Способ изготовления детектора прямой зарядки Советский патент 1983 года по МПК G01T1/28 

Изобретение относится к первичн измерительным преобразователям сис тем внутриреакторного контроля (СВРК) и может быть использовано н предприятиях, изготавливающих дете торы прямой зарядки (ДПЗ). Известен способ изготовления де тектора прямой зарядки (ДПЗ)- путем установки между калиброванным эмит тером и коллектором высокоомного изолятора в вийе капиллярной трубки ,иэ кварцевого стекла или соломки-и алунда, соединения эмиттера с сигнальной жилой кабеля, а коллектора - с его оболочкой и последующей герметизации детектора l . Установка калиброванного эмиттера обеспечивает высокую идентичност по. начальной чувствительности ДПЗ к нейтронам (1%), однако они имеют недостаточную механическую прочност и долговечность при эксплуатации в условиях активной зоны энергетического реактора. Кроме того, производство детекторов по данному спо собу связано с трудоемкими ручными операциями по изготовлению, отбраковке и отмывке капилляров из кварцевого стекла. Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ДПЗ, включающий изготовление эмиттера,, коллектора, расположенного между ними изолятора и соединение отдельных частей детектора и последующее присоединение линии {Yj . Способ включает ряд трудоемких операций, как-Tos специальную обработку и намотку кварцевой нити на поверхность эмиттера, или изготовление оплетки из кварцевых нитей с последующей установкой ее меж ду эмиттером и коллектором. При дан ном способе плотность изолятора нельзя доводить до теоретического значения, так как при этом будет на рушена однородность эмиттера из-за деформации. Поэтому изолятор делают рыхлым с увеличенной толщиной, что при ограниченном внешнем диамет ре детектора приводит либо к уменьшению диаметра эмиттера, т.е. к снижению линеЯной чувствительности детектора, либо к уменьшению толщи- ны коллектора, что снижает эффект экранировки ( -излучения эмиттера. Таким образом в известных способах изготовления ДПЗ улучшение метрологических характеристик ДПЗ сопряжено со снижением их Механической про ности и долговечности, а повышение механической прочности и долговечно ти ДОЗ приводит к ухудшению метрологических характеристик. Цель изобретения - улучшение петрологических характеристик и повышение надежности ДПЗ. Для достижения поставленной цели согласно способу изготовления ДПЗ, включающему изготовление эмиттера, коллектора, расположенного между ними изолятора и соединение отдельных частей детектора и последующее присоединение линии связи, внутри коллектора размещают двухслойный технологический стержень, который после засыпки порошкообразного изолятора в зазор между коллектором и стержнем волочения черезфильеру и отжига для получения диффузионного слоя между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора и плотности последнего не менее 80% от теоретической, растягивеиот за оба конца, затем стержень извлекают из сф6рми;рованной системы коллек-: тор - изолятор и в полученное отверстие устанавливают калиброван ный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изолятора на превышение в рабочих условиях термического расшнрения диаметра эмиттера над расширением и внутреннего диаметра -изолятора и после присоединения линии связи заполняют детектор инертЬьА и герметизируют. При этом технологический стержень выполняют жестко соеданенных между собой, например волочением, слоев, наружный из которых выполняют из материала, твердость котгфого равна твердости материала коллектораг а внутренний из высокопластичного материала, причем толщина наружного слоя равна 10-15% от радиуса внутреннего слоя. Увеличение плотгаости иэолятора до значений не менее 80% от теоретически возможного значения позволяет уменьшить толщину изолятора и соответственно увеличить диаметр эмиттера и/или толщину коллектора (в пределах ограниченного внешнего диаметра детектора). Наличие переходного диффузионного слоя между коллектором и .изолятором толщиной 0,1-1% от толщины последнего позволяет обеспечить регулярный сток объемного заряда из изолятора на коллектор и сохранить целостность иэолятора при механических воздействиях на детектор, при этом его увеличение приводит к увеличению вероятности снижения сопротивления изолятора в процессе эксплуатации, а уменьш«эние - к ухудшению механичес кой прочности сцепления изолятора с коллектором.. Превышение внутреннего диги 4етра изолятора над диаметром эмиттера на значение положительнай разности между термическими приращениями в рабочих условиях диаметра эмиттера и внутреннего диаметра изолятора

позволяет при нормальных условиях ( свободно размещать калиброванный эмиттер внутри изолятора, а при рабочих условиях обеспечить отвод радиационного тепла от эмиттера через изолятор, переходный диффузионный слой и коллектор к теплоносителю. Кроме того наличие теплового контакта между эмиттером и изолято- ром исключает вибрацию эмиттера относительно изолятора и кабеля. Наличие внутрри изолятора полости, ограниченной торцами э.миттера и сигнального кабеля позволяет свободно, разместить в ней и тангенциально подвести к торцу эмиттера соединительный участок сигнальной жилы кабеля , которая жестко связана с эмиттером, например с помощью лазерной сварки.

Замена воздуха в упомянутой полости на инертный газ, например гелий, позволяет увеличить внутреннее сопротивление детектора, т.е. уменьшить потерю токового сигнала . внутри детектора. Тангенциальный подвод к торцу эмиттера и превышение длины соединительного участка сигнальной жилы на 20-50% над растоянием между торцами эмиттера и кабеля позволяет повысить безотказность работы электрического контакта между эмиттером и сигнальной жилой кабеля за счет пружинного эффекта соединительного участка сигнальной жилы, при этом увеличение длины соединительного участка за указанный верхний предел затрудняет размещение соединительного участка йнутри упомянутой полости, а уменьшение длины соединительного участка за указанный нижний предел приводит к ухудшению пружинящих свойств соединительного участка сигнальной жилы.

Увеличение суммарной линейной плоности материалов изолятора и коллектора (в радиальном направлении) до значений не менее трех толщин слоя половинного, ослабления f) -излучения эмиттера позволяет снизить составляющую фона сигнальных кабелей, прилегающих к коллектору снаружи, обусловленную попаданием 5 -частиц эмиттера на сигнальные жилы кабелей других совместно работающих детекторов, уменьшение упомянутой линейной плотности ниже указанного предела приводит к неприемлемому увеличению фона - излучения эмиттера на внешней поверхности коллектора, где могут располагаться сигнальные кабели от других детекторов. Кроме Toiro, увелич ениё толщины коллектора способствует повышению механической прочности ДПЭ. В способе изготовления ДПЗ в начальной стадии вместо эмиттер(1 внутри коллектора размещают двухслойный технологический стерxeKbj окруженныйслоем порошкообразного изолятора, например MgO. Этот

стержень позволяет полностью Исключить дефОЕ лацию калиброванного эмиттера ча стадии волочения через фильеру, получить диффузионный слой между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора, а так же спрессовать изолятор до

0 плотности не ниже 80% от теоретически возможного значения.

Отжиг системы коллектор - изолятор - стержень после волочения производят для снятия наклепа в ма5 териале коллектора и стимулирования процесса образования диффузионного слоя между коллектором и изолятором. Температуру отжига задают на уровне 70% от температуры плавления материала коллектора.

При этом использование технологического стержня с наружным слоем, из нержавеющей стали и высоко пластичным внутренним слоем,

5 например из CU Ав, позволяет после волочения растягивать стержень без внутреннего обрыва, отслаивать, его от изолятора и свободно извлекать стержень из полученного отверстия внутри изолятсфа..Оптимальная толщи0на наружного слоя составляет 10-15% от радауса внутреннего слоя стержня. Увеличение толщины сверх указанного . верхнего предела приводит к ухудшению пластичности стержня, необходи5мой при его ра.стяжке, а уменьшение толщины за указанный нижний предел приводит к снижению жесткости стержия, необходимой на стадии волочения системы коллектор - изолятор - жень.

Детектор прямой зарядки содержит сигнальную жилу 1 кабеля для передачи тока от эмиттера к информационно-измерительному комплексу, кото1 1й не показан , фоновая жила 2 кабеля -для измерения фонового тока в сигнальной жиле кабеля, изолятор 3 кабеля, оболочку 4 кабеля (служит

проводиикст тока), место 5 сварки (или спайки), коллектора, газовая полость 6, заполненная инертным га9ОМ, например .Не, место 7 сварки (или пайки) эмиттера с сигнальной жилой кабеля, эмиттер 8 (служит для

генерации тока под действием нейтроиов и (или) гамма-квантов ., изолятор 9 детектора (объединен с коллектором и имеет плотный контакт с эмиттером в рабочих условиях, коллектор 10 (служит экраном для заряженных частиц, вылетающих из эмиттера и проводником тока), диффузионный слой 11 между изолятором и коллектором, трубка 12 (для откачки

рздуха и заполнения полости внугри детектора инертным газом, например Не)/ место 13 герметизации отверстия в трубке сваркой (или пайкой) , торцовой изолятор 14 (фиксирует эмиттер в заданном осевом положении, переходник 15 (для герметизации кабеля и перехода к отдельным изолированным проводникам).

ДПЗ работает в активной зоне ядерйого реактора в качестве первичного измерительного преобразователя нейтронного и/или гамма-излучения в постоянный электрический ток. При захвате нейтронов в эмиттер 8 испускгиотсямгновенные гамма-кванты, которые выбивают комптоновские ронЫ| вылетающие из эмиттера 8 через изолятор 9 на коллектор 10, что обеспечивает мгновенную часть токового сигнала. Возбужденные ядра испуск§ют Р -частицы, которые также вылетают из эмиттера 8 на коллек тор 10 и создают запаздывающую часть токового сигнала. Например, в случае эмиттера из Rh мгновенная 1 часть сигнала составляет 6-8% от полного сигнала детектора. Ток детектора через постоянный контакт 7 посту на сигнальную жилу 1, а ее фоновый ток измеряют с помощью изолированной фоновой жилы 2. При этом возможно использование бесфондового одножильного кабеля, тогда необходимость в фоновой жиле 2 отпадает. Для измерения гамма-иэлучения эмиттер изготовляют из материёша мало чувствительного к нейтронам, имеющего больиюй атомный номер, например из Се.

По сравнению с базовым отечественным образцом ДПЗ/ предлагаемый ДПЗ более устойчив к ;гранспортной .тряске, изгибу, вибрации и сейсмическим ударам. Кроме того, он более

5 устойчив к термическим и радиационным воздействиям, что обеспечивает повышение его ресурса в сопоставляемых условиях эксплуатации. Это подтверждается результатами сравни10 тельных испытаний опытной партии новых детекторов и серийных детекторов базового образца в высокотемпературной гелиевой петле на реакторе МР, а также опытной эксплуатации

5 предлагаемых ДПЗ в активной зоне реактора ВВЭВ-1000.

Увеличение ресурса ДПЗ позволяет уменьшить количество детекторов, необходимых на весь срок службы ре0 актора. Кроме того, увеличение механической прочности ДПЗ позволяет уменьшить выход из строя детекторов при тра нспортировке и подготовке к эксплуатации.

Предлагаемый способ изготовления ДПЗ по сравнению с базовым с отечественным способом позволяет устранить трудоемкие ручные операции по отбраковке и отмывке изрляторов, изготовленных в виде капилляра из кварцевого стекла. При этом тру доемкость и стоимость изготовления ДПЗ могут быть снижены за счет использования промышленной техноло-гии производства нагревостойких

5 кабелей на стадиях волочения и от,жига системы коллектор - изояятор стержень.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТЕКТОРА ПРЯМОЙ ЗАРЯДКИ, включающий изготовление эмиттера, коллектора, расположенного между ними изолятора, соединение отдельных частей детектора и последующее присоединение линии связи, отличающийс я тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик и повышения надежности детектора, внутри коллектора размещают двухслойный технологический стержень, который после засыпки порошкообразного изолятора в зазор между coллeктopoм и стержнем, волочения.через фильеру и отжига до получения диффузионного слоя между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1% от толщины изолятора и плотности последнего не менее 80% от теоретической, растягивают за оба конца, затем стержень извлекают из сформированной системы коллектор-изолятор и.в полученное от верстие устанавливают калиброванный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изолятора на превышение в рабочих условиях термического расширения диаметра эмиттера над расширением внутреннего i диаметра изолятора и после присоединения кабеля заполняют детектор ед инертньш газом и герметизируют. 2. Способ по п. 1, 6 тл и ч а ющ и и с я тем, что технологический стержень вьшолняют из двух жестко соединенных между собой слоев, наружный из которых выполняют -из материала, твердость которого равна твердости материала коллектора, а внутренний - из высокопластичного СП материала, причем толпщна наружного слоя составляет 10-15% от радиуса внутреннего слоя.