CN100395561C - 聚变中子通量监测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚变反应堆中聚变中子测量的探测器，由置于不锈钢外壳内的三只裂变室探测器组成，其中，两只裂变室探测器的阴极上涂有不同质量的高纯裂变材料，使两只探测器的灵敏度为1∶100，第三只裂变室探测器为没有裂变材料的“空白”探测器；不锈钢外壳内设有一层镉热中子屏蔽层，镉热中子屏蔽层内设有中子慢化剂结构，中子慢化剂结构内设有铅屏蔽层，三只裂变室探测器置于铅屏蔽层内。该聚变中子通量监测器具有高精度、宽量程、高计数率的特点，适用于国际热核实验堆(ITER)的聚变中子测量。

Description

聚变中子通量监测器
技术领域
本发明涉及一种聚变反应堆中聚变中子测量的探测器。
背景技术
在中子测量领域，裂变室探测器已被广泛应用，但仅用于低通量或中等通量中子源。裂变反应堆是目前最强的中子源，但主要成份是热中子或超热中子，故泄漏至堆芯外的中子通量远低于国际热核实验堆(ITER)产生的高能(2.45或14.5MeV)中子通量。因此需研发迄今为止动态范围最大，量程最宽，测量精度最高，可涵盖国际热核实验堆(ITER)最大中子产额(1021/s)的聚变中子通量监测器。由于世界上还没有如国际热核实验堆(ITER)这样强大的高能中子源，因此也不存在相对应的如此强大的中子通量监测器，而现有的中子通量监测器一般为单只裂变室探测器，其测量精度和测量范围均不能满足国际热核实验堆(ITER)聚变中子测量的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度、宽量程、高计数率，可适用于国际热核实验堆(ITER)聚变中子测量的聚变中子通量监测器。
本发明的技术方案如下：聚变中子通量监测器，由置于不锈钢外壳内的三只裂变室探测器组成，其中，两只裂变室探测器的阴极上涂有不同质量的高纯裂变材料，使两只探测器的灵敏度为1∶100，第三只裂变室探测器为没有裂变材料的“空白”探测器；不锈钢外壳内设有一层镉热中子屏蔽层，镉热中子屏蔽层内设有中子慢化剂结构，中子慢化剂结构内设有铅屏蔽层，三只裂变室探测器置于铅屏蔽层内；所述的裂变室探测器包括置于外壳内的阳极和套在阳极外的阴极，阴极表面涂有高纯裂变材料，阳极与阴极之间的空隙充有电离气体并通过电绝缘体绝缘密封，阳极连接同轴电缆。
如上所述的聚变中子通量监测器，其中，裂变室探测器上所涂的裂变材料为铀-235，纯度为93％，中子慢化剂为铍或石墨。
如上所述的聚变中子通量监测器，其中，裂变室探测器上所涂的裂变材料还可以为铀-238，纯度为99.9999％，中子慢化剂为碳化硼。
本发明的聚变中子通量监测器采用裂变室探测器组合的形式，每个组合包括三只几何尺寸和结构完全相同的裂变室探测器，其中两只因涂有不质量的裂变材料，其灵敏度比值为100∶1，扩大了聚变中子通量监测器的量程和动态范围，第三只是未涂裂变材料的‘空白’探测器，专为扣除诸如γ和X射线的影响；其慢化剂类型的选择和屏蔽层材料的选择都使监测器具有更为良好的性能；由于选用了高纯度的裂变材料，确保了测量的精度。
附图说明
图1为聚变中子通量监测器的结构示意图。
图2为裂变室探测器的结构示意图。
图中1.不锈钢外壳2.铅屏蔽层3、4、5.裂变室探测器6.镉热中子屏蔽层7.中子慢化剂结构8.阴极9.高纯裂变材料10.空隙11.电绝缘体12.阳极13.外壳14.电绝缘体15.MI同轴电缆
具体实施方式
如图1所示，聚变中子通量监测器由置于不锈钢外壳1内的三只裂变室探测器3、4、5组成，其中，两只裂变室探测器4、5的阴极上涂有不同质量的高纯裂变材料，因而它们的灵敏度各不相同，根据测量要求的动态范围，技术条件，以及标定方面的原因，本发明通过改变裂变材料的质量，使两只探测器的灵敏度为1∶100。第三只裂变室探测器3为没有裂变材料的“空白”探测器，它的几何尺寸、材质、工作气体以及电子学等方面均与另两只裂变室探测器雷同。不锈钢外壳内1设有1mm厚的镉热中子屏蔽层6，镉热中子屏蔽层6内设有中子慢化剂结构7，中子慢化剂结构7内设有铅屏蔽层2，用于屏蔽γ射线和硬X射线，三只裂变室探测器3、4、5置于铅屏蔽层2内。
如图2所示，裂变室探测器包括置于外壳13内的阳极12和套在阳极12外的阴极8，阴极8表面涂有高纯裂变材料9，阳极12与阴极8之间的空隙10充有电离气体并通过电绝缘体11、14绝缘密封，阳极12连接MI同轴电缆15。所充的电离气体为氩气+5％氮气，压力为8atm。
在裂变室探测器的阴极8上所涂的高纯裂变材料9可以是铀-235，纯度为93％，或铀-238，纯度为99.9999％。当裂变材料选择铀-235时，中子慢化剂为铍或石墨；当裂变材料选择铀-238时，中子慢化剂为碳化硼。
本发明所提供的聚变中子通量监测器是为国际热核实验堆(ITER)提供总的中子源产额、聚变功率和第一壁上中子通量实时测量为目的最重要的聚变中子诊断手段之一。本发明根据MCNP计算，可提出多种不同灵敏度，其动态范围可复盖从标定的低通量中子源、ITER的D-D聚变中子到全功率运行的D-T聚变中子源测量的裂变室探测器组合而成聚变中子通量监测器，可测量104～1014n/(cm2.s)中子通量，时间分辨可达1ms，测量误差≤10％。

Claims (6)

1.一种聚变中子通量监测器，由置于不锈钢外壳(1)内的三只裂变室探测器(3、4、5)组成，其中两只裂变室探测器(4、5)的阴极上涂有不同质量的高纯裂变材料，第三只裂变室探测器(3)为没有裂变材料的“空白”探测器；不锈钢外壳(1)内设有一层镉热中子屏蔽层(6)，镉热中子屏蔽层(6)内设有中子慢化剂结构(7)，中子慢化剂结构(7)内设有铅屏蔽层(2)，三只裂变室探测器置于铅屏蔽层(2)内，其特征在于：两只阴极上涂有高纯裂变材料探测器的灵敏度为1∶100；所述的裂变室探测器包括置于外壳(13)内的阳极(12)和套在阳极(12)外的阴极(8)，阴极(8)表面涂有高纯裂变材料(9)，阳极(12)与阴极(8)之间的空隙(10)充有电离气体并通过电绝缘体(11、14)绝缘密封，阳极(12)连接同轴电缆(15)。
2.如权利要求1所述的聚变中子通量监测器，其特征在于：两只裂变室探测器(4、5)上所涂的裂变材料为铀-235，纯度为93％。
3.如权利要求1所述的聚变中子通量监测器，其特征在于：两只裂变室探测器(4、5)上所涂的裂变材料为铀-238，纯度为99.9999％。
4.如权利要求2所述的聚变中子通量监测器，其特征在于：所述的中子慢化剂为铍或石墨。
5.如权利要求3所述的聚变中子通量监测器，其特征在于：所述的中子慢化剂为碳化硼。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的聚变中子通量监测器，其特征在于：裂变室探测器内所充的电离气体为氩气+5％氮气。
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Development of in-vessel neutron monitor using micro-fissionchambers for ITER. M. Yamauchi, T. Nishitani, K. Ochiai, Y. Morimoto, J. Hori, K.Ebisawa, S. Kasai and C. Walker.REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS,Vol.74 No.3. 2003
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ITER中子通量监测器原型的研制. 杨进蔚，张炜，宋先瑛，李旭，郦文忠，王世庆，肖功珊，陆双桐.核聚变与等离子体物理，第25卷第2期. 2005
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Neutron monitor using microfission chambers fortheInternational Thermonuclear Experimental Reactor. T. Nishitani, S. Kasai, L. C. Johnson, K. Ebisawa, C. Walkerand T. Ando.REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS,Vol.70 No.1. 1999
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Neutron source strength monitors for ITER. Cris W. Barnes and A. L. Roquemore.REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS,Vol.68 No.1. 1997
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