RU2743849C1 - Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons - Google Patents

Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons Download PDF

Info

Publication number
RU2743849C1
RU2743849C1 RU2020114867A RU2020114867A RU2743849C1 RU 2743849 C1 RU2743849 C1 RU 2743849C1 RU 2020114867 A RU2020114867 A RU 2020114867A RU 2020114867 A RU2020114867 A RU 2020114867A RU 2743849 C1 RU2743849 C1 RU 2743849C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
neutrons
reactor
neutron
mev
fast
Prior art date
Application number
RU2020114867A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Борисович Басков
Григорий Павлович Кириченко
Ирина Владимировна Мосягина
Вячеслав Васильевич Сахаров
Александр Сергеевич Худин
Ольга Викторовна Ивкина
Илья Михайлович Мушин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (АО "ВНИИХТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (АО "ВНИИХТ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2020114867A priority Critical patent/RU2743849C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743849C1 publication Critical patent/RU2743849C1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to neutron flux measurement devices, in particular to equipment for control and protection systems of nuclear reactors, and is used as a primary converter of an in-reactor neutron flux density monitoring channel. Proposed invention is based on coaxial electrode system, radiator material in which is Thorium oxide ThO2coating. Content of isotope232Th (has threshold value of fission cross section by neutrons in 1 MeV) in natural raw material is 100 %, which eliminates reduction of information content of signal when detecting fast neutrons due to presence of isotopes sensitive to thermal neutrons.EFFECT: technical result is registration of exclusively "fast" component of neutron flow (from 1 eV to 20 MeV) in active zone of reactor in conditions of stationary operation mode, transient periods of stopping, starting and outputting nuclear reactor to full capacity without using retarders.1 cl

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам измерения нейтронных потоков, в частности, к оборудованию систем управления и защиты ядерных реакторов и используется в качестве первичного преобразователя внутриреакторного канала контроля плотности потока нейтронов.The present invention relates to devices for measuring neutron fluxes, in particular, to equipment for control and protection systems of nuclear reactors and is used as a primary converter of an in-core channel for monitoring the neutron flux density.

Ионизационная камера деления относится к газоразрядным датчикам нейтронов, принцип работы которой основан на (n,f)-преобразовании энергии нейтронов в электрический сигнал в объеме камеры. В реакторах на ядерном топливе величина нейтронного потока является ключевой информацией о характере протекающих в тепловыделяющих сборках (ТВС) физических процессах. В реакторах на быстрых нейтронах деление ядер в топливных элементах происходит под действием нейтронов «быстрого» спектра (с энергией от 1 до 20 МэВ), поэтому для диагностики активной зоны применяются камеры деления на основе нейтрон-делящихся изотопов, имеющих пороговое сечение захвата быстрых нейтронов. Наиболее распространенными являются радиаторные покрытия на основе изотопа U-238. Кроме того, для регистрации потоков в активной зоне камера деления должна иметь диаметр не более 5-6 мм (в зависимости от типа реакторной установки), т.е. относится к малогабаритным устройствам.The fission ionization chamber belongs to gas-discharge neutron sensors, the operating principle of which is based on the (n, f) -conversion of neutron energy into an electrical signal in the chamber volume. In nuclear reactors, the neutron flux is the key information on the nature of the physical processes occurring in fuel assemblies (FA). In fast reactors, nuclear fission in fuel cells occurs under the action of fast spectrum neutrons (with energies from 1 to 20 MeV); therefore, fission chambers based on neutron-fissionable isotopes with a threshold fast neutron capture cross section are used to diagnose the core. The most common are radiator coatings based on the U-238 isotope. In addition, to register fluxes in the core, the fission chamber must have a diameter of no more than 5-6 mm (depending on the type of reactor facility), i.e. refers to small-sized devices.

Известна ионизационная камера деления (Малышев Е.К., Стабровский С.А. Малогабаритные ионизационные камеры и их применение на ядерных реакторах//Атомная техника за рубежом, 1983, №12, с. 10-22), относящаяся к малогабаритным камерам и содержащая радиатор в виде смеси изотопов 235U+238UKnown fission ionization chamber (Malyshev E.K., Stabrovsky S.A. Small-sized ionization chambers and their use in nuclear reactors // Atomic technology abroad, 1983, No. 12, pp. 10-22), related to small-sized chambers and containing radiator in the form of a mixture of isotopes 235 U + 238 U

для снижения интенсивности выгорания материала. Недостатком устройства является отсутствие возможности регистрации только «быстрой» компоненты спектра.to reduce the intensity of material burnout. The disadvantage of the device is that it is not possible to register only the “fast” spectrum component.

Известна ионизационная камера деления (СА1214289 А, опубл. 27.04.84), предназначенная для диагностики активной зоны реактора и имеющая диаметр не более 4,78 мм. Авторами изобретения подробно рассмотрены вопросы конструкционных материалов в камере, однако не указан нуклидный состав радиатора, не уточняется энергетический диапазон регистрации нейтронов.Known fission ionization chamber (CA1214289 A, publ. 04/27/84), designed for diagnostics of the reactor core and having a diameter of not more than 4.78 mm. The authors of the invention examined in detail the issues of construction materials in the chamber, but the nuclide composition of the radiator is not specified, the energy range of neutron registration is not specified.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является камера деления (CN 101236254 В, опубл. 05.03.2008), в которой трубчатый электрод покрыт слоем 238U и обеспечивает регистрацию нейтронов в области энергий около 20 МэВ. Авторами заявляется простота конструкции, низкая стоимость и способность легкой модернизации устройства. Недостатком камеры является тот факт, что получении радиатора с 100% содержанием 238U невозможно, обедненный уран всегда содержит примесь 235U, а, значит, информативность сигнала будет нарушаться, т.к. сечение захвата уран-235 тепловых нейтронов в 500 раз больше сечения захвата быстрых нейтронов изотопом уран-238. Следовательно, камера деления будет оставаться «чувствительной» к тепловой составляющей спектра.The closest analogue to the claimed invention is a fission chamber (CN 101236254 V, publ. 03/05/2008), in which the tubular electrode is covered with a 238 U layer and provides registration of neutrons in the energy range of about 20 MeV. The authors claim simplicity of design, low cost and the ability to easily upgrade the device. The disadvantage of the camera is the fact that it is impossible to obtain a radiator with a 100% 238 U content, depleted uranium always contains an impurity of 235 U, and, therefore, the information content of the signal will be violated, because the cross section for the capture of uranium-235 of thermal neutrons is 500 times greater than the cross section for the capture of fast neutrons by the isotope uranium-238. Consequently, the fission chamber will remain "sensitive" to the thermal component of the spectrum.

Техническим результатом является регистрация исключительно «быстрой» компоненты нейтронного потока (от 1 эВ до 20 МэВ) в активной зоне в условиях стационарного режима эксплуатации, переходных периодов остановки, запуска и вывода на полную мощность ядерного реактора.The technical result is the registration of an exceptionally "fast" component of the neutron flux (from 1 eV to 20 MeV) in the core in a stationary mode of operation, transient periods of shutdown, start-up and full power output of a nuclear reactor.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое изобретение основано на коаксиальной электродной системе, радиаторным материалом в которой является покрытие из оксида тория ThO2. Содержание изотопа 232Th (имеет пороговое значение сечения деления нейтронами в 1 МэВ) в природном сырье составляет 100%, что исключает снижение информативности сигнала при регистрации быстрых нейтронов из-за присутствия изотопов, чувствительных к тепловым нейтронам.The technical result is achieved in that the proposed invention is based on a coaxial electrode system, the radiator material of which is a coating of thorium oxide ThO 2 . The content of the 232 Th isotope (has a threshold value of the neutron fission cross section of 1 MeV) in natural raw materials is 100%, which excludes a decrease in the information content of the signal when registering fast neutrons due to the presence of isotopes sensitive to thermal neutrons.

Перед авторами стояла задача создать малогабаритную (не более 5 мм в диаметре) ионизационную камеру деления (ИКД) на основе трубчатых, коаксиально-расположенных электродов, для детектирования «быстрой» компоненты нейтронного спектра (1 эВ÷20 МэВ). Такая конструкция камеры обеспечивает возможность избирательной регистрации быстрых нейтронов в активной зоне реактора без необходимости использования замедлителей.The authors were faced with the task of creating a small-sized (no more than 5 mm in diameter) fission ionization chamber (ICD) based on tubular, coaxially located electrodes for detecting the “fast” component of the neutron spectrum (1 eV ÷ 20 MeV). This design of the chamber provides the possibility of selective registration of fast neutrons in the reactor core without the need for moderators.

Основу конструкции составляет коаксиальная сборка цилиндрических металлических электродов с радиатором ThO2. В осесимметричной сборке диаметры трубчатых электродов увеличиваются в модели арифметической прогрессии. Радиатор в виде оксида тория наносится методом низкотемпературного термодеструкционного разложения карбоксилата тория.The design is based on a coaxial assembly of cylindrical metal electrodes with a ThO 2 radiator. In an axisymmetric assembly, the diameters of the tubular electrodes increase in an arithmetic progression model. A radiator in the form of thorium oxide is applied by the method of low-temperature thermal decomposition of thorium carboxylate.

В ходе выполнения исследований был собран опытный образец ториевой малогабаритной камеры деления с диаметром 5 мм, длиной чувствительной части 280 мм, длиной корпуса 380 мм. Испытания проводились на импульсном исследовательском реакторе при различных режимах его работы. Наклон вольт-счетной характеристики ториевой камеры составил 0,03%/В. Чувствительность камеры к потоку быстрых нейтронов составила 2,54⋅10-6 имп/(нейтр/(см2⋅с)). Скорость счета импульсов в поле тепловых нейтронов (плотность потока 1⋅108 нейтр/( см2⋅с)) - менее 1 имп/с. Полученные характеристики ториевой камеры превосходят аналогичные показатели камеры деления на основе 238U.In the course of the research, a prototype of a thorium small-sized fission chamber with a diameter of 5 mm, a length of the sensitive part 280 mm, and a body length of 380 mm was assembled. The tests were carried out on a pulsed research reactor under various operating modes. The slope of the volt-counting characteristic of the thorium chamber was 0.03% / V. The sensitivity of the chamber to the flux of fast neutrons was 2.54⋅10 -6 impulses / (neutr / (cm 2 ⋅s)). The counting rate of pulses in the field of thermal neutrons (flux density 1⋅10 8 neutrons / (cm 2 ⋅s)) is less than 1 pulse / s. The obtained characteristics of the thorium chamber are superior to those of the fission chamber based on 238 U.

Claims (1)

Ионизационная камера деления для регистрации быстрых нейтронов на основе системы коммутируемых трубчатых электродов с нанесенными нейтрон-делящимися покрытиями (радиаторами), коаксиально-расположенными в металлическом корпусе, заполненном рабочим газом, отличающаяся тем, что радиатор изготовлен из природного тория, имеющего 100%-ное содержание изотопа 232Th.Fission ionization chamber for registration of fast neutrons based on a system of switched tubular electrodes with deposited neutron-fissile coatings (radiators), coaxially located in a metal case filled with a working gas, characterized in that the radiator is made of natural thorium having a 100% content isotope 232 Th.
RU2020114867A 2020-04-23 2020-04-23 Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons RU2743849C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114867A RU2743849C1 (en) 2020-04-23 2020-04-23 Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114867A RU2743849C1 (en) 2020-04-23 2020-04-23 Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743849C1 true RU2743849C1 (en) 2021-02-26

Family

ID=74672718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020114867A RU2743849C1 (en) 2020-04-23 2020-04-23 Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743849C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU67292U1 (en) * 2005-06-21 2007-10-10 Институт Сцинтилляционных Материалов Нан Украины RADIOMETRIC SYSTEM FOR GAMMA DETECTION AND NEUTRON RADIATION
CN101236254B (en) * 2008-03-05 2010-08-18 中国原子能科学研究院 For measuring neutron fluence rate in the 20MeV energy region238U fission ionization chamber
RU2501040C2 (en) * 2009-07-27 2013-12-10 Флир Радиацион Гмбх Apparatus and method for detecting neutrons using neutron-absorbing calorimetric gamma detectors
RU2516854C2 (en) * 2008-10-13 2014-05-20 Коммиссариат А Л` Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Device for online measurement of flow of fast and epithermal neutrons
KR101741245B1 (en) * 2016-02-11 2017-06-15 세종대학교산학협력단 NEUTRON DETECTION MATERIAL AND DETECTOR UTILIZING SmB6
CN206515476U (en) * 2016-12-12 2017-09-22 烟台大学 A kind of neutron tube
RU184552U1 (en) * 2018-06-27 2018-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") NEUTRON COUNTER
US20190146104A1 (en) * 2016-09-23 2019-05-16 Purdue Research Foundation Fast Neuron Spectroscopy with Tensioned Metastable Fluid Detectors
RU2701189C1 (en) * 2019-01-21 2019-09-25 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of determining output value of thermonuclear neutrons of a pulse source
JP6602659B2 (en) * 2015-07-16 2019-11-06 株式会社東芝 Neutron measuring device, neutron computing device and neutron measuring method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU67292U1 (en) * 2005-06-21 2007-10-10 Институт Сцинтилляционных Материалов Нан Украины RADIOMETRIC SYSTEM FOR GAMMA DETECTION AND NEUTRON RADIATION
CN101236254B (en) * 2008-03-05 2010-08-18 中国原子能科学研究院 For measuring neutron fluence rate in the 20MeV energy region238U fission ionization chamber
RU2516854C2 (en) * 2008-10-13 2014-05-20 Коммиссариат А Л` Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Device for online measurement of flow of fast and epithermal neutrons
RU2501040C2 (en) * 2009-07-27 2013-12-10 Флир Радиацион Гмбх Apparatus and method for detecting neutrons using neutron-absorbing calorimetric gamma detectors
JP6602659B2 (en) * 2015-07-16 2019-11-06 株式会社東芝 Neutron measuring device, neutron computing device and neutron measuring method
KR101741245B1 (en) * 2016-02-11 2017-06-15 세종대학교산학협력단 NEUTRON DETECTION MATERIAL AND DETECTOR UTILIZING SmB6
US20190146104A1 (en) * 2016-09-23 2019-05-16 Purdue Research Foundation Fast Neuron Spectroscopy with Tensioned Metastable Fluid Detectors
CN206515476U (en) * 2016-12-12 2017-09-22 烟台大学 A kind of neutron tube
RU184552U1 (en) * 2018-06-27 2018-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") NEUTRON COUNTER
RU2701189C1 (en) * 2019-01-21 2019-09-25 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of determining output value of thermonuclear neutrons of a pulse source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dulloo et al. Simultaneous measurement of neutron and gamma-ray radiation levels from a TRIGA reactor core using silicon carbide semiconductor detectors
Filliatre et al. In vessel neutron instrumentation for sodium-cooled fast reactors: Type, lifetime and location
US4086490A (en) Wide range neutron detection system
RU2743849C1 (en) Ionisation fission chamber for detecting fast neutrons
Cox Neutron Activation Cross Sections for Br 79, Br 81, Rh 103, In 115, I 127, and Ta 181
Reichenberger et al. Advances in the development and testing of micro-pocket fission detectors (MPFDs)
Kiptily et al. Fast ion JET diagnostics: confinement and losses
RU2757219C1 (en) Fission ionisation chamber for neutron detection
Chiles et al. Small, annular, double-contained/sup 252/Cf fission chamber for source-driven subcriticality measurements
Geslot et al. Impact of gas pressure on fission chamber sensitivity in Campbelling mode
Rippon Cherenkov detectors for the measurement of reactor power
Villard et al. Improvements in neutron and gamma measurements for material testing reactors
Nishitani et al. Development of capillary plate neutron detector filed with liquid scintillator by using recoiled-particle trajectory analyses
Bignan et al. Direct experimental tests and comparison between sub-miniature fission chambers and SPND for fixed in-core instrumentation of LWR
Shibata et al. A low background neutron measuring system and its application to the detection of neutrons produced by the D2O electrolysis
Blosser et al. NEUTRON FLUX AND NEUTRON AND GAMMA-RAY SPECTRA MEASUREMENTS AT THE HFIR.
Chernikova et al. Time intervals matrix analysis of 235 U and 239 Pu content in a spent fuel assembly using lead slowing down spectrometer
Oprea et al. Measurement of the 241Am (n, γ) cross section at the n_TOF facility at CERN
Strindehag Self-powered neutron and gamma detectors for in-core measurements
Raju et al. Fast neutron spectrum of Ra Be source
Bogdzel et al. Fast multilayer fission chamber with 239Pu
Andriamonje et al. a Novel Micromegas Detector for In-Core Nuclear Reactor Neutron Flux Measurements
KR820002088B1 (en) Gamma radiation detector for the checking of nuclear fuel needles
Malmskog Absolute Transition Probabilities from the 453.1 keV Level in {sup 183} W
CN118398262A (en) Design method of gamma compensation type long-life in-pile neutron detector