RU2775811C1 - Detection unit for registration of gamma-quantum radiation - Google Patents

Detection unit for registration of gamma-quantum radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2775811C1
RU2775811C1 RU2021131275A RU2021131275A RU2775811C1 RU 2775811 C1 RU2775811 C1 RU 2775811C1 RU 2021131275 A RU2021131275 A RU 2021131275A RU 2021131275 A RU2021131275 A RU 2021131275A RU 2775811 C1 RU2775811 C1 RU 2775811C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
detection unit
cylindrical body
output
gamma
input
Prior art date
Application number
RU2021131275A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Рычков
Александр Александрович Гримов
Original Assignee
Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом")
Общество с ограниченной ответственностью "НЕОРАДТЕХ" (ООО "НЕОРАДТЕХ")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом"), Общество с ограниченной ответственностью "НЕОРАДТЕХ" (ООО "НЕОРАДТЕХ") filed Critical Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом")
Application granted granted Critical
Publication of RU2775811C1 publication Critical patent/RU2775811C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nuclear power industry.
SUBSTANCE: invention relates to instrumentation in the nuclear power industry. The detection unit for registration of gamma-quantum radiation consists of a cylindrical body, a scintillation crystal, a photomultiplier tube, a voltage divider and a high-voltage cable. In the cylindrical body, a cup is coaxially installed from one end of it, connected to the cylindrical body through a sealing ring with a union nut. Also, the detection unit is equipped with a pulse shaper and a power converter. In this case, the scintillation crystal is installed hermetically in a glass and is made of a luminescent LaBr3(Ce) crystal of lanthanum (III) bromide doped with cerium.
EFFECT: expanding the technical capabilities of the device.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в атомной энергетике и может быть использовано в системах для регистрации и мониторинга ионизирующего гамма-квантового излучения в различных средах.The invention relates to instrumentation in the nuclear power industry and can be used in systems for recording and monitoring ionizing gamma-quantum radiation in various environments.

Известно устройство для регистрации ионизирующих излучений (патент РФ №73498, дата публикации 20.05.2008, МПК G01T 1/40) содержащее сцинтиллятор, сопряженный с фотоэлектронным умножителем, выход которого соединен с усилителем, и микропроцессор, первый выход которого подключен через генератор импульсов тока к светодиоду, а второй выход подключен к первому входу схемы сравнения, а вход - к датчику температуры, светодиод сопряжен со сцинтиллятором, а дискриминатор нижнего уровня включен между выходом усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входам первого и второго ключа, управляющий вход второго ключа подключен к четвертому выходу микропроцессора, третий выход которого подключен ко второму входу генератора импульсов тока, первый выход микропроцессора подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого через первый интегратор подключен ко второму входу схемы сравнения, выход которой через высоковольтный источник питания и второй интегратор подключен к электродам фотоэлектронного умножителя.A device for recording ionizing radiation is known (RF patent No. 73498, publication date 20.05.2008, IPC G01T 1/40) containing a scintillator coupled to a photomultiplier tube, the output of which is connected to an amplifier, and a microprocessor, the first output of which is connected through a current pulse generator to LED, and the second output is connected to the first input of the comparison circuit, and the input is connected to the temperature sensor, the LED is connected to the scintillator, and the low-level discriminator is connected between the output of the amplifier and the input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the inputs of the first and second switches that control the input of the second key is connected to the fourth output of the microprocessor, the third output of which is connected to the second input of the current pulse generator, the first output of the microprocessor is connected to the control input of the first key, the output of which is connected through the first integrator to the second input of the comparison circuit, the output of which is through a high-voltage power supply and the second integrator connected to the electrodes of the photomultiplier.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является сцинтилляционный детектор гамма-квантов, содержащий в одном корпусе неорганический сцинтиллятор для регистрации гамма-квантов, фотоэлектронный умножитель (далее - ФЭУ), имеющий оптический контакт с неорганическим сцинтиллятором, делитель, сигнальный разъем, высоковольтный разъем, сигнальный кабель и кабель питания, причем сигнальный кабель соединяет сигнальный разъем с ФЭУ, а кабель питания соединяет высоковольтный разъем с делителем (патент РФ №152171, дата публикации 10.05.2015, МПК G01T 1/20).The closest set of essential features to the claimed invention is a scintillation detector of gamma quanta, containing in one housing an inorganic scintillator for detecting gamma quanta, a photomultiplier tube (hereinafter - PMT) having optical contact with an inorganic scintillator, a divider, a signal connector, a high-voltage connector , a signal cable and a power cable, with the signal cable connecting the signal connector to the PMT, and the power cable connecting the high-voltage connector to the divider (RF patent No. 152171, publication date 05/10/2015, IPC G01T 1/20).

Недостатком указанных устройств является отсутствие возможности использования их в различных средах, а также снижение конверсионной эффективности сцинтиллятора от повышения температуры.The disadvantage of these devices is the inability to use them in various environments, as well as a decrease in the conversion efficiency of the scintillator from an increase in temperature.

Задачей настоящего изобретения является создание стабилизации чувствительности во всех условиях эксплуатации в течение всего срока службы (при старении и наработке сцинтиллятора и ФЭУ), что позволит обеспечить своевременное обнаружение начала разгерметизации тепловыделяющего элемента и отследить развитие дефекта посредством контроля изменения скорости счета электрических импульсов, полученных при регистрации гамма-излучения от радионуклидов продуктов деления ядерного топлива в выбранном диапазоне энергий.The objective of the present invention is to create sensitivity stabilization in all operating conditions during the entire service life (during aging and operating time of the scintillator and PMT), which will ensure timely detection of the onset of depressurization of the fuel element and track the development of the defect by controlling the change in the count rate of electrical pulses obtained during registration gamma radiation from radionuclides of fission products of nuclear fuel in the selected energy range.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение технических возможностей за счет использования блока детектирования как в жидких, так и в газообразных средах непосредственно в измерительных емкостях, а также для дистанционной регистрации при установке на перемещающихся платформах для регистрации гамма-квантового излучения.The technical result of the present invention is the expansion of technical capabilities through the use of a detection unit in both liquid and gaseous media directly in measuring containers, as well as for remote registration when installed on moving platforms for recording gamma-quantum radiation.

Указанный технический результат достигается тем, что блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения, состоящий из цилиндрического корпуса, сцинтилляционного кристалла, фотоэлектронного умножителя, делителя напряжения и высоковольтного кабеля, согласно настоящему изобретению снабжен коаксиально установленным в цилиндрическом корпусе с одного его торца стаканом, соединенным с цилиндрическим корпусом через уплотнительное кольцо накидной гайкой, формирователем импульсов и конвертером питания, при этом сцинтилляционный кристалл установлен герметично в стакане и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Ce) бромида лантана (III), допированного церием, фотоэлектронный умножитель размещен внутри цилиндрического корпуса и жестко соединен с одного его торца с сцинтилляционным кристаллом, а с другого торца фотоэлектронный умножитель через выходной разъем подключен к делителю напряжения, выход делителя напряжения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с высоковольтным кабелем, передающим регистрируемые сигналы, а конвертер питания соединен своим входом с высоковольтным кабелем, а выходом с входом питания формирователя импульсов.This technical result is achieved by the fact that the detection unit for recording gamma-quantum radiation, consisting of a cylindrical body, a scintillation crystal, a photomultiplier tube, a voltage divider and a high-voltage cable, according to the present invention, is equipped with a glass coaxially installed in a cylindrical body from one end of it, connected to a cylindrical body through a sealing ring with a cap nut, a pulse shaper and a power converter, while the scintillation crystal is installed hermetically in a glass and is made of a luminescent crystal LaBr3(Ce) of lanthanum (III) bromide doped with cerium, a photomultiplier tube is placed inside the cylindrical body and is rigidly connected to at one end with a scintillation crystal, and at the other end the photomultiplier is connected to a voltage divider through the output connector, the output of the voltage divider is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected with a high-voltage cable that transmits the recorded signals, and the power converter is connected with its input to a high-voltage cable, and its output is connected to the power input of the pulse shaper.

Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения может быть дополнительно снабжен проставочным кольцом для реализации установки в пробоотборной подсистеме.The detection unit for recording gamma-quantum radiation can be additionally equipped with a spacer ring to implement the installation in the sampling subsystem.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид блока детектирования; на фиг. 2 представлена принципиальная схема блока детектирования.The essence of the present invention is illustrated by the drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the detection unit; in fig. 2 shows a schematic diagram of the detection unit.

Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения состоит из цилиндрического корпуса 1, сцинтилляционного кристалла 2, фотоэлектронного умножителя 3, делителя напряжения 4 и высоковольтного кабеля 5. В цилиндрическом корпусе 1 с одного его торца коаксиально установлен стакан 6, соединенный с цилиндрическим корпусом 1 через уплотнительное кольцо 7 накидной гайкой 8. Также блок детектирования снабжен формирователем импульсов 9 и конвертером питания 10. При этом сцинтилляционный кристалл 2 установлен герметично в стакане 6 и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Се) бромида лантана (III), допированного церием.The detection unit for recording gamma-quantum radiation consists of a cylindrical body 1, a scintillation crystal 2, a photomultiplier 3, a voltage divider 4 and a high-voltage cable 5. In the cylindrical body 1, a cup 6 is coaxially installed from one end of it, connected to the cylindrical body 1 through a sealing ring 7 with union nut 8. Also, the detection unit is equipped with a pulse shaper 9 and a power converter 10. In this case, the scintillation crystal 2 is installed hermetically in the glass 6 and is made of a LaBr3(Ce) luminescent crystal of lanthanum (III) bromide doped with cerium.

Фотоэлектронный умножитель 3 размещен внутри цилиндрического корпуса 1 и жестко соединен с одного его торца с сцинтилляционным кристаллом 2, а с другого торца фотоэлектронный умножитель 3 через выходной разъем подключен к делителю напряжения 4. Выход делителя 4 напряжения соединен с входом формирователя 9 импульсов, а выход формирователя 9 импульсов соединен с высоковольтным кабелем 5, передающим регистрируемые сигналы в систему контроля герметичности оболочек твэл.The photomultiplier 3 is placed inside the cylindrical body 1 and is rigidly connected from one end with the scintillation crystal 2, and from the other end the photomultiplier 3 is connected to the voltage divider 4 through the output connector. 9 pulses are connected to high-voltage cable 5, which transmits the recorded signals to the fuel-element cladding tightness control system.

Конвертер питания 10 соединен своим входом с высоковольтным кабелем 5, а выходом с входом питания формирователя 9 импульсов. Конвертер питания 10 обеспечивает понижение входного напряжения.The power converter 10 is connected by its input to a high-voltage cable 5, and by its output to the power input of the pulse shaper 9. The power converter 10 provides a lowering of the input voltage.

Блок детектирования дополнительно снабжен проставочным кольцом (на чертежах не показано) для реализации установки в пробоотборной подсистеме.The detection unit is additionally equipped with a spacer ring (not shown in the drawings) to implement the installation in the sampling subsystem.

Работа устройства поясняется на примере регистрации излучений продуктов деления, попадающих в теплоноситель при возникновении разгерметизации одного или нескольких твэл работающего ядерного реактора. Блок детектирования преобразовывает энергию отдельных гамма-квантов в световые импульсы, а затем в электрические импульсы с заданной формой импульса по амплитуде (площади), пропорциональной энергии зарегистрированного гамма-кванта, и передачу этих сигналов по питающему блок детектирования высоковольтному кабелю 5 в аппаратуру системы контроля герметичности оболочек твэл.The operation of the device is illustrated by the example of detecting radiation from fission products falling into the coolant in the event of a depressurization of one or more fuel elements of an operating nuclear reactor. The detection unit converts the energy of individual gamma quanta into light pulses, and then into electrical impulses with a given pulse shape in amplitude (area), proportional to the energy of the registered gamma quanta, and transmits these signals through the high-voltage cable 5 supplying the detection unit to the equipment of the tightness control system fuel cladding.

Блок детектирования, работающий в системе контроля герметичности оболочек твэл, предназначен для своевременного обнаружения начала разгерметизации тепловыделяющего элемента и отслеживания развития дефекта посредством контроля изменения скорости счета электрических импульсов, полученных при регистрации гамма-излучения от радионуклидов продуктов деления ядерного топлива в выбранном диапазоне энергий.The detection unit operating in the system for monitoring the tightness of fuel cladding is designed to timely detect the beginning of depressurization of the fuel element and track the development of the defect by monitoring the change in the count rate of electrical pulses obtained during the detection of gamma radiation from radionuclides of nuclear fuel fission products in the selected energy range.

В результате работы блока детектирования производится регистрация сигналов, характеризующих излучение.As a result of the operation of the detection unit, the signals characterizing the radiation are registered.

Блок детектирования может использоваться как в жидких и газообразных средах непосредственно в измерительных емкостях, так и для дистанционной регистрации при установке на перемещающихся платформах для регистрации гамма-квантового излучения.The detection unit can be used both in liquid and gaseous media directly in measuring tanks, and for remote recording when installed on moving platforms for recording gamma-quantum radiation.

При установке блока детектирования в пробоотборных емкостях используется проставочное кольцо (на чертежах не показано).When installing the detection unit in sampling containers, a spacer ring is used (not shown in the drawings).

Сцинтилляционный кристалл 2 LaBr3(Се) бромида лантана (III), допированного церием, преобразовывает большую долю падающей энергии излучения в быструю флюоресценцию, причем интенсивность свечения пропорциональна поглощенной энергии. Импульс света, возникающий в сцинтилляционном кристалле 2, регистрируется с помощью ФЭУ 3, состоящего из фотокатода 11, анода 12 и динодов 13. Попадая сквозь прозрачное окно на фотокатод 11 ФЭУ 3, кванты света вырывают из светочувствительного слоя некоторое количество электронов. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем и ударяют о специальные электроды, называемые динодами 13. На динодах 13 происходит умножение электронов. Последний динод является анодом 12. Форма импульса тока на выходе из ФЭУ 3 определяется величиной времени высвечивания сцинтилляционного кристалла 2 и схемой включения ФЭУ 3.Scintillation crystal 2 LaBr3(Ce) of lanthanum (III) bromide doped with cerium converts a large fraction of the incident radiation energy into fast fluorescence, and the luminescence intensity is proportional to the absorbed energy. The light pulse arising in the scintillation crystal 2 is recorded using a PMT 3, consisting of a photocathode 11, an anode 12 and dynodes 13. Getting through a transparent window to the photocathode 11 of the PMT 3, light quanta pull out a certain number of electrons from the photosensitive layer. Photoelectrons are accelerated by an electric field and hit special electrodes called dynodes 13. On dynodes 13, electrons are multiplied. The last dynode is the anode 12. The shape of the current pulse at the output of the PMT 3 is determined by the value of the glow time of the scintillation crystal 2 and the switching circuit of the PMT 3.

Формирователь импульсов 9 преобразует импульсы тока на выходе ФЭУ 3 в электрические импульсы с заданной формой импульса по амплитуде (площади), пропорциональной энергии зарегистрированного гамма-кванта. Сформированные импульсы по питающему блок детектирования высоковольтному кабелю 5 передаются в аппаратуру системы контроля герметичности оболочек твэл.The pulse shaper 9 converts the current pulses at the output of the PMT 3 into electrical pulses with a given pulse shape in amplitude (area), proportional to the energy of the registered gamma quantum. The generated pulses are transmitted via the high-voltage cable 5 supplying the detection unit to the equipment of the system for monitoring the tightness of the fuel cladding.

Конвертор питания 10 преобразовывает высокое напряжение в низкое и обеспечивает электропитание электронной схемы блока детектирования.Power converter 10 converts high voltage to low voltage and provides power to the electronic circuit of the detection unit.

Claims (2)

1. Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения, состоящий из цилиндрического корпуса, сцинтилляционного кристалла, фотоэлектронного умножителя, делителя напряжения и высоковольтного кабеля, отличающийся тем, что он снабжен коаксиально установленным в цилиндрическом корпусе с одного его торца стаканом, соединенным с цилиндрическим корпусом через уплотнительное кольцо накидной гайкой, формирователем импульсов и конвертером питания, при этом сцинтилляционный кристалл установлен герметично в стакане и выполнен из люминесцирующего кристалла LaBr3(Ce) бромида лантана (III), допированного церием, фотоэлектронный умножитель размещен внутри цилиндрического корпуса и жестко соединен с одного его торца со сцинтилляционным детектором, а с другого торца фотоэлектронный умножитель через выходной разъем подключен к делителю напряжения, выход делителя напряжения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с высоковольтным кабелем, передающим регистрируемые сигналы, а конвертер питания соединен своим входом с высоковольтным кабелем, а выходом с входом питания формирователя импульсов.1. A detection unit for recording gamma-quantum radiation, consisting of a cylindrical body, a scintillation crystal, a photomultiplier tube, a voltage divider and a high-voltage cable, characterized in that it is equipped with a cup coaxially installed in the cylindrical body from one end, connected to the cylindrical body through a sealing ring with a union nut, a pulse shaper and a power converter, while the scintillation crystal is installed hermetically in a glass and is made of a luminescent crystal LaBr3 (Ce) of lanthanum (III) bromide doped with cerium, a photomultiplier tube is placed inside a cylindrical housing and is rigidly connected at one end with a scintillation detector, and from the other end, the photomultiplier is connected to a voltage divider through the output connector, the output of the voltage divider is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to a high-voltage cable that transmits the recorded signals nals, and the power converter is connected by its input to a high-voltage cable, and by its output to the power input of the pulse shaper. 2. Блок детектирования для регистрации гамма-квантового излучения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен проставочным кольцом для реализации установки в пробоотборной подсистеме.2. A detection unit for recording gamma-quantum radiation according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a spacer ring for implementing the installation in the sampling subsystem.
RU2021131275A 2021-10-26 Detection unit for registration of gamma-quantum radiation RU2775811C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2775811C1 true RU2775811C1 (en) 2022-07-11

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU308657A1 (en) * 1969-03-31 1983-10-30 Radyvanyuk A M Scintillation counter
SU683458A1 (en) * 1977-10-20 1983-10-30 Предприятие П/Я В-2502 Unit for detecting ionizing radiations
US6359282B1 (en) * 1998-08-24 2002-03-19 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Modular radiation detector assembly
RU152171U1 (en) * 2014-12-25 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Gamma-scintillation scintillation detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU308657A1 (en) * 1969-03-31 1983-10-30 Radyvanyuk A M Scintillation counter
SU683458A1 (en) * 1977-10-20 1983-10-30 Предприятие П/Я В-2502 Unit for detecting ionizing radiations
US6359282B1 (en) * 1998-08-24 2002-03-19 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Modular radiation detector assembly
RU152171U1 (en) * 2014-12-25 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Gamma-scintillation scintillation detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8173967B2 (en) Radiation detectors and related methods
US8373133B2 (en) Gadolinium-doped water cerenkov-based neutron and high energy gamma-ray detector and radiation portal monitoring system
US4634568A (en) Fixed incore wide range neutron sensor
US4086490A (en) Wide range neutron detection system
SE469861B (en) A unit for monitoring a neutron flow
JP2005024539A (en) Charged particle detector and sensing device using the same
US4071764A (en) Gamma and alpha compensated fission chamber
RU2775811C1 (en) Detection unit for registration of gamma-quantum radiation
EP0097403B1 (en) Radiation detector
CN108428761B (en) photoelectric detector based on SiC wide-bandgap semiconductor detector
JPH0540191A (en) Neutron detector
JP2010271153A (en) Radiation monitor
Meyerott et al. Plastic scintillator response to 1–10 keV photons
US7368707B2 (en) Radiation detector including means for indicating satisfactory operation
CN114488256A (en) Novel multi-particle ray radiation detector
US20230168398A1 (en) A fixed in-core detector design using sic schottky diodes configured with a high axial and radial sensor density and enhanced fission gamma measurement sensitivity
EP3489722A1 (en) Radiation monitor
RU2365944C1 (en) Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration
Araujo et al. Low temperature performance of photomultiplier tubes illuminated in pulsed mode by visible and vacuum ultraviolet light
JP4395054B2 (en) Radiation measuring apparatus and radioactive waste inspection method
Rippon Cherenkov detectors for the measurement of reactor power
RU2549177C1 (en) Apparatus for detecting nuclear radiations for control and protection systems of "ionisation chamber suspension" nuclear reactors
CN219344673U (en) Density detector of logging instrument
CN112925004A (en) Beta-gamma discrimination detection device
RU2087923C1 (en) Position-sensing neutron detector