Изобретение относится к регистрации плотности потока нейтронного излучения, а точнее к регистрации высших плотностей потока нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для 5 измерений временной зависимости плотности потока нейтронного излучения ядерных реакторов (ЯР).
Известен детектор прямого заряда (ДПЗ). Принцип работы ДПЗ основан на пе- Ю реносе заряда чйстиц, возникающих при распаде активированных нейтронами ядер вещества радиатора, на сигнальный электрод.. .- ., . Существенным недостатком ДПЗ яв- 15 ляется низкое временное разрешение, обусловленное постояниой распада активированного вещества радиатора, й% э1сокая величина сигнала от )излучен11я поле излучения ЯР с соотношением дозы 20 от )излучения и флюенса нейтронов 2,5х х10° р.см Hl .
Известно также устройство для регистрации нейтронов, содержащее алюминиевый коллектор и водородосодержащий 25 радиатор с проводящим экранирующим покрытием из вещества с низким атомным номером, разделенные между собой, вакуумным промежутком.
Устройство работает по принципу пере- 0 носа заряда протонов отдачи, возникающих в поле излучения нейтронов в веществе радиатора, на коллектор. ,
Недостатком известной конструкции является то, что при облучении водородосодержащее.вещество; разлагаясь, загазовывает вакуумный промежуток. Вследствие этого устройство должно постоянно вакуумироваться..
Наиболее близким по технической сущ- 0 ности к предлагаемому устройству является устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов, содержащее заключенный в металлический корпус коллектор, отделенный от корпуса 5 двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода.
Детектор состоит из корпуса и коллек- 50 тора, выполненных в виде металлических пластин, разделенных между собой двумя слоями диэлектрика, причем корпус и коллектор выполнены из низкоатомного , металла (например, алюминия), один 55 слой диэлектрика выполнен из водородосодержащего материала (например, полиэтилена), а другой - из материала, не содержащего атомов водорода (например.
фторопласта) с эффективным атомным номером, не превышающим атомного номера материала корпуса и коллектора.
Детектор работает по принципу переноса протонов отдачи в водородосодержащем диэлектрике.
Существенным недостатком конструкции Д&Р является накопление объемного заряда в 1водород05одержащем диэлектрике вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом, возникающее вслействие переноса протонов отдачи, и во всем объеме/диэлектрика (из-за ослабления потока нейтронов в вещество рассеивателя).
Распределенный внутри водородосодержащего диэлектрика объемный заряд создает электрическое поле, которое наряду с высокой радиационной проводимостью диЭлекТрика приводит к рассасыванию объемного заряда, т.е. к возникновению тока проводимости диэлектрика. Ток проводимости, складываясь с током протонов отдачи, приводит к возникновению погрешности при измерении тока протонов отдачи в цепи коллектор;а. Величина токд проводимости зависит от предварительного флюенса и квантов (т.е, от величины напряженности электрического поля внутри диэлектрика, создавшейся в данный момент времени) и от мощности дозы, соз; аваемой нейтронами и у-квантами взеществе рассеивателя в данный момент времени (т.е. от мгновенного значения проводимости диэлектрика
Действительно, в предположении постоянства радиационной проводимости Ор по Объему водородосодержащего рассейвателя уравнение для плоскости заряда в водородосодержащем рассеивателе имеет
вид
fTp ( t ) ЕЛ-L
q(x,t)p (x,t).
(1)
КЕо
гдер(х,т) - скорость образования объемного заряда в водородосодержащем диэлектрике:
Гя - диэлектрическая проницаемость водородосодержащего диэлектрика.
Решение уравнения 1 для плотности потока нейтронбв
0.
(t)
1,t 0
в начальном условии q(x.O) qo(x} имеет вид q(x.t) 1 -exp (-t f/p/f: fo ) к f.o /Oo(x) fjp + qo(x) exp (-t OO/E fio). где РЬ X - плотность распределения заряда в водородосодержащем диэлектрике, возникающаяпри переносе протонов единичным флюенсом нейтронов. При облучении ДВР с толщиной водородосодержащего рассеивателя D ток I в цепи коллектора, нормированный на единицу площади поверхности коллектора, равен (-в)( qo{x)dx exp (Ч Ор/е о). Величина сигнала ДВР l(t) оказывается зависящей от времени с постоянной времени т и зависит от начального распределения заряда по объему диэлектрика. Это либо ограничивает диапазон измерений ДВР. либо обуславливает систематическую погрешность, зависящую от времени. Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерений ДВР., Поставленная цель достигается тем. чтр в устройстве, содержащем заключенный в металличеожий корпус коллектор, отделенный от корпуса двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, коллектор выполнен из водородсодержащего материала толщиной не менее средневзвешенной проекции пробега протонов отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, окруженного со всех сторон приводящей экранирующей пленкой из материала с низким атомным номером толщиной, не превосходящей средневзвешенную проекцию длины пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки на направление распространения нейтронов. Такое конструктивное выполнение детектора плотности потока направленного излучения нейтронов обеспечивает расширение диапазона и точности измерений врем.енной зависимости плотности потока нейтронов при сохранении простой технологии сборки и эксплуатации детектора за счет экранирования влияния значительной части объемного заряда, возникающего в водородосодержащем диэлектрике вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом при переносе протонов отдачи в водородосодержащем диэлектрике, нл величину тока проводимости в цепи коллек.ора. Объемный заряд, возникающий е водородосодержащем рассеивателе. расположенном между коллектбром и корпусом вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом экранирующей пленки Kon/veKTOpa, в значительной степени компенсируется зарядом протонов отдачи, перенесенных из водородосодержащего материала коллектора через экранирующую пленку. При этом объемный заряд водородосодержащего материаТ а коллектора при рассеивании не приводит к влиянию тока проводимости диэлектрика на величину тока протонов отдачи в цепи коллектора, поскольку проводящая пленка, окружающая диэлектрик, образует короткозамкнутую внутреннюю цепь. На фиг,1 изображена осциллограмма сигналаДВР, когда ток проводимости полиэтиленового Диэлектрика превышает ток протонов отдачи при регистрации временной зависимости плотности потока, т.е. /Ob(x) - qo{x)0. на фиг.2 - общий вид детектора. ДетектЪр плotнocти потока направленного излучения нейтронов состоит из коллектора, выполненного в виде пластины из водородосодержащего материала 1 (например полиэтилена), окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала 2 с низким атомным номером (например, алюминия). Коллектор отделен от мeтa IЛичёcкoгo корпуса 3 двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородрсодёржащего материала 4, а другой - из материала 5. не Ыэдержащего атомов водорода (например, фторопласта), с эффективным атомным номером, не превосходящим атомного номера материала корпуса и экранирующей пленки. Устройство работает следующим образом. При облучении нейтронами со стороны неводородосодержащего диэлектрика происходит перенос заряда протонов отдачи в направлении распространения нейтронов в диэлектрике 4. Объемный заряд, возникающий при этом в диэлектрике 4 вблизи границы раздела с неводородосодержащей экранирующей пленкой 2 вследствие переноса протонов отдачи вещества диэлектрика 4. компенсируется зарядом протонов отдачи, возникающих в волородосодержащем материале 5 и перенесенных через проводящую экранирующую пленку 2, Для лучшей компенсации толщина водоро/юсодержащего диэлектрика 1 выбираете , не менее средневзвешенной проекции д-ишы спободного пробега протонов отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, а толщина экранирующей проводящей пленки 2 не более средневэвешенной про екции пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки на направление распространения нейтронов. (Дпя р аспределения нейтронов по энергиям на ИЯР и веществ полиэтилена и алюминия толщины соответственно 0,1-0i4 мми 210 мм). Заряд, протекший в цепи коллектора за время флюенса нейтронов, в основном определяется зарядом, равным заряду диэлектрика 1, возникающему при переносе протонов через экранирующую пленку 2 в еодородосодержащий диэлектрик 4. При этом ток проводимости диэлектрика 1, со-о гласно закону непрерывности тока, не виосит вклада в заряд, протекший в цепи коллектора. Толщина диэлектрика 4 выбирается из соображений электрической емкости детектора.
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НЕЙТРОНОВ, содержащее заключенный в металлический корпус коллектор, отделенный от корпуса двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерения, коллектор
выполнен из водородосодержащего диэлектрика толщиной не менее средневзвешенной проекции пробега протонов
30 отдачи в данном водородосодержащем дизлектрике на направление распространения нейтронов, окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала с низким атомным номером толщиной, не превосходящей средневзвешенную проекцию длины пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки на направление распространения нейтронов. Предложенное устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов по сравнению с наилучшими образцами аналогичного оборудования позволяет расширить диапазон измерений, ограниченный главным образом флюенсом нейтронов приблизительно в 10 раз, сохранив при этом сравнительно простую технологию изготовления детектора. Устройство позволяет также увеличить точность измерений временной зависимости г лотности потока нейтронов. Выполнение устройства для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов описанным образом обеспечивает удовлетворительную точность показаний детектора вблизи активной зоны ИЯР во временном интервале, соответствующем 95% флюенса нейтронов. (56) А.И. Абрамов и др: Основы экспериментальных методов ядерной физики. М.: Атомиздат, 1977, с. 507. Авторское свидетельство СССР N 713293, кл,С 01Т 3/00, 1979.
Фиг.1
г f
/ г
