RU95413U1

RU95413U1 - NEUTRON RADIATION DETECTION NODE

Info

Publication number: RU95413U1
Application number: RU2010103061/22U
Authority: RU
Inventors: Леонид Егорович Довбыш; Михаил Александрович Овчинников; Юрий Михайлович Дроздов; Ольга Альбертовна Голубева; Сергей Николаевич Лебедев
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2010-06-27

Abstract

1. Узел детектирования нейтронного излучения, содержащий расположенный в зоне облучения счетчик нейтронов, электрически связанный с источником электропитания, соединенным линией связи с внешним источником энергии, и систему передачи электрических сигналов нейтронного счетчика посредством линии связи к регистратору, выведенному за пределы зоны облучения, отличающийся тем, что источник электропитания организован так, что внешним источником энергии для него служит мощный лазер, соединенный с источником электропитания волоконно-оптической линией через фотопреобразователь, система передачи сигналов нейтронного счетчика к регистратору содержит соединенный с нейтронным счетчиком формирователь электрических сигналов, к выходу которого подключен светопреобразователь, связанный посредством волоконно-оптической линии с регистратором, оснащенным фотоприемником, причем источник электропитания, нейтронный счетчик, формирователь электрических сигналов и светопреобразователь электрически связаны между собой. ! 2. Узел детектирования по п.1, отличающийся тем, что электрически связанные между собой источник электропитания, формирователь электрических сигналов, счетчик нейтронов и светопреобразователь конструктивно объединены в блок. ! 3. Узел детектирования по п.1, отличающийся тем, что он использован для регистрации нейтронов в реакторной зоне. 1. The neutron radiation detecting unit, comprising a neutron counter located in the irradiation zone, electrically connected to a power source connected by a communication line to an external energy source, and a system for transmitting electrical signals of a neutron counter through a communication line to a registrar outside the irradiation zone, characterized in that the power source is organized so that an external source of energy for it is a powerful laser connected to a fiber optic power source a line through a photoconverter, the neutron counter signal transmission system to the recorder contains an electric signal shaper connected to a neutron counter, to the output of which a light transducer is connected, connected via a fiber optic line to a recorder equipped with a photodetector, and the power supply, a neutron counter, an electric signal shaper and the light converter is electrically connected. ! 2. The detection unit according to claim 1, characterized in that the power supply is electrically interconnected, the electric signal conditioner, the neutron counter and the light transducer are structurally combined into a block. ! 3. The detection unit according to claim 1, characterized in that it is used to detect neutrons in the reactor zone.

Description

Полезная модель относится к детектированию нейтронного потока в зоне облучения, в частности, в реакторной зоне исследовательских и энергетических ядерных реакторов, и может быть использована в ядерной физике, атомной энергетике, в частности, в системах контроля и обеспечения безопасности энергетических ядерных установок, например, реакторов.The utility model relates to the detection of a neutron flux in an irradiation zone, in particular, in a reactor zone of research and nuclear power reactors, and can be used in nuclear physics, nuclear energy, in particular, in monitoring and safety systems of nuclear power plants, for example, reactors .

Известны счетчики нейтронов [1. Сидоренко В.В., Кузнецов Ю.А., Оводенко А.А. Детекторы ионизирующих излучений. Справочник, 1984, стр.56]. На величину отношения сигнал/шум счетчика нейтронов существенное влияние оказывает величина емкости нити счетчика и связанных с ней проводов относительно земли. [2. Ю.М.Толченов, В.Г.Чайковский. Коронные счетчики медленных нейтронов. Обзор в ПТЭ. №6 1963 г., стр 5-11.] Увеличение емкости вызывает значительное падение реальной чувствительности. Ввиду этого подключение счетчика к регистрирующей схеме с помощью экранированного кабеля значительной длины нужно считать крайне нежелательным.Known neutron counters [1. Sidorenko V.V., Kuznetsov Yu.A., Ovodenko A.A. Detectors of ionizing radiation. Handbook, 1984, p. 56]. The magnitude of the signal-to-noise ratio of the neutron counter is significantly affected by the value of the capacitance of the counter thread and the wires connected with it relative to the ground. [2. Yu.M. Tolchenov, V.G. Tchaikovsky. Corona counters of slow neutrons. Review in PTE. No. 6, 1963, pp. 5-11.] An increase in capacitance causes a significant drop in real sensitivity. In view of this, connecting the meter to the recording circuit using a shielded cable of considerable length should be considered extremely undesirable.

Известен узел детектирования нейтронного излучения (прототип) [3. Комплекс аппаратуры системы управления и защиты реактора ВИР-2М. Алгоритмы управления и структурная схема. НПЦ «Элегия», 2004, лист 110], содержащий расположенный в зоне облучения (реакторной зоне) счетчик нейтронов, электрически связанный посредством экранированного кабеля с источником электропитания, выведенным за пределы реакторной зоны, который соединен электрической линией связи с внешним источником энергии - источником высокого напряжения (электросеть). Узел также содержит систему передачи электрических сигналов с нейтронного счетчика через предусилитель, формирующий полезный сигнал, посредством линии связи (экранированного кабеля) к регистратору, выведенному за пределы зоны облучения.Known site for the detection of neutron radiation (prototype) [3. A complex of equipment for the VIR-2M reactor control and protection system. Control algorithms and block diagram. SPC "Elegia", 2004, sheet 110], containing a neutron counter located in the irradiation zone (reactor zone), electrically connected through a shielded cable to a power source outside the reactor zone, which is connected by an electric communication line to an external energy source - a source of high voltage (mains). The assembly also contains a system for transmitting electrical signals from a neutron counter through a preamplifier that generates a useful signal through a communication line (shielded cable) to a registrar that is outside the irradiation zone.

Недостатком счетчика нейтронов является то, что его размещение в зоне облучения, в частности, в реакторной зоне, сопряжено с необходимостью использования высокого напряжения, подводимого для электропитания счетчика, и с необходимостью усиления сигнала счетчика для корректной передачи его на длинную линию к регистратору.The disadvantage of the neutron counter is that its placement in the irradiation zone, in particular in the reactor zone, is associated with the need to use a high voltage supplied to power the counter, and with the need to amplify the counter signal for its correct transmission to a long line to the recorder.

Решаемой задачей является повышение надежности и безопасности функционирования энергетических ядерных установок, например, реакторов, путем создание узла детектирования нейтронного излучения, невосприимчивого к электромагнитным помехам.The problem to be solved is to increase the reliability and safety of the operation of nuclear power plants, for example, reactors, by creating a site for detecting neutron radiation that is immune to electromagnetic interference.

Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является исключение присутствия высоковольтного электрооборудования и длинного экранированного кабеля в зоне облучения и, как следствие, исключение влияния электромагнитных наводок на результаты регистрации.The technical result achieved by the implementation of the utility model is to exclude the presence of high voltage electrical equipment and a long shielded cable in the irradiation zone and, as a result, to exclude the influence of electromagnetic interference on the registration results.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного узла детектирования нейтронного излучения, содержащего расположенный в зоне облучения счетчик нейтронов, электрически связанный с источником электропитания, соединенным линией связи с внешним источником энергии, и систему передачи электрических сигналов нейтронного счетчика посредством линии связи к регистратору, выведенному за пределы зоны облучения, в предложенном узле детектирования что источник электропитания организован так, что внешним источником энергии для него служит мощный лазер, соединенный с источником электропитания волоконно-оптической линией через фотопреобразователь, система передачи сигналов нейтронного счетчика к регистратору содержит соединенный с нейтронным счетчиком формирователь электрических сигналов, к выходу которого подключен светопреобразователь, связанный посредством волоконно-оптической линии с регистратором, оснащенным фотоприемником, причем источник электропитания, нейтронный счетчик, формирователь электрических сигналов и светопреобразователь электрически связаны между собойThe technical result is achieved in that, in contrast to the known site for detecting neutron radiation, comprising a neutron counter located in the irradiation zone, electrically connected to a power source connected by a communication line to an external energy source, and a system for transmitting electrical signals of a neutron counter via a communication line to a registrar, outside the irradiation zone, in the proposed detection unit that the power source is organized so that an external energy source for it is a powerful laser connected to a power source by a fiber-optic line through a photoconverter, the system for transmitting signals from a neutron counter to a registrar contains an electric signal former connected to a neutron counter, the output of which is connected to a photoconverter connected via a fiber-optic line to a recorder equipped with a photodetector, moreover, a power source, a neutron counter, an electric signal shaper and an electric light transducer ki linked

Электрически связанные между собой источник электропитания, формирователь электрического сигнала, счетчик нейтронов и светопреобразователь могут быть конструктивно объединены в блок.An electrically connected power source, an electric signal shaper, a neutron counter and a light transducer can be structurally combined into a unit.

В частном варианте узел детектирования может быть использован для регистрации нейтронов в реакторной зоне.In a particular embodiment, the detection unit can be used to detect neutrons in the reactor zone.

В прототипе питание счетчика нейтронов осуществляется подачей высокого напряжения порядка 500-1500 В по электрическим проводам (кабелю) в зону облучения (например, в реакторную зону), а для формирования полезного сигнала используется предусилитель. Полезная информация в виде электрических импульсов к регистрирующей аппаратуре также передается по длинным электрическим проводам из зоны облучения. Это увеличивает уровень опасности, связанный с присутствием высокого напряжения, а также усиливает влияние электромагнитных наводок на результаты регистрации нейтронов.In the prototype, the neutron counter is powered by supplying a high voltage of the order of 500-1500 V via electric wires (cable) to the irradiation zone (for example, into the reactor zone), and a preamplifier is used to generate a useful signal. Useful information in the form of electrical pulses to the recording equipment is also transmitted through long electrical wires from the irradiation zone. This increases the level of danger associated with the presence of high voltage, and also enhances the effect of electromagnetic interference on the results of neutron detection.

Особенности выбора типа источника питания, позволяющего обеспечить передачу энергии в заявляемый узел детектирования от внешнего источника энергии, определяют преимущества подхода к решению поставленной задачи. В предложенном случае электропитание счетчика нейтронов осуществляется посредством источника питания, основанного на иных физических принципах по сравнению с прототипом. Принципиальным является то, что источник электропитания получает энергию в виде светового потока, передаваемого по волоконно-оптическому кабелю от мощного лазера, и преобразует ее в электрическую при помощи связанного с ним преобразователя световой энергии в электрическую (фотопреобразователя), а полезная информация с нейтронного детектора обрабатывается формирователем электрических сигналов (производится дискриминация шумов, усиление сигнала и т.д.), преобразуется в световые импульсы с помощью светопреобразователя и передается на фотоприемник регистрирующей аппаратуры также по волоконно-оптическому кабелю. При этом конструктивное объединение электрически связанных между собой источника электропитания, формирователя электрических сигналов, счетчика нейтронов и светопреобразователя в блок позволит наряду с освобождением зоны облучения от высоковольтного оборудования обеспечить компактность узла и уменьшение влияния электромагнитных наводок на результаты регистрации нейтронов.Features of the choice of the type of power source that allows for the transfer of energy to the inventive detection unit from an external energy source, determine the advantages of the approach to solving the problem. In the proposed case, the power of the neutron counter is carried out by means of a power source based on other physical principles in comparison with the prototype. It is fundamental that the power source receives energy in the form of a light stream transmitted via a fiber-optic cable from a high-power laser, and converts it into electrical energy using the light-energy converter connected to it (electric), and useful information from a neutron detector is processed shaper of electrical signals (noise discrimination is made, signal amplification, etc.) is converted into light pulses using a light transducer and transmitted to otopriemnik recording equipment and fiber-optic cable. At the same time, the constructive combination of an electrically connected power source, an electric signal shaper, a neutron counter, and a light transducer into a block will make it possible, along with the liberation of the irradiation zone from high-voltage equipment, to provide a compact unit and reduce the influence of electromagnetic interference on the results of neutron registration.

Данный технический прием позволяет исключить размещение электрооборудования в зоне облучения и уменьшить влияние электромагнитных наводок на результаты регистрации нейтронов.This technique allows to exclude the placement of electrical equipment in the irradiation zone and to reduce the influence of electromagnetic interference on the results of neutron registration.

Таким образом, предложенный подход к преобразованию энергии в узле от внешнего источника энергии до регистратора, позволяющий обеспечить возможность передачи энергии к счетчику нейтронов и регистрируемой информации от него по волоконно-оптическому кабелю, приводит к повышению надежности, электробезопасности, стойкости узла к воздействию ионизирующего излучения.Thus, the proposed approach to converting energy in a node from an external energy source to the recorder, which allows for the possibility of transferring energy to the neutron counter and the recorded information from it via a fiber-optic cable, leads to increased reliability, electrical safety, and resistance of the node to ionizing radiation.

На фиг. схематично представлена заявленная полезная модель, реализованная для ядерного реактора, где: 1 - нейтронный счетчик; 2 - источник электропитания; 3-фотопреобразователь; 4-биологическая защита реактора; 5- волоконно-оптический кабель; 6 - активная зона реактора; 7 - формирователь электрических сигналов; 8 - светопреобразователь; 9 - волоконно-оптический кабель; 10 - фотоприемник; 11 - измерительная аппаратура (регистратор); 12 - полупроводниковый лазер; 13 - система питания и управления лазером.In FIG. The claimed utility model implemented for a nuclear reactor is schematically presented, where: 1 - neutron counter; 2 - power supply; 3-photoconverter; 4-biological reactor protection; 5-fiber optic cable; 6 - reactor core; 7 - shaper of electrical signals; 8 - light transducer; 9 - fiber optic cable; 10 - photodetector; 11 - measuring equipment (recorder); 12 - semiconductor laser; 13 - power system and laser control.

Предлагаемый узел детектирования нейтронов представляет собой расположенный вблизи активной зоны реактора 6 нейтронный счетчик 1, формирователь электрических сигналов 7 и светопреобразователь 8, питание которых осуществляется от расположенного в непосредственной близости от них источника электропитания 2. Энергия в виде светового потока, передаваемого по волоконно-оптическому кабелю 5 от расположенного за биологической защитой реактора 4 мощного полупроводникового лазера 12, питаемого и управляемого системой питания и управления лазером 13, преобразуется в электрическую при помощи преобразователя световой энергии в электрическую (фотопреобразователя) 3 и формирует питающее напряжение на источнике питания 2. Полезная информация с нейтронного счетчика 1 обрабатывается с помощью формирователя электрических сигналов 7, преобразуется в световые импульсы с помощью светопреобразователя 8 и передается по волоконно-оптическому кабелю 9 на фотоприемник 10 регистрирующей аппаратуры 11, находящийся за биологической защитой 4.The proposed neutron detection unit is a neutron counter 1 located near the reactor core 6, an electric signal shaper 7, and a light transducer 8, which are powered from a power supply located in the immediate vicinity of them 2. Energy in the form of a light flux transmitted through an optical fiber cable 5 from a high-power semiconductor laser 12 located behind the biological protection of the reactor 4, fed and controlled by a laser power and control system rum 13 is converted into electrical energy using a light energy to electric converter (photoconverter) 3 and generates a supply voltage to a power source 2. Useful information from a neutron counter 1 is processed using an electric signal conditioner 7, converted into light pulses using a light converter 8 and transmitted fiber optic cable 9 to the photodetector 10 of the recording equipment 11, which is located behind the biological protection 4.

Детектор нейтронов работает следующим образом. Регистрация плотности потока нейтронов от активной зоны реактора 6 в диапазоне 1-10⁶ см^-2·с^-1 осуществляется стандартным счетчиком нейтронов 1, например СНМ-13.ОТЗ 394.113 ТУ. Электропитание счетчика обеспечивается источником питания 2. Напряжение на источнике питания формируется преобразователем 3 световой энергии в электрическую, который также как и источник питания находится в реакторной зоне внутри контура биологической защиты 4. Световая энергия на фотопреобразователь 3 подается по волоконно-оптическому кабелю 5 с полупроводникового лазера 12, питаемого и управляемого системой питания и управления 13. Регистрируемый счетчиком 1 полезный сигнал обрабатывается формирователем электрических сигналов 7, преобразуется светопреобразователем8, питаемыми источником питания 2, и по волоконно-оптическому кабелю 9 выводится из реакторной зоны, находящейся внутри контура биологической защиты 4, на фотоприемник 10. Сигнал с фотоприемника 10 подается на регистратор 11. Электрически связанные между собой источник электропитания, формирователь электрического сигнала, счетчик нейтронов и светопреобразователь конструктивно объединены в блок.The neutron detector operates as follows. Registration of the neutron flux density from the reactor core 6 in the range of 1-10 ⁶ cm ^-2 · s ^{-1 is} carried out by a standard neutron counter 1, for example SNM-13. OTZ 394.113 TU. The meter is powered by a power source 2. The voltage at the power source is generated by the light energy to electric converter 3, which, like the power source, is located in the reactor zone inside the biological protection circuit 4. The light energy is supplied to the photoconverter 3 via a fiber-optic cable 5 from a semiconductor laser 12, fed and controlled by the power and control system 13. The useful signal recorded by the counter 1 is processed by the electric signal conditioner 7, pre it is transformed by a light transducer 8, supplied by a power source 2, and is outputted from a reactor zone located inside the biological protection circuit 4 to a photodetector 10 via a fiber optic cable 9. , the neutron counter and the light transducer are structurally combined into a block.

Проведенные испытания заявленной полезной модели позволили подтвердить возможность ее использования для регистрации нейтронов в диапазоне плотностей потока нейтронов от 1 см²·с^-1 до 10⁶·см^-2·с^-1 без размещения электрооборудования и длинных электрических линий в зоне облучения и, как следствие, обеспечить уменьшение влияния электрических наводок при регистрации нейтронного потока.The tests of the claimed utility model have confirmed the possibility of its use for neutron registration in the range of neutron flux densities from 1 cm ² · s ^-1 to 10 ⁶ · cm ^-2 · s ^-1 without placing electrical equipment and long electric lines in the irradiation zone and, as consequence, to reduce the influence of electrical interference during registration of the neutron flux.

Claims

1. The neutron radiation detection unit, comprising a neutron counter located in the irradiation zone, electrically connected to a power source connected by a communication line to an external energy source, and a system for transmitting electrical signals of a neutron counter through a communication line to a registrar outside the irradiation zone, characterized in that the power source is organized so that an external source of energy for it is a powerful laser connected to a fiber optic power source a line through a photoconverter, the neutron counter signal transmission system to the recorder contains an electric signal shaper connected to a neutron counter, to the output of which a light transducer is connected, connected via a fiber optic line to a recorder equipped with a photodetector, and the power supply, a neutron counter, an electric signal shaper and the light converter is electrically connected.

2. The detection unit according to claim 1, characterized in that the power supply is electrically interconnected, the electric signal conditioner, the neutron counter and the light transducer are structurally combined into a block.

3. The detection unit according to claim 1, characterized in that it is used to detect neutrons in the reactor zone.