УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ Советский патент 1994 года по МПК G01T3/00 

Изобретение относится к регистрации нейтронного излучения.

Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для регистрации временной зависимости нейтронной составляющей полей излучения на ядерных реакторах.

Известно устройство - трехэлектродная вакуумная камера деления с компенсацией сигнала от гамма-излучения. Устройство работает по принципу регистрации тока электронов вторичной эмиссии, возникающих при делении ядер вещества радиатора в поле излучения нейтронов. Сигнал от гамма-излучения учитывается при вычитании тока медленных электронов, возникающих под действием гамма-излучения в секции детектора, не содержащей нейтроночувствительного радиатора, из тока нейтроночувствительной секции детектора.

Недостатком известной конструкции является то, что изготовление вакуумных детекторов требует использования специального дорогостоящего оборудования и делящихся материалов.

Известен детектор с водородсодержащим рассеивателем (ДВР).

Указанный детектор состоит из плоского алюминиевого электрода, разделенного с алюминиевым корпусом двумя слоями диэлектриков, один из которых выполнен из водородсодержащего материала (например, полиэтилена), а другой - из материала, не содержащего атомов водорода (например, фторопласта), с эффективным атомным номером, не превышающим атомного номера материала корпуса электрода. Детектор работает по принципу регистрации тока протонов отдачи, возникающих в водородсодержащем диэлектрике под действием направленного излучения нейтронов.

Чувствительность данной конструкции к гамма-квантам обусловлена нарушением электронного равновесия между водородсодержащим и неводородсодержащим материалами. Величина сигнала от гамма-излучения в гамма-нейтронном поле излучения ядерных реакторов с соотношением мощности дозы гамма-излучения и плотности потока нейтронов 2,5 ˙10¹⁰ Р_нейтр.^-1 см² составляет величину 20 - 40% сигнала от нейтронов при толщинах полиэтилена, фторопласта и алюминиевого электрода 0,3 - 0,6 мм, 0,2 мм и 0,1 мм соответственно. При уменьшении толщины полиэтиленового диэлектрика вклад сигнала от гамма-излучения в сигнал ДРВ уменьшается, но при этом значительно возрастает электрическая емкость детектора.

Недостатками известной конструкции являются либо высокая чувствительность к гамма-излучению, либо высокая электрическая емкость детектора.

Другим недостатком известной конструкции ДВР является отсутствие возможности компенсации сигнала от гамма-излучения.

Из известных устройств для регистрации нейтронов наиболее близкой по технической сущности является устройство для регистрации нейтронов, содержащее металлический корпус, внутри которого размещены плоский металлический электрод, заключенный между двумя слоями диэлектриков, один из которых выполнен из водородсодержащего материала в виде пластины, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, и дополнительный плоский металлический электрод, расположенный со стороны водородсодержащего диэлектрика.

Недостатком известного устройства является то, что компенсация сигнала от гамма-излучения осуществляется при толщинах полиэтиленового диэлектрика <0,2 мм для излучения ядерных реакторов. При таких толщинах зависимость чувствительности детектора от энергии нейтронов в интервале энергий нейтронов, образующихся в активной зоне ядерных реакторов, имеет довольно сложный вид, требует тщательного изучения для осуществления регистрации излучений с различными распределениями нейтронов по энергиям с удовлетворительной точностью. Экспериментальное определение зависимости чувствительности от энергии нейтронов в интервале энергий, образующихся в активной зоне ядерных реакторов нейтронов для ДВР затруднено ввиду отсутствия моноэнергетических источников с высоким ( >10⁹ нейтр. /см²/с) с выходом нейтронов.

В то время, как, например, для полиэтиленового диэлектрика толщиной >0,5 мм для распределения нейтронов по энергиям на ядерных реакторах зависимость чувствительности ДВР от энергии нейтронов удовлетворительно описывается функцией K_n(E_n) = KE_n, где K - постоянная характеристика данного водородсодержащего диэлектрика. Формирование зависимости чувствительности от энергии нейтронов к данному виду происходит в первую очередь за счет исключения вклада сигнала, наведенного индукционным путем, распределенным вблизи границы раздела с неводородсодержащим веществом объемным зарядом водородсодержащего диэлектрика, возникающим при переносе заряда протонов отдачи, в сигнал, обусловленный переносом заряда протонов отдачи на сигнальный электрод. Очевидно, что при толщинах водородсодержащего диэлектрика, значительно превышающих максимальную величину пробега протонов отдачи в данном диэлектрике, вклад индукционно наведенного сигнала в сигнале ДВР не значителен.

Зависимость чувствительности от энергии нейтронов, описанная функцией вида K_n(E_n) = KE_n может быть определена как в поле излучения с известным распределением нейтронов по энергиям, так и на генераторе нейтронов с энергией 15 мэВ.

Целью изобретения является увеличение точности регистрации плотности потока нейтронов в гамма-нейтронных полях излучения за счет увеличения точности определения зависимости чувствительности от энергии нейтронов при сохранении возможности компенсации сигнала от гамма-излучения.

Это достигается тем, что в устройство для регистрации нейтронов, содержащее металлический корпус, внутри которого размещены плоский металлический электрод, заключенный между двумя слоями диэлектриков, один из которых выполнен из водородсодержащего материала в виде пластины толщиной не менее максимального пробега протонов отдачи в данном веществе, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, и дополнительный плоский металлический электрод толщиной, достаточной для поглощения всех протонов отдачи, расположенный со стороны водородсодержащего диэлектрика, при этом, устройство дополнительно содержит водородсодержащий диэлектрик, толщиной превышающей величину максимального пробега протонов отдачи в диэлектрике, расположенный между вторым электродом и корпусом.

Такое конструктивное выполнение устройства для регистрации нейтронов позволяет увеличить точность регистрации плотности потока нейтронов в гамма-нейтронных полях с различными распределениями нейтронов по энергиям за счет использования водородсодержащего рассеивателя толщиной >0,5 мм, т. е. достаточной для преобразования зависимости чувствительности детектора от энергии нейтронов к виду в интервале энергий нейтронов, образующихся в активной зоне ядерного реактора.

Предложенное устройство для регистрации нейтронов позволяет также сохранить возможность компенсации сигнала от гамма-излучения при сложении (вычитании) сигналов электрода, чувствительного только к гамма-излучению, и электрода, чувствительного как к нейтронам, так и гамма-излучению.

На фиг. 1 показано устройство - общий вид; на фиг. 2 - осциллограммы сигналов на электродах устройства, полученные в импульсном поле излучения реактора.

Устройство для регистрации нейтронов состоит из сигнального электрода 1, выполненного в виде плоской металлической пластины из материала с низким атомным номером толщиной d, не меньшей величины максимального пробега протонов отдачи, но много меньшей средней длины пробега комптоновских электронов в материале электрода (для алюминия, например, 0,05 мм < d < 0,1 мм). Электрод 1 расположен внутри металлического корпуса 2, выполненного из материала с низким атомным номером. Электрод 1 окружен двумя слоями диэлектриков, один из которых 3 выполнен из неводородсодержащего материала с эффективным атомным номером, не превосходящим атомного номера материала корпуса 2 и электрода 1, а другой - 4 - из водородсодержащего материала толщиной d₁, достаточной для формирования зависимости чувствительности от энергии нейтронов к линейному виду. Так, например, для распределения нейтронов по энергиям, имеющем место на ядерном реакторе d₁ > 0,5 мм. С диэлектриком 4 сопряжен гамма-чувствительный электрод 5, выполненный из металла с низким атомным номером в виде пластины толщиной не менее максимального пробега протонов отдачи, но много меньшей среднего пробега комптоновских электронов в веществе электрода. Гамма-чувствительный электрод 5 разделен с корпусом диэлектриком 6, выполненным из водородсодержащего материала толщиной, превышающей величину максимального пробега протонов отдачи в данном материале. Толщина по крайней мере одного из диэлектриков 4 и 6 не превосходит величины среднего пробега комптоновских электронов в данном материале < 3 мм, а другого <10 мм. Электровыводы обеспечиваются изоляторами 7. Электроды соединены с входами схемы сложения (вычитания) сигналов 8.

Устройство работает следующим образом.

При облучении нейтронами, например, со стороны неводородсодержащего диэлектрика в цепи сигнального электрода 1 возникает электрический ток, обусловленный переносом заряда протонов отдачи в водородсодержащем диэлектрике 4. Однако при условии, что толщина водородсодержащих диэлектриков 4 и 6 превышает величину пробегов протонов отдачи в веществе данного водородсодержащего диэлектрика, электрического тока в цепи гамма-чувствительного электрода 5, из-за переноса заряда паротонов отдачи в диэлектриках 4 и 6 не возникает, если пренебречь ослаблением потока нейтронов в диэлектриках. Данное пренебрежение обеспечивает точность регистрации не менее 1% при толщинах диэлектриков <1 мм.

При облучении гамма-квантами с той же стороны между неводородсодержащим и водородсодержащим диэлектриками возникает нарушение электронного равновесия вследствие процесса комптоновских электронов, которое формирует профиль распределения заряда в диэлектриках. В виде малости толщин электродов (< 0,1 мм). Сигналы в цепи обоих электродов обусловлены зарядами индуцируемыми распределенным по объему диэлектриков зарядом, т. е. в цепи каждого из электродов появляются сигналы от гамма-излучения, сравнимые по величине. Эти сигналы компенсируются в схеме сложения (вычитания) 8.

Предложенное устройство для регистрации плотности потока нейтронов по сравнению с образцами аналогичного оборудования позволяют увеличить точность регистрации плотности и потока нейтронов в гамма-нейтронных полях излучения за счет увеличения точности определения зависимости чувствительности от энергии нейтронов.

Устройство позволяет также сохранить возможность компенсации сигнала от гамма-излучения.

Выполнение предлагаемого устройства описанным образом обеспечивает увеличение точности регистрации плотности потока нейтронов в смешанных гамма-нейтронных импульсных полях излучения ядерных реакторов на 10 - 20% в среднем во временном интервале, соответствующем 90% флюенса излучения.

Испытание предложенного устройства для регистрации нейтронов показали его работоспособность в конкретных условиях использования. (56) Патент США N 3067329, кл. 250-83.1, опублик. 1963.

Авторское свидетельство СССР N 713293, кл. G 01 T 3/00, 1979.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ, содержащее металлический корпус, внутри которого размещены плоский металлический электрод, заключенный между двумя слоями диэлектриков, один из которых выполнен из водородсодержащего материала в виде пластины, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, и дополнительный плоский металлический электрод, расположенный со стороны водородсодержащего диэлектрика, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности регистрации плотности потока нейтронов в гамма-нейтронных полях излучения за счет увеличения точности определения зависимости чувствительности от энергии нейтронов, устройство дополнительно содержит водородсодержащий диэлектрик, выполненный в виде пластины, превышающей величину максимального пробега протонов отдачи в диэлектрике, расположенный между вторым электродом и корпусом.