Детектор тепловых нейтронов Советский патент 1991 года по МПК G01T3/00 

Изобретение относится к технической физике, а точнее к регистрации нейтронов, может быть использовано при дистанционных измерениях потока тепловых нейтронов токовыми детекторами.

Известно устройство для регистрации тепловых нейтронов, содержащее детектор нейтронов, размещенный внутри кадмиевого экрана. Работа устройства основана на регистрации сигналов детектора в экране и без экрана, разность которых связана с плотностью потока тепловых нейтронов.

Известно также устройство для регистрации тепловых нейтронов, содержащее детектор, размещенный внутри экрана, выполненного из эффективно поглощающего тепловые нейтроны материала, и сопряженный с отверстием в экране коллиматор. Работа этого устройства основана на статистическом анализе значений интервалов времени пролета нейтронов от источника до детектора.

Недостатком устройства является то, что для получения необходимой информации о спектральном распределении требуется производить регистрацию большого количества импульсов детектора от нейтронов, вылетающих из источника, что не поVI

О

ю со ю ю

зволяет определить плотность потока нейтронов в одном импульсе источника.

Другим недостатком является сложность аппаратуры статистического анализа.

Наиболее близкой к изобретению является вакуумная камера деления КНВК, содержащая размещенные в корпусе три электрода, образующие две расположенные одна за другой секции с общим сигнальным электродом, одна из которых снабжена Делящимся под воздействием нейтронов Материалом, а другая используется без нейтроночувствительного материала и чувствительна только к фоновому гамма-излучению.

Работа детектора основана на регистрации медленных вторичных электронов, выходящих из материала покрытия под воздействием продуктов деления в поле излучения нейтронов. Сигнал сопутствующего гамма-излучения вычитается в цепи сигнального электрода при подаче на два других электрода противоположных по знаку электрических напряжений питания. При использовании этого детектора в комплекте с кадмиевым экраном разность сигналов детектора в экране и без экрана связана с эффективной плотностью потока тепловых нейтронов.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения плотности тепловых нейтронов по разности сигналов камер в экране и без экрана на фоне зпитеп- ловых и быстрых нейтронов. Другой недостаток устройства - низкая точность определения плотности потока тепловых нейтронов импульсным замедлителем ввиду вклада в показания детектора тепловых нейтронов, выходящих из различных элементов конструкции бокса ядерного реактора.

Цель изобретения - увеличение точности дистанционных измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в детекторе тепловых нейтронов, содержащем заключенные в корпусе три электрода образующие с общим электродом два расположенные один за другим чувствительных объема, один из которых содержит нейтроночувствительный материал, эффективность взаимодействия которого с тепловыми нейтронами выше эффективности взаимодействия с эпитепловыми и быстрыми нейтронами, второй чувствительный объем содержит тот же нейтроночувствительный материал, а общий электрод выполнен из двух одинаковых электрически соединенных элементов, разделенных слоем эффективно поглощающего тепловые нейтроны материала толщиной, превышающей длину свободного пробега тепловых нейтронов в этом материале, при этом детектор дополнительно снабжен окружающим оба чувствительных объема экраном на

эффективно поглощающего тепловые нейтроны материала с отверстием со стороны одного из чувствительных обьемов и сопряженным с отверстием коллиматором, ось которого пересекает оба чувствительных

0 объема, а коллиматор выполнен в виде набора аксиальных поверхностей круговых цилиндров, в котором отношение площади сечения каждого цилиндра большего диаметра, ограниченной сегментом этого ци5 линдра с касательной к поверхности соседнего внутреннего цилиндра в перпендикулярной оси плоскости сечения, к площади кругового сечения цилиндра минимального диаметра не превышает величины

0 квадрата отношения среднего значения высот образующих этого и соседнего внутреннего цилиндров к высоте образующей цилиндра минимального диаметра из материала, эффективно поглощающего тепло5 вые нейтроны

На фиг.1 изображена схема предложенного детектора тепловых нейтронов на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Детектор тепловых нейтронов (фиг.1)

0 состоит из размещенных в герметичном корпусе 1 трех электродов 2-4, один из которых 3 выполнен из двух соединенных электрически элементов. Каждый элемент электрода 3 и электроды 2,4 представляют

5 собой набор дисков диаметром 44 и толщиной 0,4 мм, соединенных электрически и закрепленных на трех металлических стойках. Диски на периферии имеют вырезы для прокладки стоек и выступы, которые при

0 сборке электродной системы входят в отверстия несущих стоек, загибаются и привариваются к последним точечной электросваркой. Отверстия в стойках расположены таким образом, что между соседними

5 дисками разноименных электродов образуется зазор 1,6 мм, а каждый диск электрода 3, за исключением двух крайних, оказывается размещенным между дисками одного из двух других электродов, образующих с эле0 ментами электрода 3 два одинаковых чувствительных объема, каждый из которых содержит на поверхности дисков слой 5 оксида диоксида урана 90%-ного обогащения по массе изотопа U толщиной 1 мг/см .

5Чувствительные объемы установлены

один за другим вдоль оси детектора посредством переходного фланца, на котором закреплена кадмиевая пластина 6 диаметром 46,4 и толщиной 0,5 мм в герметичной оболочке из нержавеющей стали толщиной 0,3

мм для изоляции паров при сублимации кадмия. Рейки каждого из электродов соедине- ны токоведущими проводниками со стандартными металлокерамическими электровводами 7, вваренными в крышку корпуса детектора, и изолированы от корпуса 1 с помощью спорных изоляторов из высокоглиноземистой керамики, установленных в специальные гнезда во фланцах. Корпус детектора заполнен смесью инертных газов с примесью азота. Давление газов при отпайке откачкой трубки 0,3 Па. Детектор снабжен экраном 8 из кадмиевого листа толщиной 0,4-0,5 мм с отверстием на оси со стороны одного из чувствительных объемов и сопряженным с отверстием коллиматором 9, выполненным из кадмиевого листа толщиной менее 0,4 мм в виде набора оксиаль- ных поверхностей круговых цилиндров 10, ось которых совпадает с осью чувствительных объемов детектора, а угловая апертура сохраняется неизменной по всей площади отверстия. Вид детектора со стороны контролируемого источника тепловых нейтронов на оси коллиматора показан на фиг.2.

При работе детектора электроды 2 и 4 соединены с противоположными полюсами источника 11 питания, а электрод 3-е входом аналого-цифрового преобразователя 12 тока, связанного с компьютером 13, снабженным синхронизированным с работой ядерного реактора устройством 14 запуска начала отсчета времени.

Работа детектора основана на регист рации носителей заряда, возникающих при делении ядер тепловыми нейтронами, распространяющимися в пределах апер- турного угла, в сопряженной с кадмиевой пластиной со стороны источника секции. При этом сигнал детектора от нейтронов с энергиями выше кадмиевой границы захватного и др. фонового гамма-излучения вычитается в цепи общего с электродами 2 и 4 электрода 3.

При регистрации сигнала от тепловых нейтронов, выходящих с поверхности замедлителя, детектор располагают на расстоянии L, величина которого с учетом эффективной площади S замедлителя в апертурном угле A Q коллиматора 9 ограничена соотношением L

AQ

В заданных габаритных размерах минимальной угловой апертурой, определяемой отношением площади кругового сечения к квадрату длины образующей, обладает цилиндрическая поверхность из кадмиевого листа. Выполненный из того же материала

набор аксиальных круговых цилиндрических поверхностей 10 с диаметрами {di}, в котором отношение площади сечения каждого цилиндра с касательной к поверхности

соседнего внутреннего цилиндра в перпендикулярной оси плоскости сечения (фиг 2), к площади кругового сечения цилиндра минимального диаметра do не превышает величины квадрата отношения среднего

значения высот образующих этого (li) и соседнего внутреннего (li-i) цилиндров к высоте образующей (lo) цилиндра минимального диаметра и выражается соотношением

15 (di - di-i) Vdi2 - di-i 2 fli -f 1ы Jtdo2-( 2lo

где i 1n - индекс, совпадающий с номеРОМ аксиальной цилиндрической поверхности в порядке возрастания диаметра.

При таком соотношении диаметров соседних цилиндрических поверхностей коллиматора, изготовленного из кадмиевого

листа, детектор увеличивает степень компенсации сигнала от нейтронов с энергиями выше Ecd и фонового гамма-излучения относительно уровня сигнала от тепловых нейтронов, распространяющихся с поверхности

замедлителя в пределах апертурного угла за счет сохранения минимального значения угловой апертуры по всей площади сечения чувствительного объема плоскостью, перпендикулярной оси коллиматора.

Таким образом, предложенный детектор тепловых нейтронов по сравнению с из- вестными позволяет в несколько раз увеличить точность дистанционных измерений плотности потока тепловых нейтронов,

испускаемых замедлителем при температуры выше 20 К.

Формула изобретения 1.Детектор тепловых нейтронов, содержащий заключенные в корпусе три электрода, образующие два расположенные один за другим чувствительных объема с общим электродом, один из которых содержит нейтроночувствительный материал, эффективность взаимодействия которого с

тепловыми нейтронами выше эффективности взаимодействия с эпитепловыми и быстрыми нейтронами, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности дистанционных измерений, второй чувствительный объем содержит тот же нейтроночувствительный материал, что и первый, а общий электрод выполнен из двух одинаковых электрически соединенных элементов, разделенных слоем эффективно поглощающего тепловые нейтроны материала толщиной, превышающей длину свободного пробега тепловых нейтронов в этом материале.

2.Детектор по п. 1,отличающийся тем, что он дополнительно снабжен окружающим оба чувствительных объема экраном из эффективно поглощающего тепловые нейтроны материала с отверстием со стороны одного из чувствительных объемов и сопряженным с отверстием коллиматором, ось которого пересекает оба чувствительных объема.

3.Детектор по п.2, отличающийся тем, что коллиматор выполнен из материа

ла, эффективно поглощающего тепловые нейтроны, в виде набора аксиальных цилиндров, в котором отношение площади сечения каждого цилиндра большего диаметра, ограниченной сегментом этого цилиндра с касательной к поверхности соседнего внутреннего цилиндра в перпендикулярной оси плоскости сечения, к площади кругового сечения цилиндра минимального диаметра не превышает величины квадрата отношения среднего значения высот образующих этого и соседнего внутреннего цилиндров к высоте образующей цилиндра минимального диаметра.

Изобретение относится к регистрации нейтронов и может быть использовано для определения температуры нейтронов в замедлителе. Детектор содержит заключенные в корпусе три электрода, образующие с одним из них (общим электродом) два расположенных один за другим чувствительных объема. На поверхности электродов нанесен нейтроночувствительный материал эффективность взаимодействия которого с тепловыми нейтронами выше по сравнению с эффективностью взаимодействия с быстрыми и промежуточными нейтронами. Общий сигнальный электрод выполнен из двух одинаковых электрически соединенных элементов, разделенных пластиной из кадмия. Детектор снабжен кадмиевым экраном с отверстием по оси детектора, сопряженным с отверстием коллиматора. Коллиматор выполнен из кадмиевого листа в виде набора аксиальных круговых цилиндров. Детектор позволяет измерить температуру нейтронов в холодном замедлителе с повышенной точностью. 2 з.п ф-лы, 2 ил. Ё

L

iO

м

«./.

ВиЪ А