SU999863A1

SU999863A1 - Neitron ionizing chamber

Info

Publication number: SU999863A1
Application number: SU823374109A
Authority: SU
Inventors: В.А. Аксенов; Е.К. Малышев; Б.Н. Никифоров; В.И. Поликарпов; А.Н. Чирихин; О.И. Щетинин
Original assignee: Предприятие П/Я В-2502
Priority date: 1982-01-04
Filing date: 1982-01-04
Publication date: 1984-06-30

Abstract

НЕЙТРОННАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА, содержаща корпус, рабочий и компенсационный объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами , причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно , а на поверхности положительного электрода, обращенной к собирающему электроду, нанесен слой вещества-радиатора , отличающа с тем, что,С целью непрерывного измерени плотности потока нейтронов во всем диапазоне, в собирающем электроде выполнены сквозные отверсти , диаметр каждого из которых не больще толщины собирающего электрода , а количество определ етс из выражени С S т (П где к - коэффициент пропорциональности между чувствительcz ностью импульсных характеристик рабочего и компенсационного объемов камеры; - эффективность прохождени осколков делени через одно отверстие. со со со 00 о: соNEUTRON IONIZATION CAMERA, comprising a housing, working and compensation volumes, formed respectively by positive and collecting electrodes and the same collecting and negative electrodes, all electrodes have a flat shape and are installed in parallel, and a layer of substance is applied to the surface of the positive electrode facing the collecting electrode radiator, characterized in that, in order to continuously measure the neutron flux density over the entire range, through holes are made in the collecting electrode t, the diameter of each of which is no larger than the thickness of the collecting electrode, and the quantity is determined from the expression C S t (P where k is the coefficient of proportionality between the sensitivity of the impulse characteristics of the working and compensation volumes of the chamber; - the efficiency of fission fragments passing through one hole. from 00 about: from

Description

Предлагаема ионизационна камер относитс к дерному приборостроению и может быть использована в системе управлени и защиты дерных реакторов (ЯР) дл измерени и контрол плотности потока нейтронов. Одним из требований правил дерной безопасности вл етс непрерывность контрол плотности потока нейтронов дерного реактора во всем диапазоне изменени мощности. Мощность и соответственно плотность потока нейтронов мен ютс в широких пределах (до дес ти-одиннадцати декад). Измер ют плотность потока нейтронов с помощью детекторов нейтронов, диапазон работ которых (до 7 декад) значительно ниже диапазона изменени плотности потока нейтронов в дерных реакторах. В насто щее врем непрерывность контрол (измерени ) плотности потока нейтронов ЯР достигаетс путем применени трех детекторов с соответствующим числом каналов измерени , что удорожает измерительную аппаратуру. Задача заключаетс в непрерывном измерении плотности потока нейтронов от минимального , до максимального ее значени с использованием одного детектора нейтронов, что позволит сократить число каналов измерени до одного и снизить стоимость аппаратуры.The proposed ionization chamber relates to nuclear instrumentation and can be used in a nuclear reactor control and protection system (NR) for measuring and controlling the neutron flux density. One of the requirements of nuclear safety rules is continuous monitoring of the neutron flux density of a nuclear reactor over the entire range of power variation. The power and, accordingly, the neutron flux density vary widely (up to ten to eleven decades). The neutron flux density is measured using neutron detectors, the operation range of which (up to 7 decades) is well below the range of variation of the neutron flux density in nuclear reactors. At present, the continuity of monitoring (measuring) the neutron flux density of YAR is achieved by using three detectors with an appropriate number of measurement channels, which increases the cost of measuring equipment. The task is to continuously measure the neutron flux density from the minimum to its maximum value using a single neutron detector, which will reduce the number of measurement channels to one and reduce the cost of the equipment.

Известна ионизационна камера делени , содержаща корпус и два электрода, причем на поверхности электродов, обращенных друг к другу нанесен слой вещества с дел щимс изотопом-радиатором нейтронов. Камера имеет один основной (рабочий) объем l . Эта камера работает в импульсном и в токовом режимах.The ionization fission chamber is known, comprising a body and two electrodes, with a layer of a substance with a fissioning radiating isotope of neutrons applied on the surfaces of the electrodes facing each other. The camera has one main (working) volume l. This camera operates in pulsed and current modes.

Недостатком такой камеры вл етс отсутствие непрерывного измерени плотности потока нейтронов в широком диапазоне измерени . Камера работает в импульсном режиме с диапазоном, контрол плотности потока нейтронов семь декад и в токовом режиме с диапазоном контрол ..., плотности потока нейтронов около двух декад.The disadvantage of such a chamber is the lack of continuous measurement of the neutron flux density over a wide measuring range. The camera operates in a pulsed mode with a range, monitoring the neutron flux density for seven decades and in the current mode with a controlled range ..., the neutron flux density of about two decades.

Между импульсной и токовой характеристиками имеетс разрыв около двух декад. При работе в токовом режиме регистрируютс фоновые токи, обусловленные наведенным (Э , у излучением и излучением продуктов делени , а также об активностью радиатора нейтронов, которые ограничивают токовый диапазон до 2 декад. Эти недостатки не позвол ют осуществить непрерывное измерение плотности потока нейтронов при переходе от импульсного к токовому режиму, так как нижний предел пропорциональности между током камеры и плотностью потока нейтронов ограничен , - фоном.There is a gap of about two decades between the pulse and current characteristics. When operating in the current mode, background currents caused by induced (E, radiation and fission products as well as about the activity of the neutron radiator, which limit the current range to 2 decades, are recorded. These disadvantages do not allow continuous measurement of the neutron flux density when going from pulsed to current mode, since the lower proportionality limit between the chamber current and the neutron flux density is limited, the background.

который не пропорционален плотностипотока нейтронов.which is not proportional to the neutron flux density.

Известна также иьтульсно-токова камера делени с рабочим и компенсационным объемами, содержаща корпус и три электрода - положительный, собирающий и отрицательный 2, На поверхности, обращенных друг к другу электродов (положительного и собирающего ) , нанесен слой вещества с дел щимс изотопом - радиатором нейтронов .Also known is a current-current fission chamber with working and compensation volumes, comprising a body and three electrodes — positive, collecting and negative 2. A layer of matter with a fissioning isotope radiating neutron is applied on the surface facing each other of the electrodes (positive and collecting). .

В рабочем объеме между положительным и собирающим электродами детектируютс 3 , К -излучени и осколки делени (нейтроны), а в компенсаш-юнном объеме между отрицательным и собирающим электродами детектируютс только р , J -излучени . При сн тии токового сигнала с собирающего электрода результирующий ток от fJ , У -излучени уменьшаетс .In the working volume between the positive and collecting electrodes, 3, K-rays and fission fragments (neutrons) are detected, and in the compensation volume between the negative and collecting electrodes, only p, J-rays are detected. When the current signal is removed from the collecting electrode, the resulting current from the fJ, Y radiation decreases.

Камера работает в импульсном режиме с диапазоном контрол плотности потока нейтронов семь декад и в токовом режиме с диапазоном контрол плотности потока нейтронов две декады . Разрыв характеристик - три декады . Больша чувствительность к внеижему f -излучению 10 AjPH, значительный ток от р , У -излучени продуктов делени , накапливающихс внутри камеры, и ток от об -излучени радиатора нейтронов не позвол ют перекрыть поддиапазоны контрол плотности потока нейтронов при переходе от импульсного к токовому режиму работы.The camera operates in a pulsed mode with a neutron flux density control range of seven decades and in a current mode with a neutron flux density control range of two decades. The gap characteristics - three decades. Greater sensitivity to outgoing f-radiation 10 AjPH, significant current from p, Y-radiation of fission products accumulating inside the chamber, and current from radiation of a neutron radiator do not allow to overlap the subranges of the control of the neutron flux density during the transition from pulsed to current operation .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой вл етс нейтронна импульсно-токова ионизационна камера делени , содержаща корпус, рабочий и компенсационный объемы, образованные соответственно положительным и собирающим электродами и тем же собирающим и отрицательным электродами, причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно, а на поверхность положительного электрода, обращенную к собирающему электроду, нанесен сло вещества-радиатора 3J .The closest in technical essence to the present invention is a neutron pulsed-current ionization fission chamber, comprising a housing, a working and compensation volumes formed by respectively positive and collecting electrodes and the same collecting and negative electrodes, all of which have flat shape and are installed in parallel, and on the surface of the positive electrode facing the collecting electrode, a layer of radiator substance 3J is applied.

Недостатком этой камеры вл етс узкий диапазон контрол плотности потока нейтронов. Этот недостаток объ н етс тем, что между импульсной и токовой рабочими характеристиками камеры имеетс разрыв, т.е. имеетс диапазон плотности потока, нейтронов который не контролируетс ка1иерой.The disadvantage of this camera is the narrow range of control of the neutron flux density. This disadvantage is due to the fact that there is a gap between the pulse and current performance of the camera, i.e. there is a range of flux density, neutrons which is not controlled by the camera.

Диапазон контрол в импульсном режиме, работы камеры составл ет отThe range of control in pulse mode, the camera operation is from

0,1 до i-IO нейтр. коном режиме от 0.1 to i-IO neutr. horse mode from

S-IO до 10° нейтр. S-IO to 10 ° neut.

5five

от 1-10 до 510 к не контролируетс . Объ сн етс это тем, что верхний предел импульсного диапазона ограничен просчетом импульсов из-за их положений, а нижний предел токового диапазона - фоновыми токами, обусловленными J -частицами и У -кв тами, испускаемыми продуктами делен вещества-радиатора. Цель изобретени - непрерывное измерение плотности потока нейтроно во всем диапазоне. Поставленна цель достигаетс тем, что в. нейтронной ионизационной камере, содержащей корпус, рабочий и компенсационные объемы, образован ные соответственно положительным и .собирающим электродами и тем же соб собираквдим и отрицательным электродами , причем все электроды имеют плоскую форму и установлены параллельно , а на поверхность положитель ного электрода, образенную к собирающему электроду, нанесенслой вещества-редиатора, в собирающем эл электроде выполнены сквозные отверс ти , диаметр каждого из которых не больше толщины собирающего электрода , а количество определ етс из выражени где К„ - коэффициент пропорциональности между чувствительностью импульсных характеристик рабочего и компенса ционного объемов камеры - эффективность прохождени осколков делени через одн отверстие. Отверсти в собирающем электроде позвол ют проникать части осколков в компенсирующий объем камеры, которые производ т ионизацию газа ком пенсирующего объема, создава импульсы тока. Число осколков, попавших через отверстие, значительно меньще числа образовавшихс в рабочем объеме, поэтому чувствительност камеры в импульсном режиме компенсирующего объема значительно меньше чувствительности камеры в импульсно режиме рабочего объема. В результате этого получена нова импульсна характеристика камеры, котора имее перекрытие с прежними импульсной и токовой рабочими характеристиками, что позволило получить непрерывный контроль плотности потока нейтронов от 0,1 до 10° (11 декад) см с с одним детектором. В предлагаемой камере получены следующие рабочие .характеристики: импульсный режим рабочего объема от О,1 до 10 нейтр. см с, импульсный режим конпенсационного объема от. 10 до Ю нейтр. см с токовый режим рабочего объема от 5 10 до Ю иейтр. с. На чертеже изображена структурна схема предлагаемой иониэацион-. ной камеры, где прин ты следующие обозначени : 1 - корпус камеры, 2 положительный и 3 - собирающий электроды , 4 - отрицательный электрод, 5 - рабочий объем камеры, 6 - компенсационный объем камеры,-7 - дел щеес вещество - радиатор нейтронов, 8 - сквозные отверсти в собирающем электроде. Внутри герметичного корпуса 1 . . ионизационной камеры параллельно друг другу установлены плоские электроды: положительный 2, собирающий 3 и отрицательный 4. Толщина пластины каждого электрода равна 0,5 мм. В пластине собиракмцего электрода 3 выполнено сто отверстий 8. Диаметр каждого отверсти 0,4 мм. На пластину положительного электрода 2 со стороны собирающего электрода 3 нанесено вещество-радиатор {Уран-235), количество которого 1 мг/см. Обща площадь каждого электрода составл ет IPOO мм. Обща площадь отверстий равна 50 мм. Расположение отверстий желательно около центра пластины электрода. Дл получени непрерывности измерений плотности потока нейтронов во всем диапазоне изменени от 0,1 до 10 нейтр. см с необходимо, чтобы к имеющимс рабочим характеристикам добавилась дополнительна импульсна характеристика, котора не только охватывала бы неконтролируе мый диапазон плотности потока нейтронов , но и имела бы перекрытие с импульсной и токовой рабочими характеристиками рабочего объема. Дополнительна импульсна характеристика должна иметь верхний диапазон измерени плотности потока нейтронов см с при максимальной рабочей частоте 10 им. . Тогда дополнительна импульсна рабоча характеристика перекрывает диапазон от 100 до 10 нейтр. см с и имеет перекрытие с импульсной характеристикой в диапазоне от 100 до 10 нейтр. см с токовой от 5 10 нейтр. см с Коэффициент отношени чувствительности дополнительной характеристики к чувствительности основной характеристики , таким образом, равен 10 Рабочий диапазон дополнительной импульсной характеристики достигнут выбором числа и диаметра отверстий в собирающем электроде. Дл того, чтобы каждое отверстие работало как коллиматор, необходимо чтобы толщина электрода была больше диаметра отверсти . В данном конкретном примере диаметр отверсти выбран1-10 to 510 K is not controlled. This is explained by the fact that the upper limit of the pulse range is limited by the miscalculation of the pulses due to their positions, and the lower limit of the current range is limited by background currents due to J-particles and Y-squares emitted by the products is divided by the radiator substance. The purpose of the invention is to continuously measure the neutron flux density over the entire range. The goal is achieved by c. a neutron ionization chamber containing a housing, working and compensation volumes formed by the positive and collecting electrodes and the same collecting and negative electrodes, respectively, all of which have a flat shape and are installed in parallel, and to the surface of the positive electrode The applied layer of the rediator substance in the collecting electrode is made through holes, the diameter of each of which is not greater than the thickness of the collecting electrode, and the number is determined tf from the expression where Kl is the coefficient of proportionality between the sensitivity of the impulse response of the worker and the compensation chamber volumes is the efficiency of the passage of fission fragments through a single hole. The holes in the collecting electrode allow parts of the fragments to penetrate into the compensating chamber volume, which ionize the gas of the compensating volume, creating current pulses. The number of fragments trapped through the hole is significantly less than the number formed in the working volume, therefore the sensitivity of the camera in a pulsed mode of the compensating volume is much less than the sensitivity of the camera in a pulsed mode of the working volume. As a result, a new impulse response of the camera was obtained, which has overlap with the former impulse and current performance characteristics, which made it possible to obtain continuous monitoring of the neutron flux density from 0.1 to 10 ° (11 decades) with a single detector. The following working characteristics were obtained in the proposed chamber: a pulsed mode of the working volume from 0, 1 to 10 neutrons. cm s, the pulse mode of the condensation volume from. 10 to Yu neutr. cm with a current mode of working volume from 5 10 to 10 IU. with. The drawing shows a structural diagram of the proposed ionization. Node chamber, where the following notation is accepted: 1 - camera body, 2 positive and 3 - collecting electrodes, 4 - negative electrode, 5 - working volume of the chamber, 6 - compensation volume of the chamber, -7 - sharing material - neutron radiator, 8 - through holes in the collecting electrode. Inside sealed enclosure 1. . The ionization chamber is parallel to each other with flat electrodes: positive 2, collecting 3 and negative 4. The plate thickness of each electrode is 0.5 mm. One hundred holes 8 are made in the plate of the collecting electrode 3. The diameter of each hole is 0.4 mm. On the plate of the positive electrode 2 from the side of the collecting electrode 3, a radiating substance {Uranium-235) is applied, the amount of which is 1 mg / cm. The total area of each electrode is IPOO mm. The total hole area is 50 mm. The location of the holes is preferably near the center of the electrode plate. To obtain continuity measurements of the neutron flux density over the entire range of variation from 0.1 to 10 neutrons. cm s it is necessary that an additional impulse response be added to the existing performance, which not only covers the uncontrolled range of the neutron flux density, but also has an overlap with the impulse and current performance characteristics of the working volume. The additional impulse response should have an upper range for measuring the neutron flux density, cm s, with a maximum operating frequency of 10. . Then the additional impulse performance characteristic covers the range from 100 to 10 neutrons. cm s and has an overlap with impulse response in the range from 100 to 10 neutrons. cm with current from 5 10 neutr. cm s The ratio of the sensitivity of the additional characteristic to the sensitivity of the main characteristic is thus equal to 10. The operating range of the additional pulse characteristic is achieved by choosing the number and diameter of the holes in the collecting electrode. In order for each hole to work as a collimator, it is necessary that the electrode thickness be larger than the hole diameter. In this particular example, the hole diameter is selected

Claims

A NEUTRON IONIZATION CAMERA, containing a housing, working and compensation volumes, formed respectively by the positive and collecting electrodes and the same collecting and negative electrodes, with all the electrodes having a flat shape and installed in parallel, and a layer is deposited on the surface of the positive electrode facing the collecting electrode. radiator material, characterized in that, in order to continuously measure the neutron flux density in the entire range, through holes are made in the collecting electrode, Diameter of each of which is not greater than the thickness of the collecting electrode, and the number is determined from the expression where k _n - proportionality factor between the sensitivity of the impulse responses of the working chamber and the compensation amounts;

K, is the efficiency of passage of fission fragments through one hole.