RU2757219C1 - Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов - Google Patents

Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов Download PDF

Info

Publication number
RU2757219C1
RU2757219C1 RU2020114866A RU2020114866A RU2757219C1 RU 2757219 C1 RU2757219 C1 RU 2757219C1 RU 2020114866 A RU2020114866 A RU 2020114866A RU 2020114866 A RU2020114866 A RU 2020114866A RU 2757219 C1 RU2757219 C1 RU 2757219C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fission
coaxial
sections
fast
chamber
Prior art date
Application number
RU2020114866A
Other languages
English (en)
Inventor
Петр Борисович Басков
Григорий Павлович Кириченко
Ирина Владимировна Мосягина
Вячеслав Васильевич Сахаров
Александр Сергеевич Худин
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 RU2020114866A priority Critical patent/RU2757219C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2757219C1 publication Critical patent/RU2757219C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/185—Measuring radiation intensity with ionisation chamber arrangements
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • 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)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к камере деления для регистрации нейтронов в широком энергетическом диапазоне (от тепловых до быстрых). Камера выполнена на основе системы коммутируемых трубчатых электродов с нанесенными ураноксидными покрытиями (радиаторами), коаксиально расположенными в металлическом корпусе, заполненном рабочим газом. Система аксиально-концентрических электродов включает радиаторные секции с нанесенными ураноксидными покрытиями на основе изотопно чистого 238U и 235U 90% обогащения для регистрации быстрых и тепловых нейтронов соответственно, которые размещены отдельно друг от друга внутри системы коаксиальных электродов. Остающиеся трубчатые элементы использованы в качестве компенсационных секций детектирования гамма-потока в центральной, средней и наружной коаксиальных областях системы электродов ионизационной камеры деления. Техническим результатом является регистрация нейтронного потока в энергетическом диапазоне от тепловых до быстрых нейтронов (от 0,025 эВ до 20 МэВ) с компенсацией сопутствующего гамма-потока в условиях стационарного режима эксплуатации, переходных периодов остановки, запуска и вывода на полную мощность ядерного реактора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

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.
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) ядерных реакциях. Нейтронный поток в реакторе всегда представляет собой смешанный поток тепловых и быстрых частиц, в стационарном режиме работы на полной мощности реактора процентное соотношение между быстрыми и тепловыми нейтронами составляет величину ~ 99:1. В переходных режимах эксплуатации реактора (остановка, запуск, вывод на полную мощность и др.) указанное соотношение существенно нарушается. Кроме того, сопутствующим потоку нейтронов с интенсивностью того же порядка величины является гамма-поток, дополнительно ионизирующий объем рабочего газа. Важнейшими задачами при разработке камер деления являются:
- обеспечение широкого динамического диапазона работы;
- расширение энергетического диапазона регистрации нейтронов;
- повышение точности измерения путем учета всех составляющих радиационного потока, вызывающих ионизацию рабочего газа;
- снижение габаритных размеров камеры для обеспечения нейтронной диагностики в различных зонах ядерной установки.
Известна ионизационная камера деления с компенсацией гамма-излучения типа КНК-15-1 (Малышев Е.К., Белозеров В.Г., Щетинин О.И. Широкодиапазонная камера деления для систем управления и защиты ядерных реакторов // Атомная энергия, 1979, т. 47, вып. 4, с. 271-272), включающая в себя цилиндрический корпус с электродной системой из набора пластин (нержавеющая сталь), объединенных в две секции: рабочую, чувствительную к нейтронам и гамма-излучению, и компенсационную, чувствительную только к гамма-потоку. Пластины рабочей секции покрыты радиатором из U3O8, обогащенного по изотопу 235U. Недостатком устройства являются ограничение возможности регистрации нейтронов преимущественно тепловыми, а также большие габаритные размеры вследствие использования пластинчатых электродов, расположенных в двух секциях отдельно друг от друга.
Известна ионизационная камера деления (Захаркин И.В., Полионов В.П., Сомов И.Е. Ионизационная камера деления. Патент РФ 2076339. заявл. 14.07.1993, опубл. 27.03.1997), представляющая собой сборку из пластинчатых электродов с урановым радиатором и компенсационной секцией на основе электрода с радиатором, содержащим большее количество урана. Величина ложного выходного сигнала камеры (типа КНК-15-1) снижается и за счет этого расширяется реальный динамический диапазон работы камеры. Камера имеет большие габаритные размеры и, как следствие, отсутствует возможность ее использования в качестве внутризонного датчика. Кроме того, использование в качестве радиатора соединения на основе 235U ограничивает область регистрации нейтронами тепловых энергий.
Снижение габаритных размеров камеры деления может быть обеспечено за счет перехода от пластинчатых к трубчатым электродам. Известна ионизационная камера деления (В.И. Алексеев, И.Я. Емельянов и др. Ионизационная камера. А.с. СССР 482704. заявл.03.08.73, опубл. 05.08.76), включающая трубчатый корпус, в котором коаксиально расположен внутренний электрод, разделенный с корпусом дистанцирующими изоляторами. Кроме того, в корпусе по длине камеры установлены наружный собирающий и промежуточный охранный коаксиальные электроды. Покрытие из делящегося материала (радиатор) нанесено на внешнюю поверхность собирающего электрода. Преимуществом устройства является его малогабаритность и повышение надежности. Недостатком изобретения является ограниченный энергетический диапазон регистрации нейтронов, определяемый использованием одного типа нанесенного на электроды радиатора. При определении параметров нейтронного потока не учитывается сопутствующее гамма-излучение.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является ионизационная камера деления (Ф. Пешке. Камера деления для измерения нейтронов. А.с. СССР 161085. заявл. 28.05.1962, опубл. 09.03.1964), включающая трубчатый корпус с аксиально-концентрическими электродами с радиатором на основе делящегося материала. При этом может быть реализована возможность расширения диапазона регистрируемых нейтронных потоков за счет использования нескольких коммутируемых катодов и анодов, покрытых различными радиоактивными материалами, обладающими различной способностью к расщеплению, или материалами с одинаковой способностью к расщеплению, но различной толщины или площади.
Недостатком известного устройства является отсутствие компенсационной секции, определяющей гамма-поток. Не приведено техническое решение, относящееся к устройству с аксиально-концентрическими электродами, находящихся во взаимосвязи (определенной последовательности) друг с другом.
Перед авторами изобретения стояла задача создать ионизационную камеру деления (ИКД) на основе трубчатых, коаксиально-расположенных электродов, для детектирования нейтронов в широком энергетическом диапазоне - от тепловых до быстрых (0,025 эВ÷20 МэВ) - с учетом (компенсацией) гамма-фона. При этом существенно расширяется энергетическая область и повышается точность регистрации нейтронных потоков, ликвидируется необходимость использования материалов-замедлителей вокруг камеры и, как следствие, сохраняются небольшие габаритные размеры ИКД на основе коаксиальной системы электродов.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является регистрация нейтронного потока в энергетическом диапазоне от тепловых до быстрых нейтронов (от 0,025 эВ до 20 МэВ) с компенсацией сопутствующего гамма-потока в условиях стационарного режима эксплуатации, переходных периодов остановки, запуска и вывода на полную мощность ядерного реактора.
Техническое решение изобретения основано на коаксиальной электродной системе, состоящей из секций, разделяющихся по функциональности на типы:
- гамма-компенсационные секции (межэлектродные области без радиатора), количество секций - 3 (три);
- радиаторная секция регистрации быстрых нейтронов (с радиатором на основе изотопно чистого 238U урана (содержание 235U не более 0,0002%));
- радиаторная секция регистрации тепловых нейтронов (с радиатором на основе высокообогащенного урана (90% по 235U)).
Все секции расположены в единой коаксиальной системе электродов в заданной пространственной последовательности.
Основу конструкции предлагаемого изобретения составляет коаксиальная сборка цилиндрических металлических электродов с различными по изотопному составу радиаторами и компенсационными секциями. В осесимметричной сборке диаметры трубчатых электродов увеличиваются в модели арифметической прогрессии.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема конструкции коаксиальной электродной сборки мультинуклидной ионизационной камеры деления (общий - фиг. 1 и укрупненный торцевой вид - фиг. 2), где введены следующие обозначения:
КС-1; КС-2; КС-3 - компенсационные секции, расположенные в центральной, средней и наружной областях коаксиальной системы электродов;
РС-235 - радиаторная секция на основе U3O8 (90% обогащения по 235U), состоит из одного коаксиального трубчатого звена;
РС-238 - радиаторная секция на основе U3O8 (содержание 238U 99,9998%), выполнена из последовательно расположенных коаксиальных звеньев в количестве от 4-х до 6-ти.
При этом токовые сигналы, образующиеся в РС-235 и РС-238, имеют близкий порядок величины с учетом неравнозначности их площадей и сильно отличающихся сечений деления тепловыми (σterm(235U)=:580 барн) и быстрыми (σfast(238U)=1 барн) нейтронами, соответственно. Токовый сигнал в секции пропорционален площади радиатора и величине сечения захвата соответствующих нейтронов (σfast / σderm). Близкими по величине секционные токи в мульнуклидной камере, и, как следствие, повышение точности измерений, обеспечиваются соотношением площадей радиаторов S(235U):S(238U)=1:4…1:5. В предлагаемом изобретении указанное соотношение реализовано за счет создания секции с уран-238 с многотрубчатыми электродными сборками при ее расположении в наружной области коаксиальной сборки (фиг. 1).
Организация мультинуклидных секций в камере деления дает возможность обеспечить получение точной информации о величине нейтронного потока в т.ч. в моменты плановых остановок реактора, пуска, вывода на полную мощность, при которых соотношение между быстрыми и тепловыми нейтронами 99%: 1% нарушается и применение стандартных камер на высокообогащенном уране не позволяет достоверно судить о величине внутриреакторного нейтронного потока.
Количество компенсационных секций камеры составляет 3 (три): КС-1; КС-2; КС-3, что обеспечивает необходимую точность определения энергетического вклада от гамма-частиц в токовый сигнал рабочего газа, как за счет количественного увеличения, так и вследствие расположения радиаторной секции РС-235 внутри двух компенсационных секций КС-1 и КС-2, а радиаторной секции РС-238 между компенсационными секциями КС-2 и КС-3.
При эксплуатации радиатора на основе 238U существует проблема постепенного изотопного «отравления» атомами 235U. В предлагаемом изобретении эта проблема решена - информативность сигнала при детектировании быстрых нейтронов сохраняется за счет наличия отдельной радиаторной секции на основе высокообогащенного урана (235U), сигнал от которой вычитается (с учетом соотношения площадей) из сигнала от РС-238, что обеспечивается получение точной информации о «быстрой» составляющей компоненты нейтронного потока.

Claims (5)

1. Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов в широком энергетическом диапазоне (от тепловых до быстрых) на основе системы коммутируемых трубчатых электродов с нанесенными ураноксидными покрытиями (радиаторами), коаксиально расположенными в металлическом корпусе, заполненном рабочим газом, отличающаяся тем, что система аксиально-концентрических электродов включает радиаторные секции с нанесенными ураноксидными покрытиями на основе изотопно чистого 238U и 235U 90% обогащения для регистрации быстрых и тепловых нейтронов соответственно, которые размещены отдельно друг от друга внутри системы коаксиальных электродов, остающиеся трубчатые элементы которой использованы в качестве компенсационных секций детектирования гамма-потока в центральной, средней и наружной коаксиальных областях системы электродов ионизационной камеры деления.
2. Ионизационная камера деления по п. 1, отличающаяся тем, что радиаторные секции (PC) и компенсационные секции (КС) в коаксиальной системе электродов выполнены в виде следующей последовательности от центрального электрода к корпусу камеры:
КС-1…РС-235…КС-2…РС-238…КС-3 с равномерным увеличением диаметров коаксиально расположенных трубок.
3. Ионизационная камера деления по п. 1, отличающаяся тем, что компенсационные секции КС-1, КС-2, КС-3 и радиаторная секция РС-235 выполнены на основе одного коаксиального трубчатого звена.
4. Ионизационная камера деления по п. 1, отличающаяся тем, что радиаторная секция РС-238 содержит несколько коаксиальных трубчатых звеньев при выполнении соотношения площадей поверхностей ураноксидных радиаторов на основе 238U и 235U в диапазоне от 4:1 до 5:1.
RU2020114866A 2020-04-23 2020-04-23 Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов RU2757219C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114866A RU2757219C1 (ru) 2020-04-23 2020-04-23 Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114866A RU2757219C1 (ru) 2020-04-23 2020-04-23 Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757219C1 true RU2757219C1 (ru) 2021-10-12

Family

ID=78286359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020114866A RU2757219C1 (ru) 2020-04-23 2020-04-23 Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757219C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU161085A1 (ru) *
SU482704A1 (ru) * 1973-08-03 1976-08-05 Предприятие П/Я А-7291 Малогабаритна ионизационна камера
RU2076339C1 (ru) * 1993-07-14 1997-03-27 Игорь Иванович Захаркин Ионизационная камера деления
RU2650810C1 (ru) * 2017-03-27 2018-04-17 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Устройство для определения нейтронных характеристик полей исследовательских ядерных установок
RU2663683C1 (ru) * 2017-12-01 2018-08-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления
JP6441062B2 (ja) * 2014-12-17 2018-12-19 株式会社東芝 中性子測定装置および中性子測定方法
RU2676952C1 (ru) * 2016-09-13 2019-01-11 Тсинхуа Юниверсити Устройство обнаружения медленных нейтронов
CN208547723U (zh) * 2018-01-12 2019-02-26 中国科学院高能物理研究所 一种高效率三维位置灵敏中子探测器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU161085A1 (ru) *
SU482704A1 (ru) * 1973-08-03 1976-08-05 Предприятие П/Я А-7291 Малогабаритна ионизационна камера
RU2076339C1 (ru) * 1993-07-14 1997-03-27 Игорь Иванович Захаркин Ионизационная камера деления
JP6441062B2 (ja) * 2014-12-17 2018-12-19 株式会社東芝 中性子測定装置および中性子測定方法
RU2676952C1 (ru) * 2016-09-13 2019-01-11 Тсинхуа Юниверсити Устройство обнаружения медленных нейтронов
RU2650810C1 (ru) * 2017-03-27 2018-04-17 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Устройство для определения нейтронных характеристик полей исследовательских ядерных установок
RU2655014C1 (ru) * 2017-09-06 2018-05-23 Сергей Васильевич Чукляев Способ определения потока быстрых нейтронов
RU2663683C1 (ru) * 2017-12-01 2018-08-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления
CN208547723U (zh) * 2018-01-12 2019-02-26 中国科学院高能物理研究所 一种高效率三维位置灵敏中子探测器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Adams et al. The JET neutron emission profile monitor
Ruddy et al. Nuclear reactor power monitoring using silicon carbide semiconductor radiation detectors
GB2128736A (en) Apparatus and method for determining the hydrogen content of a substance
US4634568A (en) Fixed incore wide range neutron sensor
CN112904403B (zh) 一种宽能谱中子注量在线监测系统
CN109712725A (zh) 一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法
Asgari et al. Determination of the linear behavior of FC detectors in Isfahan MNSR using ex-core offline and online experiments
RU2757219C1 (ru) Ионизационная камера деления для регистрации нейтронов
Alex et al. Development of an inconel self powered neutron detector for in-core reactor monitoring
RU2743849C1 (ru) Ионизационная камера деления для регистрации быстрых нейтронов
Böck Miniature detectors for reactor incore neutron flux monitoring
Kashchuk et al. A conceptual project for a divertor monitor of the neutron yield in the ITER
EP3467843A1 (en) Reactor output monitoring device
Anisimov et al. Proportional chamber device for thin-layer radiochromatogram analysis
Palmer et al. Conceptual Design Report for the I2 Instrumentation Experiment in ATRC
Shibata et al. A low background neutron measuring system and its application to the detection of neutrons produced by the D2O electrolysis
Strindehag Self-powered neutron and gamma detectors for in-core measurements
Lorenzen et al. Determination of oxygen in zircaloy surfaces by means of charged particle activation analysis
Galhaut et al. SCALP: Scintillating ionization chamber for ALPha particle production in neutron induced reactions
Prasad et al. Development and applications of LPRM detectors
Dalton et al. Variation of neutron yield from a titanium-tritide target during deuterium beam bombardment
JPH1090473A (ja) 原子炉、燃料集合体および中性子計測システム
Loosemore et al. The continuous measurement of thermal-neutron flux intensity in high-power nuclear reactors
Sekharan et al. A SECONDARY STANDARD NEUTRON DETECTOR FOR MEASURING TOTAL REACTION CROSS SECTIONS
Leray et al. Spallation neutron studies at Saturne