CN111103618B - 一种在高温条件下工作的电离室 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电离室辐射探测技术领域，具体涉及一种在高温条件下工作的电离室。包括主体外壳、芯子组件、上绝缘陶瓷、保护环、减震弹簧、底座、顶盖组件、连接筒、电缆连接盘基座组件、无机铠装电缆组件、电缆接插件、镍丝。本发明采用的平板型电离室相对于圆柱形结构的电离室其探测表面积增大，其中子探测灵敏度相应提高，实测相同灵敏区长度的本产品与同轴圆柱形结构产品仅涂硼的情况下的中子灵敏度提高约1倍，具有非常好的坪特性及测量上限。

Description

一种在高温条件下工作的电离室
技术领域
本发明属于电离室辐射探测技术领域，具体涉及一种在高温条件下工作的电离室。
背景技术
在已知的核反应堆的堆外探测器中，有的工作位置设计温度为250度，且探测器尺寸受限，并且要求相对较高的中子灵敏度，中子电离室主要利用中子灵敏物质的次级产物电离效应来测量中子辐照强度。中子灵敏物质的次级产物在工作气体中产生电子离子对，在电场的作用下，正负离子分别向收集极和高压极漂移，形成电离电流。由于电离电流与中子辐射的强度成正比，测量该电流即可得到电离辐射的强度。
现有的公开技术中，子电离室采用同轴圆柱形结构，电极材料以铝为主，受限于探测器尺寸，现有的中子电离室结构的灵敏度相对较低，以经验计算其中子灵敏度只能达到要求值的一半，而且铝在高温条件下机械性能发生明显变化，无法在高温条件下工作，同时其振动冲击性能也无法满足该项目要求，因此需要寻找一个结构和材料来满足该项目要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在高温条件下工作的电离室，以，适应高温、高辐照的环境使用要求。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种在高温条件下工作的电离室，包括主体外壳、芯子组件、上绝缘陶瓷、保护环、减震弹簧、底座、顶盖组件、连接筒、电缆连接盘基座组件、无机铠装电缆组件、电缆接插件、镍丝；
电离室一共有两个密闭腔体，一个是密闭的主体外壳，一个是密闭的连接筒；
工作气体密封在主体外壳内，保护气体密封在连接筒内，待探测的电流信号产生于主体外壳内的芯子组件中；
芯子组件设置在主体外壳内；
上绝缘陶瓷设置在芯子组件前端；
减震弹簧设置在芯子组件下部；
顶盖组件设置在主体外壳前端；
底座设置在主体外壳后端；
芯子组件为平板型结构，包括支撑杆、支撑杆螺母、电极片固定管、下支撑陶瓷；用支撑杆螺母将固定管、电极片、支撑杆拧紧固定；
芯子组件中，同一极性的电极片通过支撑杆、固定管进行电连接；
两个相对的支撑杆为同一极性；
支撑杆的上端和下端分别通过陶瓷与保护环、底座绝缘连接；
支撑杆的上端通过引出丝连接至顶盖组件的引出管，用氩弧焊将支撑杆的引出丝与顶盖组件的引出管焊死密封；
支撑杆的上端通过上绝缘陶瓷与保护环绝缘连接；
芯子组件通过下支撑陶瓷定位安装于底座上；
下支撑陶瓷的下方设置减震弹簧；
顶盖组件与电缆连接盘基座组件焊接密封；
电缆连接盘基座组件与无机铠装电缆组件的一端焊接密封；
无机铠装电缆组件的另一端安装电缆接插件；
电离室内部的信号线均采用镍丝进行连接。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，芯子组件中，电极片为表面涂硼的不锈钢，涂硼层质量厚度小于1mg/cm2。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，芯子组件中，电极片包括高压电极与收集电极两种电极片；相邻的电极片之间通过工作气体进行绝缘；电极片上成一定角度开孔2N个，N≥2，包括N个孔径为D1的小孔和 N个孔径为D2的大孔，D1＜D2；其中小孔的孔径D1＞支撑杆外径，大孔的孔径D2＞固定管的外径。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，芯子组件中，不同极性的电极片通过穿过电极片的大孔而与其他极性电极片绝缘。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，芯子组件中，高压电极与收集电极间距通过固定管调节。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，芯子组件作为探测灵敏区，支撑杆的外径小于固定管的内径。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，上绝缘陶瓷的内径大于支撑杆的外径，上绝缘陶瓷的外径小于保护环的开孔内径。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，底座的开孔角度与电极片一致；底座的开孔内径大于下支撑陶瓷的外径；减震弹簧的外径小于底座开孔内径。
进一步的，如上所述的一种在高温条件下工作的电离室，上绝缘陶瓷的材料为高铝氧化铝陶瓷；减震弹簧的材料为Inconel X-750高温合金。
本发明技术方案的有益效果在于：
本发明采用的平板型电离室相对于圆柱形结构的电离室其探测表面积增大，其中子探测灵敏度相应提高，实测相同灵敏区长度的本产品与同轴圆柱形结构产品仅涂硼的情况下的中子灵敏度提高约1倍，具有非常好的坪特性及测量上限。
本发明采用的平板形结构，其电极片不受支撑力，在高温情况下，电极不会受应力形变，因此可以提供更好的抗振动冲击性能；
本发明采用的减震弹簧，可使探测器在高温情况下结构稳定，避免极间距的变化。
本发明采用的不锈钢电极片的软化温度大于1000℃，无机铠装电缆、绝缘陶瓷在400℃以下时，均能保证绝缘电阻大于1G欧姆，可以忽略探测器在250℃的温度下电性能的变化对测量结果的影响。
附图说明
附图1为本发明的整体结构示意图。
附图2为本发明芯子组件的结构示意图。
图中：主体外壳1、芯子组件2、上绝缘陶瓷3、保护环4、减震弹簧5、底座6、顶盖组件7、连接筒8、电缆连接盘基座组件9、无机铠装电缆组件10、电缆接插件11、镍丝12、支撑杆2-1、支撑杆螺母2-2、电极片2-3固定管2-4、下支撑陶瓷2-5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种在高温条件下工作的电离室，包括主体外壳1、芯子组件 2、上绝缘陶瓷3、保护环4、减震弹簧5、底座6、顶盖组件7、连接筒8、电缆连接盘基座组件9、无机铠装电缆组件10、电缆接插件11、镍丝12；
电离室一共有两个密闭腔体，一个是密闭的主体外壳1，一个是密闭的连接筒8；
工作气体密封在主体外壳1内，保护气体密封在连接筒8内，待探测的电流信号产生于主体外壳1内的芯子组件2中；
芯子组件2设置在主体外壳1内；
上绝缘陶瓷3设置在芯子组件2前端；
上绝缘陶瓷3的内径大于支撑杆2-1的外径，上绝缘 陶瓷3 的外径小于保护环4的开孔内径；
减震弹簧5设置在芯子组件2下部，可通过弹性力调整芯子组件2中各个电极之间的距离。
顶盖组件7设置在主体外壳1前端；
底座6设置在主体外壳1后端；
芯子组件2为平板型结构，包括支撑杆2-1、支撑杆螺母2-2、电极片2-3 固定管2-4、下支撑陶瓷2-5；用支撑杆螺母2-2将固定管2-4、电极片2-3、支撑杆2-1拧紧固定；支撑杆2-1受力，电极片2-3不受力，如此可保证电极片2-3 具有高强度的抗振动冲击性能。
芯子组件2中，电极片2-3为表面涂硼的不锈钢，涂硼层质量厚度小于 1mg/cm2；
电极片2-3包括高压电极与收集电极两种电极片；相邻的电极片之间通过工作气体进行绝缘；电极片上成一定角度开孔2N个，N≥2，包括N个孔径为D1 的小孔和N个孔径为D2的大孔，D1＜D2；其中小孔的孔径D1＞支撑杆外径，大孔的孔径D2＞固定管的外径；
不同极性的电极片通过穿过电极片的大孔而与其他极性电极片绝缘；
高压电极与收集电极间距通过固定管2-4调节；
芯子组件2作为探测灵敏区，支撑杆2-1的外径小于固定管2-4的内径；
芯子组件2中，同一极性的电极片通过支撑杆2-1、固定管2-4进行电连接；
两个相对的支撑杆2-1为同一极性，保证稳定性；
支撑杆2-1的上端和下端分别通过陶瓷与保护环4、底座6绝缘连接；
支撑杆2-1的上端通过引出丝连接至顶盖组件7的引出管，用氩弧焊将支撑杆2-1的引出丝与顶盖组件7的引出管焊死密封；
支撑杆2-1的上端通过上绝缘陶瓷3与保护环4绝缘连接；
芯子组件2通过下支撑陶瓷2-5定位安装于底座6上；
底座6的开孔角度与电极片一致；底座6的开孔内径大于下支撑陶瓷2-5 的外径；减震弹簧5的外径小于底座开孔内径；
下支撑陶瓷2-5的下方设置减震弹簧5；
顶盖组件7与电缆连接盘基座组件9焊接密封；
电缆连接盘基座组件9与无机铠装电缆组件10的一端焊接密封；
无机铠装电缆组件10的另一端安装电缆接插件11；
电离室内部的信号线均采用镍丝12进行连接。
上绝缘陶瓷3的材料为高铝氧化铝陶瓷；减震弹簧5的材料为Inconel X-750 高温合金。

Claims (10)

1.一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：包括主体外壳(1)、芯子组件(2)、上绝缘陶瓷(3)、保护环(4)、减震弹簧(5)、底座(6)、顶盖组件(7)、连接筒(8)、电缆连接盘基座组件(9)、无机铠装电缆组件(10)、电缆接插件(11)、镍丝(12)；
电离室一共有两个密闭腔体，一个是密闭的主体外壳(1)，一个是密闭的连接筒(8)；
工作气体密封在主体外壳(1)内，保护气体密封在连接筒(8)内，待探测的电流信号产生于主体外壳(1)内的芯子组件(2)中；
芯子组件(2)设置在主体外壳(1)内；
上绝缘陶瓷(3)设置在芯子组件(2)前端；
减震弹簧(5)设置在芯子组件(2)下部；
顶盖组件(7)设置在主体外壳(1)前端；
底座(6)设置在主体外壳(1)后端；
芯子组件(2)为平板型结构，包括支撑杆(2-1)、支撑杆螺母(2-2)、电极片(2-3)固定管(2-4)、下支撑陶瓷(2-5)；用支撑杆螺母(2-2)将固定管(2-4)、电极片(2-3)、支撑杆(2-1)拧紧固定；
芯子组件(2)中，同一极性的电极片通过支撑杆(2-1)、固定管(2-4)进行电连接；
两个相对的支撑杆(2-1)为同一极性；
支撑杆(2-1)的上端和下端分别通过陶瓷与保护环(4)、底座(6)绝缘连接；
支撑杆(2-1)的上端通过引出丝连接至顶盖组件(7)的引出管，用氩弧焊将支撑杆(2-1)的引出丝与顶盖组件(7)的引出管焊死密封；
支撑杆(2-1)的上端通过上绝缘陶瓷(3)与保护环(4)绝缘连接；
芯子组件(2)通过下支撑陶瓷(2-5)定位安装于底座(6)上；
下支撑陶瓷(2-5)的下方设置减震弹簧(5)；
顶盖组件(7)与电缆连接盘基座组件(9)焊接密封；
电缆连接盘基座组件(9)与无机铠装电缆组件(10)的一端焊接密封；
无机铠装电缆组件(10)的另一端安装电缆接插件(11)；
电离室内部的信号线均采用镍丝(12)进行连接。
2.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：芯子组件(2)中，电极片(2-3)为表面涂硼的不锈钢，涂硼层质量厚度小于1mg/cm2。
3.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：芯子组件(2)中，电极片(2-3)包括高压电极与收集电极两种电极片；相邻的电极片之间通过工作气体进行绝缘；电极片上开孔2N个，N≥2，包括N个孔径为D1的小孔和N个孔径为D2的大孔，D1＜D2；其中小孔的孔径D1＞支撑杆外径，大孔的孔径D2＞固定管的外径。
4.如权利要求3所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：芯子组件(2)中，不同极性的电极片通过穿过电极片的大孔而与其他极性电极片绝缘。
5.如权利要求3所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：芯子组件(2)中，高压电极与收集电极间距通过固定管(2-4)调节。
6.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：芯子组件(2)作为探测灵敏区，支撑杆(2-1)的外径小于固定管(2-4)的内径。
7.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：上绝缘陶瓷(3)的内径大于支撑杆(2-1)的外径，支撑杆(2-1)的外径小于保护环(4)的开孔内径。
8.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：底座(6)的开孔角度与电极片一致；底座(6)的开孔内径大于下支撑陶瓷(2-5)的外径；减震弹簧(5)的外径小于底座开孔内径。
9.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：上绝缘陶瓷(3)的材料为高铝氧化铝陶瓷；减震弹簧(5)的材料为InconelX-750高温合金。
10.如权利要求1所述的一种在高温条件下工作的电离室，其特征在于：芯子组件(2)中，电极片(2-3)为表面涂硼的不锈钢，涂硼层质量厚度小于1mg/cm2；
电极片(2-3)包括高压电极与收集电极两种电极片；相邻的电极片之间通过工作气体进行绝缘；电极片上开孔2N个，N≥2，包括N个孔径为D1的小孔和N个孔径为D2的大孔，D1＜D2；其中小孔的孔径D1＞支撑杆外径，大孔的孔径D2＞固定管的外径；
不同极性的电极片通过穿过电极片的大孔而与其他极性电极片绝缘；
高压电极与收集电极间距通过固定管(2-4)调节；
芯子组件(2)作为探测灵敏区，支撑杆(2-1)的外径小于固定管(2-4)的内径；
上绝缘陶瓷(3)的内径大于支撑杆(2-1)的外径，支撑杆(2-1)的外径小于保护环(4)的开孔内径；
底座(6)的开孔角度与电极片一致；底座(6)的开孔内径大于下支撑陶瓷(2-5)的外径；减震弹簧(5)的外径小于底座开孔内径；
上绝缘陶瓷(3)的材料为高铝氧化铝陶瓷；减震弹簧(5)的材料为Inconel X-750高温合金。
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