Способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов Советский патент 1985 года по МПК G01T3/00 

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики, а точнее к области регистрации нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может .быть использовано при регистрации временной зависимости плотностпотока импульсного излучения нейтронов на ядерных реакторах дифференциальными детекторами с управляемой чувствительностью к гамма-излучению, Здесь под дифференциальным детектором понимается детектор с регулируемой компенсацией сигнала от гаммаизлучений.

Известен способ измерения плотности потока нейтронов, заключающийс в том, что в зону облучения на ядерном реакторе помещают два детектора, один из которых содержит нейтроночувствительный радиатор и, следовательно, чувствителен как к нейтронам так и к гамма-излучению, а другой, выполненный аналогичным образом, не содержит нейтроночуветвительного радиатора и чувствителен в основном к гамма-излучению, измеряют сигналы в них и находят разность сигналов . этих детекторов lj .

Способ осуществляется по принципу регистрации .разности сигналов гаммачувствительного детектора и детектора, чувствительного к нейтронам и гамма-квантам.

Недо.статком этого- способа является низкая точность регистрации плотности потока нейтронов, обусловленная различием в чувствительностях к гамма-излучению этих детекторов, возникающим из-за наличия радиатора в одном из них. Более того, чуствительности этих детекторов по-разному зависят от энергии и угла падения гамма-излучения на детекторы, что также является источником погрешности регистрации нейтронов.

Известен другой способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов, заключающийся в том, что в зону облучения на ядерном реакторе помещают дифференциальньй детектор нейтронов, например вакуумную камеру деления с компенсацией тока от гамма-излучения, и измеряют сигнал в нем, при этом величины влияющих на чувствительность к гаммаизлучению факторов (электрических потенциалов на электродах детектора) устанавливают такими, что токи от

гамма-излучения, возникающие в чувствительных элементах детектора, вычитаются в цепи сигнального электрода Н . . .

Этот способ предполагает использование дифферерщиального детектора нейтронов, содержащего два чувствительных элемента с общим сигнальным электродом. При этом один из элементов содержит нейтроночувствительный редиатор, эффект от которого регистрируется при вычитании электрических токов элементов в цепи сигнального электрода.

Недостатком этого способа являетс низкая точность регистрации плотност потока нейтронов, обусловленная различием, из-за наличия радиатора в одном из элементов детектора, их чувствительности к гамма-излучению при установлении одинаковых влияющих на чувствительность факторов.

Наиболее близким по технической сущности к данному техническому решению является способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов, заключающийся в облучении дифференциального детектора источнико гамма-излучения Со, определении зависимости чувствительности от электрических потенциалов на электродах, определении их величин в точках, в которьк чувствительность к гамма-излучению обращается в ноль, последующем помещении детектора в исследуемое поле и определении по показаниям дифференциального детектора плотности Со потока нейтронов

Недостатком этого способа является низкая точность регистрации временной зависимости плотности потока импульсного излучения нейтронов длительностью (на половине максимального значения) менее 2 10 с. Погрешность возникает на заднем фронте импульса излучения в результате того, что чувствительные элементы дифференциального детектора имеют различные зависимости от энергии и угла падения гамма-квантов (вследствие наличия нейтроночуветвительного радиатора в одном из них) и изменения во времени энергетического и углойога распределений гамма-квантов на заднем фронте импульса излучения, которое обусловлено вкладом в гамма-излучение реакции деления гамма-излучения, возникающего в результате реакций (n, nу ), (h, p при замед лении нейтронов до тепловых энергий в веществе, окружающем активную зон конструкций и защит,а также гаммаизлучения продуктов деления веществ активной зоны со сравнимым с постоянной времени убывания заднего фронта импульса излучения периодом полураспада. Другим недостатком этого способа является отсутствие возможности определения погрешности регистрации плотности потока нейтронов, возникающей вследствие неточности компен сации сигнала от гамма-излучения на ядерном реакторе. . Целью изобретения является увели чение точности измерения временной зависимости плотности потока нейтро нов длительностью менее путем определения поправки на пока зание дифференциального тектора. Цель достигается тем, что по способу измерения временной зависимости плотности потока нейтронов, заключающемуся в облучении дифференциального детектора источником гамма-излучения, определении зависимости чувствительности от электрических потенциалов на электродах, определении их величин в точках, в которых чувствительность обращается ноль, последующем помещении детектор в исследуемое поле и определении по показаниям дифференциального детект.ора плотности-потока нейтронов, в исследуемое поле дополнительно помещают гамма-чувствительный детектор, облучают детекторы ве менее двух раз причем дифференциальный детектор регулируют так, что.значение чувстви тельности к гамма-излучению поочередно устанавливают больше и меньше нуля, и определяют зависимости отношения сигналов обоих детекторов от времени при каждом обучении, по которым определяют поправку к показа ниям дифференциального детектора. Такой способ, измерения временной зависимости плотности потока нейтронов позволяет увеличить точность в импульсных полях излучения длительностью менее 2, с за счет введения в величину факторов, влияющих на чувствительность к гамма-излучени дифференциального детектора, поправк учитывающей смещение точки полной компенсации на заднем фронте импульса излучения. . На фиг. 1 изображен график зависимости плотностей потока быстрых и тепловых нейтронов и мощности дозы, создаваемой гамма-излучением, от времени; на фиг. 2 - график зависимости сигналов дифференциального детектора нейтронов при различных величинах влияющих на чувствительность к гаммаизлучению факторов и гамма-чувствительного детектора от времени4 на фиг. 3 - график зависимости отношений сигналов гамма-чувствительного детектора и дифференциального детектора нейтронов от времен и. Прежде чем рассматривать пример осуществления способа отметим, что импульсное излучение с длительностью на половине высоты порядка 10 с имеет на заднем фронте нестационарные энергетические и угло.вые распределения гамма-излучения. Несовпадение временных зависимостей nnoTHocTji потока быстрых и т1епловых нейтронов (кривые 1,2 соответственно на фиг. 1) свидетельствуют о том, что в интервале времени от 2 -Ю с 2 .Ю- с до 7к10 с в гамма-излучение, испускаемое активной зоной ядерного реактора, дает вклад гамма-излучение, возникающее в результате реакций (h, п jf ), (и. У) при замедлении нейтронов до тепловых энергий в веществе, окружающем активную зону конструкций и защит. Действительно, сравнение временной зависимости 1 с временной зависимостью мощности дозы гамма-излучения 3, зарегистрированной вакуумной камерой с эмиттером из. нержавеющей стали, показывает, что соотношение компонент поля увеличивается в.пользу гамма-излучения. Следовательно, очевидно, что угловое и энерг.етические распределения гаммаквантов также изменяется во времени. Способ осуществляется следующим образом. Дифференциальный детектор нейтонов типа вакуумной камеры деления (ВКД) с радиатором U облучают начала в поле гамма-излучения изоопного источника и измеряют ависимость чувствительности от отенциалами на электроде секции, е содержащей нейтроночувствителього радиатора, при потенциале и -100 В на электроде секции, снабженкой нейтроночувствительным радиатором. Находят величину потенциала «Ug + 750 В, при котором чувствительность обращается в ноль. Затем этот детектор помещают совместно с детектором гамма-излучения типа детектора с диэлектрическим рассеивателем (.ДДР), выполненным практически не чувствительным к нейтронам, в поле излучения ядерного реактора. Облучают детекторы совместно четырьмя импульсами гамма-нейтронного излучения длительностью 10 с и измеряют зависимости сигналов этих детекторов от времени, при этом величину потенциала - U в В1Щ сохраняют равной -100 В, а величину потенциала +U регулируют так, чтобы величина чувствительности к гаммаизлучению устанавливалась меньше и больше ноля. На фиг. 2 кривые 4. 5, 6, 7 соответствуют зависимост ВКД при -и 800, 500, 700, 600 В, а кривая 8 - зависимости сигнала ДЦР от времени. Сигнал дифференциального детекто ра 3(, (t) можно связать с составля ющими поля излучения соотношением МКпГи,,-и1Ру(1), где f , P« - плотность потока нейт ронов и мощность дозы гамма-излучения соответственно;t - время; Kj,kvi - чувствительности к нейтронам и гамма-изл чению соответственно. Находят зависимость отношения си нала гамма-чувствительного детектор ДЦР к сигналу нейтроночувствительно детектора ВКД от времени при каждом облучении (кривые 9, 10, 11 и 12 на фиг. 3 соответствуют отношениям сиг налов при потенциалах U +800, 500, 700, 600 В), по которым опреде ЛЯ1РТ поправку к величине потенциала при каждом последующем облучении. .При этом считают при потенциалах и +800, 700, 600 В Ку ; О, так как при этих потенциалах существую моменты временив 5; 8; 10; в которых п ( ) 0 3 следовательно, при 500 В К у 0. Таким образом выделяют интервал напряжений на электроде &КД вокруг точки полной компенсации сигнала от гамма-излучения на ядерном реакторе. По Графикам на фиг. 3 определяют зависимости от времени значения поправки на показания дифференциального детектора Sj , обусловленной гамма-излучением, по формуле (т90В С LitiL Ou S ,p U +50OB U ц (t) зависимости от времени отношений сигналов ДДР и ВКД при чувствительности последней к гамма-излуче нию меньше и больше нуля соответственно. Таким образом, при потенциалах на электродах -100 В и +500 В и S: +600 В погрешность измерениявременной зависимости плотности потока импульсного излучения нейтронов составляет не более 2Ь7, до момента времени i 5-10 с и 5% до момента времени i 4«10 с. Предложенный способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов по сравнению с наилучшими аналогичными способами (см.прототип) позволяет увеличить точность в импульсных полях на 5-10% за счет компенсации сигнала детектора от гамма-излучения на ядерном реакторе. Действительно, величина погрешности. обусловленной гамма-излучением. зависит от точки компенсации сигнала от гамма-излучения в конкретных условиях измерения, т.е. от точности определения величин влияющих факторов, при которых 0. В описании прототипа величины этих факторов для ядерного реактора определяются на .изотопном источнике гамма-квантов Со. Однако это приводит к погрешности, которая может достигать 10%. Погрешность возникает вследствие различий в распределениях гамма- .квантов по энергиям и градиентов поля излучения на этих источниках. Осуществление регистрации сигнала детектора нейтронов предлагаемым способом позволяет скомпенсировать сигнал от гамма-излучения на 7 109707 ядерном реакторе в месте размещения детектора и тем самым уменьшить погрешность определения временной зависимости плотности потока нейтронов. 9 Вьшолнение способа описанным вьш1е образом позволяет также расширить временной интервал измерений до величины, равной пяти длительностям импульса.

W

-i

10

S 1

,-j

10

i . . 1 .

2

S 8 W Z В 8 ГО г

4 g fffff-i i.6

0vt. f

Фаг.Ъ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯБРЕМЕН-. НОЙ ЗАВИСИМОСТИ.ПЛОТНОСТИ ПОТОМКА НЕЙТРОНОВ, заключающийся в облучении дифференциального детектора источником гамма-излучения, определении зависимости чувствительности от электрических потенциалов на электродах, определении их величины в точках, в которьк чувствительность обращается в ноль, последующем помещении детектора в исследуемое , поле и определении по показаниям дифференциального детектора потока нейтронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений в полях излучения длительностью менее 2-10 с путем определения поправки на показания дифd)epeнциaльнoгo детектора, в исследуемое поле дополнительно помещают гамма-чувствительный детектор, облучают детекторы, не менее двух . (Л раз, причем дифференциальный детектор регулируют так, что значение чувствительности к гамма-излучению поочередно устанавливают больше или меньше нуля, и определяют зависимости отношения сигналов обоих детекторов от времени при каждом облуче нии, по которым определяют поправку к показаниям дифференциального детеко тора.