Нейтронная ионизационная камера Советский патент 1984 года по МПК H01J47/12 

Предлагаемая ионизационная камер относится к ядерному приборостроению и может быть использована в системе управления и защиты ядерных реакторов (ЯР) для измерения и контроля плотности потока нейтронов. Одним из требований правил ядерной безопасности является непрерывность контроля плотности потока нейтронов ядерного реактора во всем диапазоне изменения мощности. Мощность и соответственно плотность потока нейтронов меняются в широких пределах (до десяти-одиннадцати декад). Измеряют плотность потока нейтронов с помощью детекторов нейтронов, диапазон работ которых (до 7 декад) значительно ниже диапазона изменения плотности потока нейтронов в ядерных реакторах. В настоящее время непрерывность контроля (измерения) плотности потока нейтронов ЯР достигается путем применения трех детекторов с соответствующим числом каналов измерения, что удорожает измерительную аппаратуру. Задача заключается в непрерывном измерении плотности потока нейтронов от минимального, до максимального ее значения с использованием одного детектора нейтронов, что позволит сократить число каналов измерения до одного и снизить стоимость аппаратуры.

Известна ионизационная камера деления, содержащая корпус и два электрода, причем на поверхности электродов, обращенных друг к другу нанесен слой вещества с делящимся изотопом-радиатором нейтронов. Камера имеет один основной (рабочий) объем l . Эта камера работает в импульсном и в токовом режимах.

Недостатком такой камеры явля ется отсутствие непрерывного измерения плотности потока нейтронов в широком диапазоне измерения. Камера работает в импульсном режиме с диапазоном, контроля плотности потока нейтронов семь декад и в токовом режиме с диапазоном контроля ..., плотности потока нейтронов около двух декад.

Между импульсной и токовой характеристиками имеется разрыв около двух декад. При работе в токовом режиме регистрируются фоновые токи, обусловленные наведенным (Э , у излучением и излучением продуктов деления, а также об активностью радиатора нейтронов, которые ограничивают токовый диапазон до 2 декад. Эти недостатки не позволяют осуществить непрерывное измерение плотности потока нейтронов при переходе от импульсного к токовому режиму, так как нижний предел пропорциональности между током камеры и плотностью потока нейтронов ограничен , - фоном.

который не пропорционален плотностипотока нейтронов.

Известна также иьтульсно-токовая камера деления с рабочим и компенсационным объемами, содержащая корпус и три электрода - положительный, собирающий и отрицательный 2, На поверхности, обращенных друг к другу электродов (положительного и собирающего) , нанесен слой вещества с делящимся изотопом - радиатором нейтронов .

В рабочем объеме между положительным и собирающим электродами детектируются 3 , К -излучения и осколки деления (нейтроны), а в компенсаш-юнном объеме между отрицательным и собирающим электродами детектируются только р , J -излучения. При снятии токового сигнала с собирающего электрода результирующий ток от fJ , У -излучения уменьшается.

Камера работает в импульсном режиме с диапазоном контроля плотности потока нейтронов семь декад и в токовом режиме с диапазоном контроля плотности потока нейтронов две декады. Разрыв характеристик - три декады. Большая чувствительность к внеижему f -излучению 10 AjPH, значительный ток от р , У -излучения продуктов деления, накапливающихся внутри камеры, и ток от об -излучения радиатора нейтронов не позволяют перекрыть поддиапазоны контроля плотности потока нейтронов при переходе от импульсного к токовому режиму работы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является нейтронная импульсно-токовая ионизационная камера деления, содержащая корпус, рабочий и компенсационный объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхность положительного электрода, обращенную к собирающему электроду, нанесен сло вещества-радиатора 3J .

Недостатком этой камеры является узкий диапазон контроля плотности потока нейтронов. Этот недостаток объяняется тем, что между импульсной и токовой рабочими характеристиками камеры имеется разрыв, т.е. имеется диапазон плотности потока, нейтронов который не контролируется ка1иерой.

Диапазон контроля в импульсном режиме, работы камеры составляет от

0,1 до i-IO нейтр. коном режиме от

S-IO до 10° нейтр.

5

от 1-10 до 510 к не контролируется. Объясняется это тем, что верхний предел импульсного диапазона ограничен просчетом импульсов из-за их положений, а нижний предел токового диапазона - фоновыми токами, обусловленными J -частицами и У -кв тами, испускаемыми продуктами делен вещества-радиатора. Цель изобретения - непрерывное измерение плотности потока нейтроно во всем диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что в. нейтронной ионизационной камере, содержащей корпус, рабочий и компенсационные объемы, образован ные соответственно положительным и .собирающим электродами и тем же соб собираквдим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхность положитель ного электрода, образенную к собирающему электроду, нанесенслой вещества-редиатора, в собирающем эл электроде выполнены сквозные отверс тия, диаметр каждого из которых не больше толщины собирающего электрода, а количество определяется из выражения где К„ - коэффициент пропорциональности между чувствительностью импульсных характеристик рабочего и компенса ционного объемов камеры - эффективность прохождения осколков деления через одн отверстие. Отверстия в собирающем электроде позволяют проникать части осколков в компенсирующий объем камеры, которые производят ионизацию газа ком пенсирующего объема, создавая импульсы тока. Число осколков, попавших через отверстие, значительно меньще числа образовавшихся в рабочем объеме, поэтому чувствительност камеры в импульсном режиме компенсирующего объема значительно меньше чувствительности камеры в импульсно режиме рабочего объема. В результате этого получена новая импульсная характеристика камеры, которая имее перекрытие с прежними импульсной и токовой рабочими характеристиками, что позволило получить непрерывный контроль плотности потока нейтронов от 0,1 до 10° (11 декад) см с с одним детектором. В предлагаемой камере получены следующие рабочие .характеристики: импульсный режим рабочего объема от О,1 до 10 нейтр. см с, импульсный режим конпенсационного объема от. 10 до Ю нейтр. см с токовый режим рабочего объема от 5 10 до Ю иейтр. с. На чертеже изображена структурная схема предлагаемой иониэацион-. ной камеры, где приняты следующие обозначения: 1 - корпус камеры, 2 положительный и 3 - собирающий электроды, 4 - отрицательный электрод, 5 - рабочий объем камеры, 6 - компенсационный объем камеры,-7 - делящееся вещество - радиатор нейтронов, 8 - сквозные отверстия в собирающем электроде. Внутри герметичного корпуса 1 . . ионизационной камеры параллельно друг другу установлены плоские электроды: положительный 2, собирающий 3 и отрицательный 4. Толщина пластины каждого электрода равна 0,5 мм. В пластине собиракмцего электрода 3 выполнено сто отверстий 8. Диаметр каждого отверстия 0,4 мм. На пластину положительного электрода 2 со стороны собирающего электрода 3 нанесено вещество-радиатор {Уран-235), количество которого 1 мг/см. Общая площадь каждого электрода составляет IPOO мм. Общая площадь отверстий равна 50 мм. Расположение отверстий желательно около центра пластины электрода. Для получения непрерывности измерений плотности потока нейтронов во всем диапазоне изменения от 0,1 до 10 нейтр. см с необходимо, чтобы к имеющимся рабочим характеристикам добавилась дополнительная импульсная характеристика, которая не только охватывала бы неконтролируе мый диапазон плотности потока нейтронов, но и имела бы перекрытие с импульсной и токовой рабочими характеристиками рабочего объема. Дополнительная импульсная характеристика должна иметь верхний диапазон измерения плотности потока нейтронов см с при максимальной рабочей частоте 10 им. . Тогда дополнительная импульсная рабочая характеристика перекрывает диапазон от 100 до 10 нейтр. см с и имеет перекрытие с импульсной характеристикой в диапазоне от 100 до 10 нейтр. см с токовой от 5 10 нейтр. см с Коэффициент отношения чувствительности дополнительной характеристики к чувствительности основной характеристики, таким образом, равен 10 Рабочий диапазон дополнительной импульсной характеристики достигнут выбором числа и диаметра отверстий в собирающем электроде. Для того, чтобы каждое отверстие работало как коллиматор, необходимо чтобы толщина электрода была больше диаметра отверстия. В данном конкретном примере диаметр отверстия выбран

НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА, содержащая корпус, рабочий и компенсационный объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхности положительного электрода, обращенной к собирающему электроду, нанесен слой вещества-радиатора, отличающаяс я тем, что,С целью непрерывного измерения плотности потока нейтронов во всем диапазоне, в собирающем электроде выполнены сквозные отверстия, диаметр каждого из которых не больще толщины собирающего электрода, а количество определяется из выражения С S т(П где к - коэффициент пропорциональности между чувствительcz ностью импульсных характеристик рабочего и компенсационного объемов камеры; - эффективность прохождения осколков деления через одно отверстие. со со со 00 о: со