СУЗ. Поэтому задача состо ит в осуществлении непрерывного измерения и контроля во всем диапазоне одним детектором. Известна ионизационная камера де ления, содержащая корпус и два элек трода, причем на поверхности электродов, обращенных друг к другу, нанесены слои веТцества, содержащего д лящий изотоп (например, уран-235)1 Эта камера деления работает как в импульсном, так и в токовом режимах При малых уровнях ППН камера работает в импульсном режиме, и сигна снимают в виде среднего числа импульсов тока в единицу времени. -Вер ний предел работы в импульсном режиме камера деления имеет порядка 10 имп/с, который ограничен просче том импульсов за счет мертвого времени. При высоких уровнях Ш1Н ка мера работает в токовом режиме. Ниж ний предел пропорциональности между током камеры и ППН ограничен гаммафоном, который не пропорционален ППН. Между областями работы камеры в импульсном и токовом режимах имеется область неконтролируемой ППН 10 5-1 о нейтр.см-2 с-г Недостатком таких камер деления является необходимость применения дополнительного детектора для контроля в промежутке между импульсным и токовым режимах- работы. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является камера деления типа КНК-15-1, содержащая корпус,, положительный, собирающий и от рицательный электроды и слой вещест ва, содержащего делящийся изотоп, например уран-235, нанесенный на об ращенные друг к другу поверхности положительного и собирающего электродов С23. Чувствительность камеры КНК-15-1 к гамма-излучению равна IO A/P/ч. Уменьщение чувствительности достигнуто благодаря частичной замене материала отрицательного электрода на тантал. Недостатком является то, что камера имеет относительно высокую чувствительность к гамма-излучению, поэтому в больщих нейтронных и гамма-полях камера-прототип КНК-15 1 не может измерять с данной метрологической точностью плотности потоков нейтронов непрерывно во всем диапазоне, так как от 1 С до 2,;JO нейтр. - С она имеет неизмеряемый участок. Целью изобретения является расщирение диапазона измеряемых плотностей потока нейтронов. Поставленная цель достигается тем, что в ионизационной камере деления, содержащей корпус, положительный, собирающий и отрицательньй электроды, слой вещества, содержащего делящийся изотоп, например уран235, который нанесен на обращенные друг к другу поверхности полржительного и собирающего электродов, слой упомянутого вещества нанесен также на обращенные друг к другу поверхности собирающего и отрицательного электродов, поверх которого расположен слой материала-поглотителя с толщиной, равной длине пробега осколков деления з данном материале. Вещество с делящимся изотопом, нанесенное на электроды компесационного объема, не изменяет чувствительность камеры к нейтронам, так как осколки деления, образующиеся при взаимодействии нейтронов с делящимся изотопом, полностью поглощаются слоем материала, нанесенного на поверхности вещества. Дополнительным введением в камеру делящегося изотопа получены два объема - рабочий и компенсационньй с практически одинаковой чувствительностью к фоновому бета, гаммаизлучению, так как потеря энергии бета, гамма-излучения в слое материала, толщина которого равна пробегу осколков деления в данном материале, незначительна из-за больщой проникающей способности бета, гамма-излучения. Например, пробег осколков деления урана-2ЗЬ в алюминии равен 3,7 мг/см, а пробег элек тронов с энергией 1 МэВ равен 350370 мг/см. Выравнивание чувствител ности рабочего и компенсационного объемов к фоновому излучению позволило значительно улучшить компенсацию фона. На чертеже представлена структур ная схема ионизационной камеры деления. Ионизационная камера содержит ге метичный корпус 1, заполненньй инер ным газом. Внутри корпуса 1 расположены положительный 2, собирающий 3 и отрицательный 4 электроды. На поверхности электродов 2 и 3, обращенные друг к другу, нанесен открытый слой вещества 5, содержащий делящийся изотоп, например уран-235. Слой вещества 5 нанесен и на поверх ности электродов 3 и 4, обращенные друг к другу, поверх этого слоя закреплен материал 6, поглощающий осколки деления. Все электроды электроизолированы друг от друга и от корпуса камеры. На положительный электрод подает ся положительный потенциал, на отри цательньй электрод - отрицательный потенциал напряжения. Устройство работает следующим об разом. В результате взаимодействия нейтронов, бета, гамма-излучения с делящимся изотопом и стенками ионизационной камеры между собирающим 3, положительным 2 и отрицательным 4 электродами возникает ионизационный ток, состоящий из трех компонент. Одна компонента тока обусловлена вз имодействием нейтронов с делящимся изотопом.поверхность которого не за крыта поглотителем осколков деления. ве другие компоненты тока обусловлены бета, гамма-излучением и компенсируют друг друга, так как полярность их различна. Токовый сигнал снимается с электрода 3, поэтому чем меньще разница этих двух компонент тока, тем лучше компенсация, тем меньше чувствительность камеры к гамма-излучению. Чувствительность к фоновому (внешнему) гамма-излучению в предлагаемой камере составляет IO A/P/ч. По сравнению с чувствительностью камерыпрототипа КНК-15-1-10- А/Р/ч достигнуто 100-кратное понижение чувствительности к фоновому гамма-излучению, благодаря чему расширен диапазон в токовом режиме до. 2-. 10 нейтр.см2- с . Поскольку верхняя граница измеряемого потока нейтронов в импульсном режиме составляет 10 нейтр. см с, то пред- . лагаемая камера позволяет вести непрерывный контроль во беем диапазоне потока нейтронов. Таким образом, дополнительное введение в ионизационную камеру деления вещества, содержащего делящийся изотоп на поверхности собир ющего и отрицательного электродов и закрытого поглотителем осколков деления, позволяет практически полностью компенсировать ток, возникающий от внутреннего и внеЩнего гамма-из-. лучения, оставляя прежней чувствительность к нейтронам. Изобретение позволяет сократить количество аппаратуры измерения и контроля плотности потока нейтронов в три раза и дать экономию для одного реактора,около 100 тыс.руб.

НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА ДЕЛЕНИЯ, содержащая корпус, положительный, собиракщий и отрицательный электроды, слой вещества, содержащего делящийся иэотоп, который нанесен на обращенные друг к ,другу поверхности положительного и собирающего электродов, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых плотностей потока нейтронов, сло упомянутого вещества нанесен также на обращенные друг к другу поверхности собирающего и отрицательного электродов. Поверх которого расположен слой материала-поглотителя с толщиной, равной длине пробега осколков деления в данном материале. сл СП со