Широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал Советский патент 1984 года по МПК G01T1/16 G21C17/10 

Изобретение относится к ядерной физике и предназначено для измерен в широком диапазоне (10-11 десятич ных порящков ) быстроменяющихся пло ностей потока нейтронов,в том числе их знакЪпеременкым градиентом, в а паратуре контроля нейтронного пото систем управления и защиты ядерных реакторов, Известны импульсные и токовые радиометрические каналы, состоящие из блока детектирования, расположен ного в зоне облучения, и электронно го устройства обработки сигналов с блоков детектирования, расположенно го вне зоны облучения. Блок детектирования, выполненийй например, на основе импульсной или токовой ионизационной камеры, как правило соединен с электронным устройством обработки посредством кабельной линии связи. Электронное устройство состоит и предварительного усилителя, осущест вляющего усиление сигнала от детект ра/ и соединенного последовательно с- усилителем устройства выделения полезного сигнала (дискриминатор, частотный детектор), с выхода которого сигнал поступает на выходное устройство, осуществляющее необходимую обработку и вывод информации на локазывакадие приборы и в систему управления и защиты(СУЗ). В качестве предварительных устройств обработки используют, например, токовые усилители, преобразова тели ток-частота, ток-напряжение. Сигналы с преобразователей обрабатываются так же как в импульсных каналах Cl1. Однако известные радиометрически каналы недостаточно широкий диапазон измерений: импульсные из-за ограничений счета импульсов от камеры, определяемой параметрами импульсного сигнала и временными параметра {и усилителей-формирователей, а токовые - из-за невысокой чувствительности и фоновых { или остаточных I токов, обусловленных нали чием сопутствующих ионизирующих гам ма-, бета-излучений и наведенной ак тивностью, i { аиболее близким по технической сущности к предлагаемому является широкодиапазонный импульсный токовы ра,циометрический канал, содержащий детектор, расположенный в.зоне облу - чения, состоящий из имг;ульсно-токо вой ионизационной камеры деления, разделительного дифференциального трансформатора и фильтра питания камеры и соединенный через линию связи с последовательно включенными .согласующим импульсным усилителем, дискриминатором и первым входом устройства обработки информации, другой вход которого подключен к выходку измерителя тока,. Импульсный усилитель, линейный .дискриминатор, измеритегль тока камеры и устройства обработки сигналов, соединенные посредством кабельной линии связи с блоком детектирования, расположены вне зоны облучения 2 .. К недостаткам известного радиометрического канала относится возникновение значительной погрешности (более 100% I при измерении относительно малых плотностей потока тепловых нейтронов (область перехода из импульсного рех(има работы камеры в токовый, например, при сбросах мощности по сигнгипам аварийной защиты (или по другой причине / и быстром вводе реактора на мощность после устранения причин, вызвавших останов реактора, что обусловлено значительной величиной остаточного тока вследствие распада продуктов деления урана-235 в рабочем объеме камеры деления. Следовательно, при использовании известного радиометрического канала для широкодиапазонного контроля нейтронной мощности .реактора фактически не обеспечивается переход от импульсного режима работы камеры деления в токовый ( нет перекрытия диапазонов ), в то время, как для надежной работы аппаратуры требуется перекрытие между импульсным и токовым режима1 1и работы камеры не менее одного десятичного порядка. По результатам испытания известного радиометрического канала фактически между импульсным и токовым режимами работы камеры существует неконтролируемый участок около--. 1-2. десятичных порядков (10 Юнейтр./см /, что является недопустимым с точки зрения обеспечения надежного контроля реактора ( при этом погрешность измерения составляет более 100%). Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений и увеличение надежности при переходе .из импульсного режима, работы в токовый. Поставленная цель достигается ем, что в широкодиапазонный им-, ульсно-токоный радиометрический анал, содержащий детектор, соедиенный через линию связи с последоательно соединенными оргласующим мпульсным усилителем, дискриминаором и .первым входом устройства об-аботки информации, другой вход оторого подключен к выходу измериеля тока, введены резистор, схема ычитания и функциональное коррекирующее устройство, вход функционального корректируквдего устройства и один из выводов резистора сое динены с выхсщом детектора, выход функционального корректирующего устройства и другой вывод резистора соединены с соответствующими входами схемы вычитания, выход которой соединен с входом измерителя тока. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемогЬ широкодиапазониого импульс но-токового радиометрр ческо го канала; на фиг. 2 - зависимость выходного сигнапа от плотности потока нейтронов. Широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал (фиг. состоит из детектора 1, например импульсно-токовой ионизационной Кс1меры деления, который через лини 2 связи подключен к согласукнцему импульсному усилителю 3, выход которого соединен с линейным дискриминатором 4 . Детектор 1 соединен также через линию 2 связи с одним из выводов резистора Бис входом функциональ ного корректирующего устройства б, выход которого и другой вывод резистора 5 соединены с соответствую щими входами схемы 7 вычитания. Выход схемы 7 вычитания подключен к измерителю 8 тока, а выходы дискриминатора 4 и измерителя 8 тока подключены к.входам устройства 9 обработки информации. На фиг. 2 обозначены кривая 10 характеристика импульсного режима работы прототипа и предлагаемого устройства (от А до BJ, кривая 11 характеристика уровня собственного фона предлагаемого устройства и прототипа, кривая 12 - характеристика уровня собственного фона посл компенсации, кривая 13 - характери тика токового режима работы прототипа и предлагаемого устройства и уровень 14 внешнего фона прототипа Экспериментальные характеристики -снимали на действующем реакторе при штатном расположении блока детектирования в канале ионизационны камер (ИК) реавтора (в блоке детек тирования использовали импульснотоковую камеру деления КНК-15 I. Широкодиапазонный импульсно- шоковый радиометрический канал работает следующим образом. При первом пуске реактора до вывода его на номинальный урсэвень мощности плотность потока нейтронов в месте расположения детектора 1 не превыша ет tlO- 10 ) нейтр.. Детектор работает в импульсном режиме. Импул ная составляющая сигналов детектора 1 усиливается согласующим импульсны усилителем 3 и поступает через дискриминатор 4, осуществляющий выделение полезного сигнала, в устройство 9 обработки информации. При потоках свыше 10 нейтр. появляется информационная токовая составляющая детектора 1. В токовом режиме ионизационная камера работает как источник тока, величина которого пропорциональна плотности потока нейтронов. Ток с детектора через резистор 5 поступает на один из входов схемы 7 вычитания. При этом на резисторе 5 выделяется напряжение л U , равное 17j R . где величина тока камеры; R - величина сопротивления резистора 5. Это напряжение, величина которого также пропорциональна величине плотности потока нейтронов в месте расположения детектора, поступает на вход функционального корректирующего устройства б, формирующего на выходе корректирующий ток, поступающий на второй вход схемы 7 вычитания. Величина корректирующего тока для камеры КНК-15 с радиатором из и (в стационарном режиме работы реактора/ составляет величину порядка (2-5) текущего значения тока камеры, и поэтому при увеличении мощности реактора корректирующий ток, вычитаемый из основного тока камеры, практически не влияет на результат измерения. Таким образом, результирующий ток, формируемый на выходе схемы 7 вычитания и поступающий на вход измерителя 8 тока, практически равен текущему значению тока камеры, обусловленному конкретной величиной плотности потока нейтронов в месте расположения детектора. Для других веществ-радиаторов величина корректирующего тока может иметь большую величину от текущего значения ток камеры, при, этсм результирующий ток на выходе схемы эычитания будет более точно соответртвовать конкретной величине плотности потока нейтронов в месте расположения детектора. С выхода измерителя 8 тока сигнал поступает в устройство 9 обработки информации, формирующее требуемые сигналы для контроля и защиты реактора. Пусковые камеры деления обеспечивают контроль реактора до уровня плотности потока нейтронов Ю нейтр.. Выше этого уровня контроль реактора обеспечивается токовым режимом работы детектора 1. Поэтому для надежного контроля реактора необходимо обеспечить перекрытие между импульсами и токовыми режимами детектора не менее одного есятичного порядка. Перекрытие определяется верхним значением плотности потока нейтронов, измеряемым в импульсном режиме, и нижним значе нием плотности потока нейтронов, из меряе «алм в токовом режиме. Первое значение ограничено временными параметрами импульсного сигнала с детектора 1 и составляет около 10 нейтр./см-с, а второе - начальным значением собственного тока камеры. Собственный ток камеры обус ловлен естественным распадом в рабочем объеме камеры деления и определяет также погрешность измерения па начальном участке токового режима работы камеры (фиг. 2, кривая 13 J. При облучении нейтронами делящегося вещества(и2гУ камеры деления по являются радиоактивные изотопы, воз никающие в результате накопления радиоактивных осколков деления ядер и . Значительная часть указанных радионуклидов обладает жестким гамма- и бета-излучением, создающим в рабочем объеме камеры деления допол нительный фоновый ток, пропорционал ный уровню плотности потока нейтронов, и определяет скорость нарастания и спада этого тока после включения и выключения реактора. Этот ток создает дополнительную погрешность измерения в известном устройстве даже при первом пуске реактора Величина фонового тока при пуске ре актора сравнительно мала, поэтому этой погрешностью можно пренебречь. Однако даже после непродолжительной (30 мин и более / работы ректора на номинальной мощности (уровень плотности потока нейтронов (10 -, 10 нейтр. и выше J величина дополнительного фонового тока становится значительно больше собственного тока камеры. При этом нижняя граница диапазона регистрации в токовом режиме становится больше верх ней границы регистрации в импульсно режиме (фиг. 2, кривые 10 и 14 ) и погрешность измерения при переходе из импульсного режима работы камеры в токовый значительно больше 100%. Такая ситуация возникает, например, при остановке реактора по сигн лу аварийной защиты и последующем его выводе на номинальный уровень мощности. В предлагаемом устройстве, на выходе функционального корректирующег устройства 6 при работе реактора на номинальной мощности устанавливаетс уровень корректирующего тока, соответствующий доле дополнительного фо нового тока от осколков деления вещества - радиатора, который поступает на второй вход схемы 7 вычитания, осуществляющей вычитание этого тока из общего тока детектора 1. Тем самым уменьшается погрешность измерения радиометрического канала в статическом режиме. При резком уменьшении мощности реактора (динамический режим, например сброс A3} изменение выходного тока и тока устройства б соответствует параметрам (временным / периодов полураспада продуктов деления урана-235, таким образом осуществляют- ся динамические вычитания дополнительного фонового тока из результирующего тока камеры, позволяющее существенно уменьшить погрешность измерения в токовом режиме работы реактора. Требуемая временная зависимость изменения уровня функционального корректирующего устройства формируется с помощью цифровой техники или с помощью RC-цепей. Функциональное корректирующее устройство б должно формировать временную зависимость спада наведенного тока детектора 1 и может быть выполнено, например, на элементах аналоговой техники - совокупность RC -цепочек с постоянными времени, соответствующими периодам полураспада продуктов деления вещества-радиатора (урана-235 / или других нуклидов, например Tti, ,Ро239 соединенных с суг1«У ирующим усилителем, формирующим на выходе результирующую временную зависимость изменения корректирующего тока (не показан ). Использование для формирования временной зависимости измерения наведенного тока детектора элементов вычислительной техники позволяет получить более точное воспроизведение реальной временной зависимости измерения этого тока и тем самым уменьшить погрешность измерения. Применение предлагаемого радиоетрического канала дает возможность значительно сократить объем аппаратуры, а высвободившиеся каналы ИК использовать в качестве резервных, в результате значительно повышается надежность измерительного комплекса, то особенно важно для электронной аппаратуры, применяемой в системе управления и защиты реакторов. Кроме того, применение одного етектора обеспечивает получение более достоверной информации. f{P W Л fff fO fO fO fO (pas,Z ffftump/

ШИРОКО ДИАПАЗОННЫЙ ИМПУЛЬСНОТОКОВЫЙ РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ КАНАЛ, содержащий детектор, соединенный через линию связи с последовательно соединенными согласующим импульсным усилителем, дискриминатором и первым входом устройства обработки информации, другой вход которого подключен к выходу измерителя тока, отличаю ицийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений и увеличения надежности при переходе из импульс- . ного режима работы в токовый, в него введены резистор,схема вычитания и функциональное корректирующее устройство, вход функционального корректирующего устройства и один из выводов резистора . соединены с выходом детектора,выход функционального корректирующего устройства и другой вывод резистора соедиТГёиь с соответствующими входами схемы высл читания, выход которой соединен с входом измерителе тока. с: к 00 |4 О