Способ изготовления детектора прямой зарядки

(56) 1, Мительман Детекторы для внут рений энерговыделе 1977, с112-113. М.Г. и др, риреакторных изме ния. М Атомиэда ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 2, Патент США 9 4087693,кл. 250-390, опублик. 1978(54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯДЕТЕКТОРА ПРЯМОЯ ЗАРЯДКИ, включаю"щий изготовление эмиттера, коллектора, расположенного между ними изолятора, соединение отдельных частейдетектора и последующее присоединение линии связи, о т л н ч а ю щ н й -с я тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик и повышения надежности детектора внутриколлектора размещают двухслойныйтехнологический стержень, которыйпосле засыпки порошкообразного иэолятора в зазор между Коллектором и стержнем, волочения,через фильеру и отжига до получения диффузионного слоя между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1 от толщины изолятора и плотности последнего не менее 80 от теоретической, растягивают за оба конца, затем стержень извлекают из сформированной системы коллектор-изолятор ив полученное от верстие устанавливают калиброванный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изолятора на превышение в рабочих условиям термического расширения диаметра эмиттера над расширением внутреннег диаметра изолятора и после присоеди нения кабеля заполняют детектор инертньач газоми герметизируют.2. Способ по п. 1, о т л н ч а ю щ и й с я тем, что технологический стержень выполняют из двух жестко соединенных между собой слоев, наружный из которых выполняют из мате риала, твердость которого равна твердости материала коллектора, а внутренний - из высокопластичного материала, причем толщина наружного слоя составляет 10-15% от радиуса внутреннего слоя.Изобретение относится к первичнымизмерительным преобразователям систем внутриреакторного контроля(СВРК) и может быть использовано напредприятиях, изготавливающих детекторы прямой зарядки (ДПЗ).Известен способ изготовления детектора прямой зарядки (ДПЗ) путеМустановки между калиброванным эмиттером и коллектором высокоумногоизолятора в виде капиллярной трубки ,из кварцевого стекла или соломки изалунда, соединения эмиттера с сигнальной жилой кабеля, а коллектора - с его оболочкой и последующейгерметизации детектора 1 .1 Установка калиброванного эмиттера обеспечивает высокую идентичностьпо, начальной чувствительности ДПЗк нейтронам (-1), однако.они имеютнедостаточную механическую прочностьи долговечность при эксплуатациив условиях активной эоны энергетического реактора. Кроме .того, производство детекторов по данному спо-,собу связано с трудоемкими ручнымиоперациями по изготовлению, отбраковке и отмывке капилляров из кварцевого стекла. Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ изготовления ДПЗ,включающий изготовление эмиттераколлектора, расположенного междуними изолятора и соединение отдельных частей детектора и последующееприсоединение линии связи 2 .Способ включает ряд трудоемкихопераций, как-то: специальную обработку и намотку кварцевой нитина поверхность эмиттера, или изготовление оплетки из кварцевых нитей с последующей установкой ее между эмиттером и коллектором. При дан .. ном способе плотность изоляторанельзя доводить до теоретическогозначения, так как при этом будет нарушена однородность эмиттера из-задеформации. Поэтому изолятор делаютрыхлым с увеличенной толщиной,что при ограниченном внешнем диаметре детектора приводит либо к уменьшению диаметра эмиттера, т.е, кснижению линейной чувствительностидетектора, либо к уменьшению толщины коллектора, что снижает эффектэкранировки -излучения эмиттера,Таким образом в известных способахизготовления ДПЗ улучшение метрологических характеристик ДПЗ сопряжено со снижением их механической проч.ности и долговечности, а повышениемеханической прочности и долговечности ДПЗ прйводит к ухудшению метрологических характеристик.Цель изобретения - улучшениеМетрологических характеристик и повышение надежности ДПЗ,Для достижения поставленной целисогласно способу изготовления ДПЗ,включающему изготовление эмиттера,коллектора, расположенйого между нкми изолятора и соединение отдельных5 частей детектора и последующее присоединение линии связи, внутри коллектора размещают двухслойный технологический стержень, который послезасыпйи порошкообразного изолятора, 10 в зазор между коллектором и стержнем,волочения через"фильеру и отжигадля получения диффузионного слоя:между коллектором и изолятором толщиной 0,1-1 от толщины изолятора иплотности последнего не менее 80от теоретической, растягивают заоба конца, затем стеркень извлекаютиэ сформированной системы коллек-.тор - изолятор и в полученноеотверстие устанавливают калиброванный эмиттер, диаметр которого меньше внутреннего диаметра изоляторана превышенИе в рабочих условияхтермического расшкрения диаметраэмиттера над расширением и внутреннего диаметра изолятора и после присоединения линии связи заполняютдетектор инертНым газом и герметизируют.При этом технологический стерЗО жень выполняют издвух жестко сое"диненных между собой, напримерволочением, слоев, наружный из которых выполняют из материала, твердость которого равна твердости ма 35 териала коллектора, а внутренний -иэ высокопластичного материала, причем толщина наружного слоя равна10-15% от радиуса внутреннего слоя.Увеличение плотности изолятора4 О до значений не менее 80 от теоретически возможного значения позволяет уменьшить толщину изолятора исоответственно увеличить диаметрэмиттера и/или толщину коллектора45 (в пределах ограниченного внешнегодиаметра детектора). Наличие переходного дифФузионного слоя междуколлектором и изолятором толщиной0,1-1 В от толщины последнего позволяет обеспечить регулярный сток5 О 1 обаемного заряда из.изолятора наколлектор и сохранить целостностьизолятора при механических воздействиях на детектор, при этом его увеличение приводит к увеличению ве 55 роятности снижения сопротивленияизолятора в процессе эксплуатации,а уменьшение - к ухудшению механической прочности сцепления изоляторас. коллектором60 Превышение внутреннего диаметраизолятора над диаметром эмиттерана значение положительной разности между термическими приращениями врабочих условиях диаметра эмиттераи внутреннего диаметра изолятора55 65 позволяет при нормальных условиях (20 С) свободно размещать калиброованный эмиттер внутри изолятора, а при рабочих условиях обеспечить отвод радиационного тепла от эмиттера через изолятор, переходный диффузионный слой и коллектор к теплоносителю. Кроме того наличие теплового контакта между эмиттером и изолятором исключает вибрацию эмиттераотносительно изолятора и кабеля,Наличие внутри изолятора полости,ограниченной торцами эмиттера и сигнального кабеля позволяет свободноразместить в ней и тангенциальноподвести к торцу эмиттера соединительный участок сигнальной жилы кабеля, которая жестко связана с эмиттером, например с помощью лазерной сварки.Замена воздуха в упомянутой полости на инертный гаэ, например гелий, позволяет увеличить внутреннее сопротивление детектора, т.е. уменьшить потерю токового сигнала внутри детектора. Тангенциальный подвод к торцу эмнттера и превышение длины соединительного участка сигнальной жилы на 20-50 над рас" тоянием между торцами эмиттера и кабеля позволяет повысить безотказность работы электрического контакта между эмиттером и сигнальнойжилой кабеля за счет пружинного эффекта соединительного участка сигнальной жилы, при этом увеличение длины соединительного участка за указанный верхний предел затрудняетразмещение соединительного участкавнутри упомянутой полости, а уменьшение длины соединительного участка за указанный нижний предел приводитк ухудшению пружинящих свойств соединительного участка сигнальной жилы,Увеличение суммарной линейной плотности материалов изолятора и коллектора (в радиальном направлении) дозначений не менее трех толщин слояполовинного. ослабления ) -излученияэмиттера позволяет снизить составляющую Фона сигнальных кабелей,прилегающих к коллектору снаруаи,обусловленную попаданием -частицэмиттера на сигнальные жилы кабелей других совместно работающих детекторов, уменьшение упомянутой линейнойплотности ниже указанного предела приводит к неприемлемому увеличению фона - излучения эмиттера на внешней поверхности коллектора, где могут располагаться сигнальные кабели от других детекторов. Кроме того,увеличение толщины кбллектора способствует повышению механичеСкойпрочности ДПЗ, В способе изготовления ДПЗ в начальной стадии вместоэмиттерр внутри коллектора раэмещают двухслойный технологический стержень, окружейныйслоем порошкообразного изолятора, например МО. Этотстержень позволяет полностью Исключить деформацию калиброванного эмиттера ча стадни волочения черезфильеру, получить диффуэиониый слоймежду коллектором и изолятором толщиной 0,1-1 от толщины изолятора,а так же спрессовать изолятор до10 плотности не ниже 80 от теоретически возможного значения.Отжиг системы коллектор - изолятор - стержень после волоченияСпроизводят для снятия наклепа в ма 15 териале коллектора и стимулированияпроцесса образования диффузионногослоя меаду коллектором и изолятором,Температуру отжига задают на уровне 70 от температуры плавления мате 20 риала коллектора,При этом использование технологического стержня с твердым наружнымслоем, например из.нержавеющей сталиФи высокопластичным внутренним слоем,25 напри р иэ СОФ М Ф позволяет по еволочения растягивать стержень безвнутреннего обрыва, отслаивать, егоот изолятора и свободно извлекатьстержень из полученного отверстиявнутри изолятораОптимальная толщина йаружногб слоя составляет 10-15от радиуса внутреннего слоя стержня.Увеличение толщины сверх указанноговерхнего предела приводит к ухудшению пластичности стержня, необходимой при его растяжке, а уменьшениетолщины за указанный нижний пределприводит к снижению жесткости стержня, необходимой на стадии волочениясистемы коллектор - изолятор - стер40 жень,Детектор прямой зарядки содержит сигнальную зилу 1 кабеля для передачи тока от эмиттера к информационно-измерительному комплексу, который не показан , фоновая жила 2 кабеля для измерения фонового токав сигнальной жиле кабеля, изолятор 3 кабеля, оболочку 4 кабеля (служит проводником тока), место 5 сварки (или спайки) коллектора, газовая полость б, заполненная инертным гаром, например Не, место 7 сварки (или пайки) эмиттера с сигнальной жилой кабеля, эмиттер 8 (служит для генерации тока под действием нейтронов и (или) гамма-квантов ., изолятор 9 детектора (объединен с коллектором и имеет плотный контакт с эмиттером в рабочих условиях, коллектор 10 (служит .экраном для заряженных частиц, вылетающих из эмиттера и проводником тока), диффузионный слой 11 между изолятором н коллектором, трубка 12 (для откачки воздуха и заполнения полости внут1057906 каз 9457/4 .Подписное ВН ИИПИТираж 71 ри детектора инертным газом, например Не), место 13 герметизации отверстия в трубке сваркой (или пайкой), торцовой изолятор 14 (фиксирует эмиттер в заданном осевом положении, переходник 15 (для герметизации кабеля и перехода к отдельнымизолированным проводникам).ДПЗ оаботает в активной зоне ядерного реактора в качестве первичного измерительного преобразователя 10нейтронного и/или гамма-излученияв постоянный электрический ток. Призахвате нейтронов в эмиттер 8 испус-,каютсямгновенные гамма-кванты,которые выбивают комптоновские эле(т-(5роны, вылетающие из эмиттера 8 через изолятор 9 на коллектор 10, чтообеспечивает мгновенную часть токо"вого сигнала, Возбужденные ядраиспускают -частицы, которые такжевылетают иэ эмиттера 8 на коллектор 10 и создают эапаздывающуючасть токового сигнала. Например, вслучае эмиттера иэ Ь мгновеннаячасть сигнала составляет 6-8 от полного сигнала детектора. Ток детекто-ра через постоянный контакт 7 посту"пает на сигнальную жилу 1, а еефоновый ток измеряют с помощью изолированной фоновой жилы 2, При этомвозможно использование бесфоновогоодножильного кабеля, тогда необходимость в фоновой жиле 2 отпадает.Для измерения гамма-излучения эмиттер изготовляют из материала малочувствительного к нейтронам, имеюще" З 5го большой атомный номер, напримериз Се По сравнению с базовым отечест.венным образцом ДПЭ, предлагаемый ДПЗ более устойчив к транспортной .тряске, изгибу, вибрации и сейсмическим ударам. Кроме того, он более устойчив к термическим и радиационным воздействиям, что обеспечивает повышение его ресурса в сопоставляемых условиях эксплуатации. Это подтверждается реэультатамн сравнительных испытаний опытной партии новых детекторов и серийных детекторов базового образца в высокотемпературной гелиевой петле на реакторе МР, а также опытной эксплуатации предлагаемых ДПЗ в активной зоне реактора ВВЭВ.Увеличение ресурса ДПЗ позволяет уменьшить количество детекторов, необходимых на весь срок службы реактора. Кроме того, увеличение механической прочности ДПЭ позволяет уменьшить выход иэ строя детекторов при транспортировке и подготовке к эксплуатации.Предлагаемый способ изготовления ДПЗ по сравнению с базовым с отечественным способом позволяет устранить .трудоемкие ручные операции по отбраковке и отмывке изоляторов, изготовленных в виде капилляра иэ кварцевого стекла. При этом тру" доемкость и стоимость изготовления ДПЗ могут быть снижены за счет использования промышленной техноло" гии производства нагревостойких кабелей на стадиях волочения и от,жига системы коллектор - иэолятор - стержень. Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул,Проектная