блок детекторов для измерения потока нейтронов

Классы МПК:G01T3/00 Измерение нейтронного излучения
H01J47/00 Приборы для определения наличия, интенсивности, плотности и энергии излучения или частиц
H01J47/02 ионизационные камеры
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Научно-исследовательский институт технологии материалов,
Чукляев Сергей Васильевич,
Пепелышев Юрий Николаевич,
Артемьев Валерий Анатольевич
Приоритеты:
подача заявки:
1998-10-12
публикация патента:

Изобретение может быть использовано для измерения потока нейтронов в системе управления и защиты ядерного реактора, критической сборки и других источников нейтронов. Блок 1 содержит два нейтроночувствительных объема 2 и 3 с электрически изолированными сигнальными электродами 4 и 5 соответственно. Первый нейтроночувствительный объем 2 содержит нуклид 10В 6, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами. Его сигнальный электрод 4 предназначен для соединения посредством линии электрической связи 7 со входом тракта измерения электрического тока 8. При этом первый нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных нейтроночувствительных объемов. Второй нейтроночувствительный объем 3 содержит слой делящегося материала 9 с определенной чувствительностью. Сигнальный электрод этого чувствительного объема 5 предназначен для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции 10. При этом этот нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных нейтроночувствительных объемов. Устройство позволяет упростить конструкцию блока ионизационных камер, узла детекторов, измерительного канала в целом и применять для измерения плотности потока тепловых нейтронов в интервале от 1,0 до 5 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 1011 см-2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 с-1 при относительном отклонении нагрузочной характеристики от линейной 2 - 3,5%. 1 c. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

Формула изобретения

1. Блок детекторов для измерения потока нейтронов, содержащий два нейтроночувствительных объема, первый из которых содержит нуклид, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи со входом тракта измерения электрического тока, а второй нейтроночувствительный объем содержит электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции, отличающийся тем, что второй нейтроночувствительный объем содержит испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами радиатор, чувствительность К которого

блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin/Ib1 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 K = K2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1/(Ib1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155),

где I < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 < D - коэффициент перекрытия линейных участков нагрузочной характеристики в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; D = Nmax/Nmin = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155/Nmin блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmax - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmin - минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - средняя длительность импульсов тока, возникающих во втором нейтроночувствительном объеме в реакции с нейтронами; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; KI - токовая чувствительность первого нейтроночувствительного объема; Ib1 - собственный фоновый ток в первом нейтроночувствительном объеме; K2 - максимальная чувствительность к нейтронам второго нейтроночувствительного объема, при этом отношение собственного фонового тока во втором нейтроночувствительном объеме к фоновому току в первом нейтроночувствительном объеме больше отношения их токовых чувствительностей к нейтронам Q блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 K2/KI не более чем в D1/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 раз, где Q - средний заряд, возникающий во втором нейтроночувствительном объеме на одну реакцию, сопровождающуюся вылетом заряженных частиц из нейтроночувствительного радиатора; D1 - относительный диапазон линейности нагрузочной характеристики первого нейтроночувствительного объема.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что первый нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных нейтроночувствительных объемов.

3. Блок по п. 1, отличающийся тем, что K2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 KI/Q, при этом значение Ib1 < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Q/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технической физики, а точнее - к области регистрации нейтронов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в процессе изготовления блоков, узлов, каналов для измерения потока нейтронов на основе ионизационной камеры и счетчика, применении в системе управления и защиты ядерного реактора, критической сборки и других источников нейтронов.

Известна скомпенсированная по току от фонового блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-излучения газонаполненная ионизационная камера типа КНК, содержащая нейтроночувствительный объем, в который помещен борный радиатор в твердой или газовой фазе, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи с трактом измерения электрического тока (см., например, Чукляев С. В., Грудский М.Я., Артемьев В.А. Вторично-эмиссионные детекторы ионизирующих излучений. М., Энергоатомиздат, 1995, с. 178-182).

Работа этого детектора основана на преобразовании потока нейтронов в электрический ток, возникающий в чувствительном объеме под воздействием продуктов реакции нуклида 10B с нейтронами.

Недостатком этого детектора является наличие собственного фонового тока, значение которого вносит нелинейный вклад в сигнал от нейтронов и практически не позволяет измерить ток от нейтронов с погрешностью менее 2% при плотности потока тепловых нейтронов ниже 3блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155103 см-2блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155с-1. На фоне сопутствующего блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-излучения нижняя граница фонового тока может возрастать на один - два десятичных порядка.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по большинству сходных признаков является блок ионизационных камер типа КНУ, содержащий два нейтроночувствительных объема, один из которых содержит нуклид 10B, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи с трактом измерения электрического тока, а второй нейтроночувствительный объем содержит электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения с трактом измерения скорости счета импульсов реакции (см. Чукляев С.В., Пепелышев Ю.Н., Уваров Н.А. и др. Блоки ионизационных камер для измерения потока нейтронов в реакторах. Приборы и техника эксперимента, 1997, N 3, с. 14-23).

Недостатком этого блока является высокое значение собственного фонового тока в борсодержащем объеме, обусловленное вкладом дополнительного объема, содержащего делящийся материал, что обусловливает необходимость применения дополнительного тракта измерения скорости счета импульсов реакции.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в блоке детекторов для измерения потока нейтронов, содержащем два нейтроночувствительных объема, первый из которых содержит нуклид, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами, и электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения линией электрической связи со входом тракта измерения электрического тока, а второй нейтроночувствительный объем содержит электрически изолированный сигнальный электрод, предназначенный для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции, второй нейтроночувствительный объем содержит испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами радиатор, чувствительность K которого

блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin/Ib1 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 K = K2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1/(Ib1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155),

где 1 < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 < D - коэффициент перекрытия линейных участков нагрузочной характеристики в режимах измерения скорости счета импульсов реакции и электрического тока; D = Nmax/Nmin = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155/Nminблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - диапазон загрузки тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmax - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; Nmin - минимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - средняя длительность импульса тока, возникающего во втором нейтроночувствительном объеме в реакции с нейтронами; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - относительное отклонение нагрузочной характеристики от линейной; K1 - токовая чувствительность первого нейтроночувствительного объема; Ib1 - собственный фоновый ток в первом нейтроночувствительном объеме; K2 - максимальная чувствительность к нейтронам второго нейтроночувствительного объема,

при этом отношение собственного фонового тока во втором нейтроночувствительном объеме к фоновому току в первом нейтроночувствительном объеме больше отношения их токовых чувствительностей к нейтронам Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2/K1 не более, чем в D1/ блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 раз, где Q - средний заряд, возникающий во втором нейтроночувствительном объеме на одну реакцию, сопровождающуюся вылетом заряженных частиц из нейтроночувствительного радиатора; D1 - относительный диапазон линейности нагрузочной характеристики первого нейтроночувствительного объема,

при этом первый нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных чувствительных объемов, второй нейтроночувствительный объем образован электрическим соединением сигнальных электродов аналогичных чувствительных объемов, к тому же K2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 K1/Q, при этом значение

Ib1 < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155DQблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Q/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155.

Предложенное устройство удовлетворяет критерию изобретения "новизна" и "изобретательский уровень" несмотря на известность некоторых использованных признаков, так как совокупность изложенных признаков, взятая в новой взаимосвязи, позволяет упростить конструкцию блока и сохранить линейный участок нагрузочной характеристики при заданном относительном отклонении блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 за счет установленных соотношений между характеристиками конструкции, физическими свойствами и характеристиками используемых в ней материалов.

Ниже изложен пример конкретного выполнения устройства со ссылками на прилагаемые чертежи и таблицы.

Фиг. 1 изображает схему блока детекторов и электрическую схему его включения (СМ - согласующий модуль, ДУ - дифференциальный усилитель импульсов; ПП - пересчетный прибор; А - измеритель электрического тока; ИП1, ИП2, ИП3 - источники электрического напряжения питания).

Фиг. 2 изображает схему блока ионизационных камер.

Фиг. 3 изображает схему блока детекторов с электрически соединенными высоковольтными электродами чувствительных объемов и электрическую схему его включения (СМ - согласующий модуль; ДУ - дифференциальный усилитель импульсов; ПП - пересчетный прибор; А - измеритель электрического тока; ИП1, ИП2 - источники электрического напряжения питания).

Фиг. 4 изображает зависимости скорости счета N импульсов деления 235U во втором нейтроночувствительном объеме, нормированной на минимальную загрузку тракта измерения скорости счета импульсов реакции Nmin, и тока от нейтронов I в первом и втором нейтроночувствительных объемах, нормированного на величину тока Imin = Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin, от плотности потока тепловых нейтронов Фn, нормированной на плотность потока Ф1 при минимальной загрузке тракта измерения скорости счета импульсов реакции во втором нейтроночувствительном объеме.

Фиг. 5 изображает диаграмму для определения интервала отношения чувствительностей к тепловым нейтронам второго и первого чувствительных объемов в различных модификациях блока по величине отношения блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 /D при Nmin = 1 с-1.

Табл. 1 представляет среднюю длину пробегов легких и тяжелых продуктов деления 235U в радиаторах из различных материалов.

Табл. 2 представляет основные характеристики модификаций блока газонаполненных ионизационных камер.

Табл. 3 представляет интервалы отношения токовых чувствительностей к нейтронам второго и первого чувствительных объемов для различных модификаций блока детекторов и различных блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 при D = 105 и Nmin = 1 с-1.

Блок детекторов (фиг. 1) 1 содержит два нейтроночувствительных объема 2 и 3 с электрически изолированными сигнальными электродами 4 и 5 соответственно. Первый нейтроночувствительный объем 2 содержит нуклид 10В 6, испускающий заряженные частицы в реакции с нейтронами. Сигнальный электрод 4 этого чувствительного объема предназначен для соединения посредством линии электрической связи 7 со входом тракта измерения электрического тока 8. Второй нейтроночувствительный объем 3 содержит радиатор 9 в виде слоя делящегося материала, чувствительность которого K определяется соотношением

K = Sблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155NAблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155dблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155/A,

где S - площадь слоя нейтроночувствительного материала во втором нейтроночувствительном объеме; NA - число Авогадро; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - относительное количество массы нейтроночувствительного нуклида в нейтроночувствительном материале; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - плотность нейтроночувствительного материала; d - толщина слоя нейтроночувствительного материала; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - среднее количество заряженных частиц, вылетающих из слоя нейтроночувствительного материала на одну реакцию; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - среднее сечение реакции нуклида с нейтронами; A - атомная масса нейтроночувствительного нуклида,

и тождественно равна максимальной чувствительности к нейтронам K2 этого объема в режиме измерения скорости счета импульсов реакции. Сигнальный электрод этого чувствительного объема 5 предназначен для соединения со входом тракта измерения скорости счета импульсов реакции 10.

Например, для слоя делящегося материала толщиной, не превышающей среднюю длину пробегов тяжелых продуктов деления, значение блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 вычисляют по формуле

блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155

где Rm1, Rm2 - средняя длина пробегов легких и тяжелых продуктов деления соответственно. Значения Rm1 и Rm2 продуктов деления 235U в различных материалах приведены в табл. 1.

В качестве блока детекторов может быть применен набор газонаполненных ионизационных камер, содержащих нуклид 10В и делящийся материал, например камер типов КНК, КНТ. Наиболее удобен в эксплуатации блок газонаполненных детекторов.

Блок (фиг. 2) состоит из двух чувствительных объемов 2 и 3, установленных, например, один за другим и сваренных между собой, посредством переходного фланца 11. Первый объем 2 собран из двух частей, установленных одна за другой. Каждая часть содержит систему из трех электродов 12, размещенных в цилиндрическом корпусе 13 внешним диаметром 50 и толщиной стенки 0,8 мм. Один из электродов в каждой части набран из 44, а два других - из 22 и 23 дисков диаметром 44 и толщиной около 0,36 мм, закрепленных на трех металлических стойках 14. Стойки изолированы от корпуса опорными изоляторами 15 из высокоглиноземистой керамики. Каждый диск одного электрода, который принято называть сигнальным, размещен между дисками двух других высоковольтных электродов, образующих с сигнальным электродом две секции. Расстояние между соседними дисками разноименных электродов 1,6 мм. Через отверстия в переходном фланце 16 и опорных изоляторах стойки одноименных электродов обеих частей соединены между собой токоведущими проводниками 17, а одна из стоек каждого электрода одной из частей электрически соединена с отдельным электрическим вводом 18, изготовленным из спая корундовой керамики с коваром и вваренным в крышку корпуса этого объема 11. Поверхности дисков в одной из секций покрыты слоем материала толщиной (блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155d) около 1 мг/см2, содержащего нуклид 10B. Эта секция чувствительна к нейтронам и блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-излучению. Другая секция не содержит нейтроночувствительного материала и служит для компенсации ионизационных токов от фонового блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-излучения в цепи сигнального электрода. Для покрытия электродов может использоваться бор аморфный с природным содержанием нуклида 10В, продукт 80-95%-ного обогащения по 10В. Общая площадь покрытия составляет 0,22 м2. В качестве первого чувствительного объема могут использоваться скомпенсированные по току от фонового блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-излучения конструкции ионизационной камеры, содержащие 10BF3 в газовой фазе или 3He.

Второй объем 3 представляет сборку из двух электродов 19, собранных из 53-х аналогичных дисков, закрепленных на стойках 14. Диски на периферии имеют вырезы для прокладки стоек и выступы, которые при сборке электродной системы заводят в отверстия несущих стоек, загибают и приваривают к последним точечной электросваркой. Стойки изолированы от корпуса опорными изоляторами 15 из высокоглиноземистой керамики, установленными в специальные гнезда во фланцах. Отверстия в стойках расположены таким образом, что между дисками разноименных электродов образуется зазор 1,6 мм, а каждый диск сигнального электрода оказывается размещенным между двумя дисками другого электрода, на который подают электрическое напряжения питания. Обращенные одна к другой поверхности дисков этого чувствительного объема покрыты слоем U3O8 90% нуклида 235U толщиной около 1 г/см2 Общая площадь покрытия 0,13 м2. Через отверстие во фланцах и опорных изоляторах одна из стоек каждого электрода соединена токоведущими проводниками 17 с отдельным металлокерамическим электрическим вводом 18, установленным в крышке корпуса блока 20.

Токоведущие проводники первого объема изолированы керамической трубкой 21, проложенной внутри металлической трубки, установленной в вырезе дисков электродной системы второго чувствительного объема и закрепленной на опорных фланцах, и соединены с отдельными электрическими вводами блока 18.

Сборка может быть произведена в аксиально-цилиндрической системе электродов, в которой удобно расположить один чувствительный объем внутри другого, или последовательным размещением чувствительных объемов, сигнальные электроды которых соответственно соединены с сигнальными электродами первого и второго нейтроночувствительных объемов.

За исключением узлов электрических вводов и опорных изоляторов все металлические детали изготовлены из нержавеющей стали аустенитного класса. Первый объем заполнен аргоном до давления 60 кПа и гелием-4. Суммарное давление смеси инертных газов 0,4 МПа. Второй объем заполнен смесью азота, гелия и аргона до давления 0,45 МПа. Парциальное давление азота и гелия одинаковое и равно 9 кПа. Основные характеристики модификаций блока ионизационных камер, условно обозначенных M1, M2, M3 и M4, приведены в табл. 2.

Возможно уменьшить количество электрических вводов 18, установленных в крышке корпуса блока 20, и количество источников электрического напряжения питания путем соединения электрического ввода 18 высоковольтного электрода первого объема с одной из металлических стоек высоковольтного электрода второго чувствительного объема (фиг. 3). Однако, при этом в тракте измерения скорости счета импульсов возникает дополнительный источник шумов, обусловленный флуктуациями тока в секции первого чувствительного объема под облучением.

Блок ионизационных камер заключают в цилиндрический электромагнитный экран из стали-20, покрытой медной фольгой, и размещают внутри герметичного корпуса подвески 22. Экран, как правило, изолируют от корпуса подвески. В терминологии ГОСТ 27445-87 "Системы контроля нейтронного потока для управления и защиты ядерных реакторов. Общие технические требования" подвеска, содержащая ионизационную камеру (детектор, блок детекторов) и кабельную вставку, называется узлом детектора.

Узел детектора помещают в канал реактора или иного источника нейтронов и соединяют со входами электронного блока 23. При этом сигнальный электрод первого чувствительного объема соединяют со входом тракта измерения электрического тока 8, а сигнальный электрод второго чувствительного объема - со входом тракта измерения скорости счета импульсов 10.

Электронный блок 23 состоит из входного и согласующего модулей, модуля ввода-вывода и персонального компьютера 24.

Входной модуль предназначен для преобразования токового сигнала в электрическое напряжение, усиления, фильтрации и подавления синфазных помех. Модуль содержит преобразователь тока в напряжение; усилитель электрического тока; измеритель электрического тока (А); дифференциальный усилитель импульсов (ДУ); пересчетный прибор с таймером /интенсиметр/ (ПП); фильтр нижних частот.

Основные характеристики модуля:

Входная чувствительность - 2 нА

Динамический диапазон - 120 дБ

Количество ступеней коэффициента преобразования - 4

Количество ступеней коэффициента усиления - 64

Частота среза фильтра нижних частот - 4 кГц

Диапазон частотной характеристики - Выше 1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155107 Гц

Максимальная скорость счета импульсов деления, Nmax - 1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155105 c-1

Модуль ввода-вывода предназначен для преобразования измеряемого сигнала в цифровой код, ввода его в компьютер, а также для управления входным модулем. Модуль содержит аналогово-цифровой преобразователь и параллельный интерфейс.

Основные характеристики аналогово-цифрового преобразователя (АЦП):

Количество входных каналов - 8

Количество разрядов - 10

Время преобразования - Менее 30 мкс

Погрешность преобразования - 0,25%

Режим считывания - Программный, DMA

Предусмотрена работа АЦП в режиме фиксированного входного канала или в режиме сканирования по каналам.

Параллельный интерфейс типа TTL содержит 11 линий вывода и 2 линии ввода. Модуль установлен в одном из разъемов расширения системного блока компьютера.

Погрешность определения скорости счета импульсов деления носит статистический характер. При относительном отклонении блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 1 нагрузочной характеристики от линейной вероятность просчетов импульсов p оценивается по формуле p = N0блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371550, где N0 - поток продуктов реакции из слоя делящегося материала или загрузка тракта измерения скорости импульсов; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371550 - суммарное время восстановления измерительной схемы, включая среднюю длительность импульсов тока блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155, возникающих во втором нейтроночувствительном объеме при делении нуклида под воздействием нейтронов. Отсюда следует, что при условии p блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 0,02 и блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371550 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 200 нс, максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов Nmax = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155105 c-1. Минимальная загрузка тракта Nmin связана интенсивностью собственных фоновых импульсов второго чувствительного объема Nф блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 Nmin (см. табл. 2).

Погрешность измерения электрического тока I обусловлена, главным образом, флуктуациями тока от тепловых нейтронов, тока от фонового блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-излучения Iблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155, шумами измерительного тракта и шумами, возникающими при преобразовании аналогового сигнала в цифровой код. Суммарная дисперсия статистических шумов измеряемого тока оценивается соотношением

блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155

где блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155f - полоса пропускания аналогового фильтра; m - число усреднений; n - разрядность АЦП; Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 213715510-14 - средний заряд, протекающий в первом чувствительном объеме на 1 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-частицу, Кл; Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 213715510-17 - средний заряд, протекающий в чувствительном объеме на 1 фотон, Кл; Imax - максимальный ток нейтроночувствительного объема; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552 - интенсивность флуктуационной помехи измерительного тракта; GE - импульсная характеристика измерительной аппаратуры.

При включении оптимальной фильтрации и усреднения результатов многократных измерений потока тепловых нейтронов относительная среднеквадратическая погрешность уменьшается до 500 раз. Шумы дискретизации в режиме работы электронной аппаратуры с переменным коэффициентом усиления не превышает 1%.

Программное обеспечение построено по принципу разветвленного меню, работающего под MS DOS, и состоит из измерительной и обрабатывающей программ.

Измерительная программа реализована на языке Turbo Pascal и включает в себя весь комплекс процедур нижнего уровня, работающих с электронной аппаратурой и организующих измерения и накопление данных. Программа позволяет автоматически подключать или отключать фильтр нижних частот, оптимально устанавливать период дискретизации АЦП от 30 мкс до 35 мс, период и число отсчетов в одном измерении, диапазон входного сигнала до 2, 20, 200 или 2000 мкА, число циклов измерения, в том числе с усреднением, нормировкой и графической визуализацией данных, записью в конфигурационный файл для последующего восстановления результатов и условий измерения. При этом программа предусматривает возможность оптимального выбора и автоматического переключения коэффициента усиления по ступеням от 1 до 64 в каждом диапазоне.

Обрабатывающая программа реализована на языке FORTRAN77 и включает процедуру обработки результатов измерения. Конечным результатом обработки данных является определение плотности потока нейтронов, мощности, коэффициента реактивности и других параметров реактора.

Взаимодействие измерительной и обрабатывающей программ осуществляется на уровне файлов данных.

Устройство работает следующим образом.

При создании внешними источниками (ИП1, ИП2, ИП3) электрических напряжений питания электрические сигналы, вырабатываемые под воздействием нейтронов в первом (ИК-1) 2 и втором (ИК-2) 3 чувствительных объемах блока ионизационных камер 1, поступают в электронный блок 22. Массив измеренных значений скорости счета импульсов деления в ИК-2 и электрического тока в ИК-1 записывается в оперативную память компьютера 22 и в конце измерения - на диск для детальной обработки.

На фиг. 4 показаны зависимости скорости счета N импульсов деления 235U 25 в ИК-2, нормированной на минимальную загрузку тракта измерения скорости счета импульсов реакции Nmin, и тока от нейтронов I 26 в ИК-1 с различной чувствительностью от плотности потока тепловых нейтронов Фn, нормированной на плотность потока Ф1 при минимальной загрузке тракта измерения скорости счета импульсов реакции в ИК-2. Здесь же нанесена зависимость тока от нейтронов 27 в ИК-2. Для удобства значения I нормированы на величину тока Imin = Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin, где Q - средний заряд, возникающий в ИК-2 на один осколок, вылетающий из слоя делящегося материала. Видно, что в линейном диапазоне D = Nmax/Nmin = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155/Nminблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155, где Nmax - максимальная загрузка тракта измерения скорости счета импульсов реакции; блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 - средняя длительность импульса тока, возникающего во втором нейтроночувствительном объеме в одной реакции деления, скорость счета импульсов деления в ИК-2 ограничена при плотности потока нейтронов Ф3 = Nmax/K2, где K2 - максимальная чувствительность к нейтронам ИК-2 в режиме измерения скорости счета импульсов деления. В режиме измерения электрического тока вклад собственного фонового тока Ib1 обусловливает отклонение нагрузочной характеристики ИК-1 от линейной при низкой плотности потока нейтронов. Относительное отклонение блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 1 нагрузочной характеристики от линейной связана с минимальным значением плотности потока нейтронов Ф2 соотношением блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552 = Ib1, K1 - токовая чувствительность к нейтронам ИК-1.

Если линейные участки нагрузочных характеристик ИК-1 и ИК-2 пересекаются, то можно записать соотношение Ф13 = 1/D блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 Ф23 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 1/ блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 , из которого, учитывая тождественное равенство значений K2 чувствительности K слоя делящегося материала в ИК-2, следует

блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155

где 1 < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 < D - коэффициент перекрытия линейных участков нагрузочной характеристики в режимах измерения скорости счета импульсов реакции в ИК-2 и электрического тока в ИК-1.

Когда отношение собственного фонового тока Ib2 в ИК-2, обусловленного главным образом блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155-активностью делящегося материала, к собственному фоновому току Ib1 в ИК-1 превышает отношение их токовых чувствительностей к нейтронам, значение Ф2 меньше минимального значения плотности потока нейтронов блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371554 = Ib2/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2, при которой вклад Ib2 в токовый сигнал ИК-2 от нейтронов не превышает блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155, поток нейтронов высокой плотности измеряют ИК-1. Здесь Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2 - токовая чувствительность ИК-2 к нейтронам. При высокой плотности потока нейтронов нагрузочная характеристика ионизационной камеры, работающей в режиме измерения тока, отклоняется от линейной из-за ограничения электрического тока объемным зарядом в межэлектродном промежутке. Если линейный участок нагрузочной характеристики ИК-1 перекрывает линейный участок нагрузочной характеристики ИК-2 в режиме измерения электрического тока, то можно записать Ф54 = Ф2блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155D14 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155, где D1 - относительный диапазон линейности нагрузочной характеристики ИК-1. Из этого соотношения, учитывая, что Ib2/Ib1 > Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2/K1, получим Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2/K1 < Ib2/Ib1 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 (D1/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155)блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155(Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2/K1), то есть отношение собственного фонового тока в ИК-2 к фоновому току в ИК-1 больше отношения их токовых чувствительностей к нейтронам Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2/K1 не более чем в D1/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 раз.

Конструкции, в которых K1 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2 (K2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 K1/Q), обладают более широким линейным участком нагрузочной характеристики по сравнению с конструкциями с обратным соотношением токовых чувствительностей. В этом случае K1/Q блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 K = K2 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nminблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155D/(Ib1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155). Из этого соотношения следует, что максимальное значение собственного фонового тока Ib1 в ИК-1, при котором возможно перекрытие диапазонов измерения скорости счета импульсов реакции в ИК-2 и электрического тока в ИК-1, определяется по формуле K1/Q = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nminблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155D/(Ib1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155). Учитывая, что 1 < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 < D, получим Ib1 < блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Dблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371552блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Q/блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155.

В табл. 3 представлены интервалы отношения Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155K2/K1 для различных модификаций блока ионизационных камер и различных блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 при блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 0,02, блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 200 нс (D = 105) и Nmin = 1 с-1. Видно, что при этих условиях в модификации M2 перекрытие диапазонов в режимах измерения скорости счета импульсов деления в ИК-2 и электрического тока в ИК-1 составляет около одного десятичного порядка, а модификация M1 может выполнить требование ГОСТ 27445-87 при блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 0,035. Максимальное перекрытие диапазонов достигается в модификации M4. Однако, как отмечено выше, линейный участок нагрузочной характеристики этой модификации уже, по сравнению с модификациями M1 и M2. При Nmin = 1 с-1 и блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155 = 0,02 интервал отношения чувствительностей удобно определять по величине отношения блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155/D c помощью диаграммы, показанной на фиг.5. На этой диаграмме линии 28, 29, 30 построены для модификаций блока, в котором значение собственного фонового тока Ib1 в ИК-1 соответственно равно 5блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 213715510-12, 1блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 213715510-11 и 5блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 213715510-11 A. Здесь же позицией 31 обозначена модификация, в которой Ib1 = блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Dблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Qблок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155Nmin = 5,2блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 213715510-10 A.

Описанное выше устройство позволяет упростить конструкцию узла детекторов, канала в целом и применить для измерения плотности потока тепловых нейтронов в интервале от 1,0 до 5блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 21371551011 см-2блок детекторов для измерения потока нейтронов, патент № 2137155с-1 при условии перекрытия линейных участков диапазонов измерения скорости счета импульсов деления и электрического тока не ниже одного десятичного порядка и относительном отклонении нагрузочной характеристики от линейной 2 - 3,5%.

Класс G01T3/00 Измерение нейтронного излучения

способ определения изотопного отношения делящегося вещества, содержащегося в камере деления -  патент 2527137 (27.08.2014)
способ для определения направленности радиоактивного излучения и устройство для его осуществления -  патент 2526492 (20.08.2014)
способ измерения флюенса быстрых нейтронов полупроводниковым монокристаллическим детектором -  патент 2523611 (20.07.2014)
способ регистрации нейтронного потока ядерной установки в широком диапазоне измерений и устройство для его реализации -  патент 2522708 (20.07.2014)
сцинтилляционный материал и соответствующий спектральный фильтр -  патент 2519131 (10.06.2014)
способ определения спектрального и пространственного распределения фотонов тормозного излучения и соответствующее устройство -  патент 2513641 (20.04.2014)
способ измерения интенсивности излучения -  патент 2505841 (27.01.2014)
нейтронный датчик -  патент 2503975 (10.01.2014)
устройство и способ для детектирования нейтронов посредством калориметрии на основе гамма-захвата -  патент 2502088 (20.12.2013)
устройство и способ для детектирования нейтронов с помощью поглощающих нейтроны калориметрических гамма-детекторов -  патент 2501040 (10.12.2013)

Класс H01J47/00 Приборы для определения наличия, интенсивности, плотности и энергии излучения или частиц

способ определения энергетического спектра электронов в электронном пучке -  патент 2523424 (20.07.2014)
устройство регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора -  патент 2522504 (20.07.2014)
гибридная фоточувствительная схема (гфс) -  патент 2519052 (10.06.2014)
способ измерения интенсивности источников вуф-излучения и устройство для его осуществления -  патент 2505884 (27.01.2014)
гибридная фоточувствительная схема (гфс) -  патент 2504043 (10.01.2014)
устройство для счета ионов -  патент 2464636 (20.10.2012)
способ измерения концентрации ионов и устройство для его реализации -  патент 2459309 (20.08.2012)
детекторные устройства и матрицы с высокой чувствительностью и высокой разрешающей способностью -  патент 2406181 (10.12.2010)
ионизационная камера для системы управления и защиты ядерного реактора -  патент 2384913 (20.03.2010)
газоразрядный преобразователь радиационного изображения в видимое -  патент 2333566 (10.09.2008)

Класс H01J47/02 ионизационные камеры

Наверх