Способ определения температуры замедлителя нейтронов Советский патент 1992 года по МПК G21C17/10 G01T3/00 

Изобретение относится к технической физике, а точнее - к области регистрации нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может быть использоаано для дистанционных измерений температуры замедлителя в системах с импульсным источников нейтронов.

Известен способ определения температуры нейтронов, заключающийся в измере235,

и

нии скоростей делений нуклидов JOU 239Pu токовыми детекторами, размещенными внутри замедлителя, и определении температуры нейтронов по отношению показаний этих детекторов.

Способ основан на различии энергетических зависимостей сечений деления нуклидов 235U и 239Ри тепловыми нейтронами с температурой выше 2ТЗ К.

Недостатками этого способа являются н изкая точность определения температуры, связанная с методической погрешностью определения градуировочной зависимости.

Наиболее близким по технической сущности и количеству общих признаков к предложенному является способ определения температуры замедлителя нейтронов, в котором измеряют временные зависимости сигналов токовых 1/v-детекторов в экране из кадмия и без экрана, дл иТёлТМость импульса тепловых нейтронов, момент времени, в который плотность потока достигает максимального значения, и судят о температуре замедлителя.

Недостатком этого способа является низкая точность определения температуры ввиду неопределенности параметров спектра в присутствии эпитепловых нейтронов. Другим недостатком является вклад тепловых нейтронов, выходящих из материала сторонних конструкций.

Цель изобретения - увеличение точности.

Поставленная цель достигается тем,ч то в способе определения температуры замедлителя нейтронов, заключающемся в том, что измеряют временную зависимость плотности потока, длительность ©1/2 импульса тепловых нейтронов внутри или на поверхности замедлителя, фиксируют момент времени ti, когда плотность потока достигает максимального значения, и судят о температуре замедлителя, дополнительно измеряют площадь S замедлителя и временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам, распространяю- . щимся с поверхности замедлителя в пределах апертурного угла ДЈ2на расстоянии с (Дсп/Яп) 01/2 L V4nS/AQ от поверхности замедлителя, где Але - компто- новская длина волны нейтронов; /U- средняя длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; с - скорость света, по временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов-в замедлителе и переднего фронта сигнала детектора определяют момент времени tm, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительность принимает максимальное значение, а о температуре замедлителя судят по интервалу между моментами времени tm и ti.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

1.Измеряют площадь замедлителя S.

2.Детектором тепловых нейтронов, размещенным внутри или-вблизи поверхности замедлителя, измеряют временную зэ0

висимость плотности потока и длительность ©1/2 импульса тепловых нейтронов, фиксируют момент времени ti, в который плотность потока принимает максимальное значение. В стационарных полях излучения импульсы утечки тепловых нейтронов формируют модулятором.

3. Одновременно детектором с мононаправленной чувствительностью, установленным на расстоянии

15

С (Асп/Ал)

L V4ITS/AQ

0

5

0

5

0

5

0

5

от поверхности замедлителя, измеряют сигнал от тепловых нейтронов, распространяющихся с поверхности замедлителя в пределах апертурного угла Д Q. Здесь v0 - наиболее вероятная скорость тепловых нейтронов в замедлителе.

4.По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и сигнала детектора на переднем фронте строят аппроксимационную функцию и определяют момент времени tm, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение.

5.Вычисляют интервал между моментами времени tm и ti, по величине которого судят о температуре Т замедлителя.

Ниже изложен пример конкретного выполнения способа со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображены временные зависимости сигналов детектора плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе (1) и l/v-детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам (2), установленного на расстоянии L от поверхности замедлителя и ориентированного на замедлитель.

При облучении замедлителя импульсов

нейтронов плотность потока тепловых ней- -

тронов dOtn(Err, Ц т) с энергией Еп в интервале dEn, распространяющихся с единицы поверхности замедлителя в телесном угле

-

d QB направлении QB каждый момент времени г складывается из полностью терма- лизованных тепловых и эпитепловых нейтронов переходной области с энергией, меньшей кадмиевой границы Ecd 0,4 эВ. Принимая, что энергетическое распределение полностью термализованных нейтронов

описывается распределением Максвелла,

- (En, Q t) можно представить в виде

dOth(En, Q r) pth(r) x x - exp -En/kT +

, ДПЕп/kThdQ . + Vbn J4TIdEnгде pth (т) - временная зависимость плотности потока тепловых нейтронов; Т - температура замедлителя, k - постоянная Больцмана; A(En/kT)- функция переходной области, #- коэффициент замедления нейтронов.

Когда расстояние нейтронов воздухом между замедлителем и детектором незначительно, из этого выражения следует, что на расстоянии L от поверхности замедлителя в каждый момент времени t г плотность потока тепловых нейтронов (v,t, т) со скоростью v V2 Ел/m в интервале dv dEn/Y2m En , выходящих с поверхности замедлителя в апертурный угол Айв момент времени г в интервале dtr (L/v2)dv, описывается выражением

dOL(v,t,T) (T)x x (t-r)(t-T)2 +

+ A t2o/Q

T2bdQrtr (t-r) J4tEdT

где m - масса нейтрона; to L/v0; v0 V2kT/m - наиболее вероятная скорость полностью термализованных тепловых нейтронов.

При длительности вспышки нейтронов

деления ©i/a 1 с, когда временная зависимость плотности потока тепловых нейтронов приблизительно подобна временным зависимостям плотности потока нейтронов (t) с энергиями En Ecd и мощности реактора, временную зависимость плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе, установленном вблизи поверхности активной зоны, удобно определять по показаниям детектора, размещенного в кадмиевом экране на расстоянии 4-6 м от поверхности замедлителя. Сигнал этого детектора l-j в каждый момент времени t связан с Ocd соотношением

Li(t)-K((t)

где К - коэффициент преобразования скорости реакции нейтроночувствительного

0

материала в электрический ток; о3 - эффективное сечение взаимодействия ядер в детекторе с нейтронами

Сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам 12, размещенного на расстояи in LOT поверхности замедлителя и ориентированного на этот замедлитель, в каждый момент времени t описывается по формуле

LzW-tTrSJL vothOOx

15 xtto/Ct-rjfexpl-tl/Ct-rflx x oih (t - r)/t0 pib(r) dr +

+

К Л Q 4 Vcdqth(v)(t-r)2

X t-tept

x #h (t - r)/t0 pth(r) dr

где 0th - сечение взаимодействия ядер нейтроночувствительного материала в детекторе с тепловыми нейтронами; В - площадь отверстия коллиматора, отнесенная к площади поверхности чувствительного к тепловым нейтронам объема в отсутствие экрана из поглощающего тепловые нейтроны материала; %th (t- )/to коэффициент самоэк- ранирования детектора; tepi L Vm/2Eepi ; Eepi 0,1 эВ - граничная энергия эпитепловых нейтронов в переходной области спектра; tcd L Vrn/2Ecd . Сигналы h(t) и l2(t) детекторов при импульсном облучении показаны на чертеже и обозначены позициями 1 и 2 соответственно.

Из последнего соотношения нетрудно получить, что сигал a(t) 1 /v-детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам описывается по формуле

45

U(t)

Т

tS

xS r n oo7-lЈ-exp -t|/(t-T)

L(t Г)

tt - tcd

(r)dr + (t-r)

л Мер

(r)drl ,

TOJ

где Ob 1 tho соответственно сечение взаимодействия ядер с нейтронами и коэффициент самоэкранирования детектора при температуре тепловых нейтронов Т0.

Из этого соотношения видно, что максимальное значение сигнала J2(t) достигается в момент времени tm 2/3 t0, который можно определить аппроксимацией переднего фронта сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам в интервале времени ©1/2/2 + tepi t V2/3 to . в котором отсутствует вклад медленных тепловых нейтронов переходной области спектра и минимальное искажение формы сигнала за счет ослабления потока тепловых нейтронов воздухом между поверхностью замедлителя и детектором, с помощью функции вида

o(t) c/ tS

(

)

x pth(r)/pth(ti) dr ,

где С - коэффициент. При этом момент времени ti, в который плотность потока тепловых нейтронов в замедлителе достигает максимального значения, удобно принять за начало отсчета времени t.

Очевидно, что только в случае слабого поглощения ( %-1 « 1 ) при термализации .нейтронов в замедлителе, например из водорода, графита, полиэтилена или метана, вкладом эпитепловых нейтронов переходной области спектра (Eepi En Ecd) в показания детектора с мононаправленной чувствительностью можно пренебречь в каждый момент времени. Однако для искл ю- чения влияния эпитепловых нейтронов на положение максимума сигнала относительно момента времени tm пролета тепловых нейтронов со скоростями, равными V3/2 VQ, детектор располагают на расстоянии

V3/2 V0 ©1/2 С (Але/Ал) X

х©1/2 L Y riS/AQ,

величину которого выбирают с учетом эффективной площади S замедлителя в апер- турном угле. Здесь Длс комптоновская длина волны нейтрона; Ал - средняя длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; с - скорость света.

. Температура замедлителя вычисляют в ЭВМ по результатам измерений интервала

времени Atm соотношения

: tm - ti V2/3 to с помощью

т - m г Л т2 2kLATm r

При размещении детектора с мононаправленной чувствительностью на расстоянии с(АпС/Ал) ©1/2 L V4ITS/AQ от поверхности замедлителя и применении ЭВМ IBM PC/AT быстродействия контрольно-измерительной системы вполне достаточно для получения результата в интервале времени между соседними импульсами реактора

ИБР-2 с частотой повторения вспышек мощности 5 Гц. Погрешность измерения по данному способу составляет около 10% и определяется, главным образом, удвоенной погрешностью измерения интервала времени и отклонением сечения взаимодействия нейтроночуиствительного материала в детекторе от закона 1/v.

5

0

5

0

Формула изобретения

Способ определения температуры замедлителя нейтронов, заключающийся в том, что измеряют временную зависимость плотности потока, длительность ©i/2 импульса тепловых нейтронов внутри или на поверхности замедлителя, фиксируют момент времени ti, в который плотность потока достигает максимальное значение, и судят о температуре Т замедлителя, о т л и- ча ющийся тем, что, с целью увеличения точности, дополнительно измеряют площадь S замедлителя и временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувстви- тельностью к тепловым нейтронам, распространяющимся с поверхности замедлителя в пределах апертурного угла AQ на Але л , ., V4ns

расстоянии

от по

верхности замедлителя, где Апс - комптоновская длина волны нейтрона; Ап- средняя длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; с - скорость света, по временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе и переднего фронта сигнала детектора определяют момент времени tm, в который сигнал детектора с мононзправлекной чувствительностью принимает максимальное значение, а о температуре замедлителя судят по интервалу между моментами времени tm И t1.

Ь/Ј0,отн.ед.

Изобретение относится к технической физике, а именно к контролю температуры замедлителя ядерных реакторов и критических сборок. Цель изобретения - увеличение точности. Измеряют площадь S замедлителя. Детектором тепловых нейтронов, размещенным внутри или на поверхности замедлителя, измеряют временную зависимость плотности потока и длительность 01/2 импульса тепловых нейтронов. Фиксируют момент времени ti, в который плотность потока принимает максимальное значение. Одновременно измеряют временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью ктепловым нейтронам, установленного на расстоянии Лсп/Ал с 0i/2 L V2 TS/AQ от поверхности замедлителя и ориентированного на замедлитель. Здесь Асп - комптоновская длина волны нейтрона; An средняя длина волны тепловых нейтронов в эамёдтгителе; с - скорость света; АЯ- апертурный угол детектора с мононаправленной чувствительностью. По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и переднего фронта сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью строят аппроксимационную функцию и определяют момент времени tm. в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение, а температуру замедлителя определяют по интервалу между моментами времени tm и ti. Погрешность способа не превышает 10% и определяется удвоенной, погрешностью измерения интервала времени и отклонением сечения нейтроночувстви- тельного материала детектора от закона 1/v.1 ил. со VI 00 со ел 00 N