Способ определения температуры замедлителя нейтронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 83584 1 ТЗ/О 505 621 С 17 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение о физике, а точнее - нейтронов. Наибо бретение может б дистанционных из замедлителя в сист точников нейтроновИзвестен спосо туры нейтронов, за елений нуклидов 0 игз 5 детекторами, размещенедлителя, и определении тронов по отношению поекторов.ан на различии энергетитей сечений деления нукц тепловыми нейтронами с ше 273 К ростей дковымиутри замтуры нейэтих детоб оснодвисимоО и гэ 9 Р нии ско Рц то тносится к технической к области регистрации лее эффективно изоыть использовано для мерений температуры емах с импульсным исными внтемпераказанийСпосческих злидовтемпе рату б определения темпералючающийся в измерерой в(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации и Объединенный институт ядерных исследований(56) Бекурц КВиртц К. Нейтронная физика. М.,Атомиздат, 1968, с, 340-342.Малышев Е.К. и др. Вакуумные камеры деления КН ВКдля измерения плотности потока тепловых нейтронов, Атомная энергия, 1987, т, 62, вып, 3, с. 187-190.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУ-. РЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к контролю температуры замедлителя ядерных реакторов и критических сборок. Цель изобретения - увеличение точности. Измеряют площадь 3 замедлителя, Детектором тепловых нейтронов, размещенным внутри или на поверхности замедлителя, измеряют временную зависимость плотности потока и длительйость О/г импульса тепловых нейтронов. фиксируют момент времени т 1, в который 2плотность потока принимает максимальное значение. Одновременноизмеряют временную зависимость сигнала детектора с моно- направленной чувствительностью ктепловым нейтронам, установленного на расстоянии се/А, .о Оlе (1.12 ГВIЬИ от поверх. ности эамедлителя и ориентированного на замедлитель, Здесь Йп - комптоновская длина волны нейтрона; А - средняя длина волны тепловых нейтройов в эамедлйтеле; с - скорость света; Ь Й - апертурный угол детектора с мононаправленной чувстви тельностью. По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и переднего фронта сигнала детектора с моно- направленной чувствительностью строят аппроксимационную функцию и определяют момент времени Ъ, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение, а температуру замедлителя определяют по интервалу между моментами времени ь и И, Погрешность способа не превышает 10 и определяется удвоенноГ 1 погрешностью измерения интервала времени и отклонением сечения нейтроночувствительного материала детектора от закона 1/ч. 1 ил.510 ч 3/2 чо О/2 = 15 45 50 55 Недостатками этого способа являютсянизкая точйость определейия температуры,связанная с методической погрешностьюопределения градуировочной зависимости.Наиболее близким по технической сущности и количеству общих признаков к предложенному является способ определениятемпературы замедлителя нейтронов, в котором измеряют временные зависимостисигналов токовых 1/ч-детекторов в экранеиз кадмия и без экрана, дгительйость им пульса тепловых нейтронов, момент времени, в который плотность потока достигаетмаксимального значения, и судят о температуре замедлителя,Недостатком этого способа являетсянизкая точность определения температурыввиду неопределенности параметров спектра в присутствии эпитепловых нейтронов,Другим недостатком является вклад тепловых нейтронов, выходящих из материаласторонних конструкций,Цель изобретения - увеличение точности.Поставленная цель достигается тем,ч тов способе определения температуры замедлителя нейтронов, заключающемся в том,что измеряют временную зависимость плотности потока, длительность О/2 импульсатепловых нейтронов внутри или на поверхности замедлителя, фиксируют момент времени т 1, когда плотность потока достигаетмаксимального значения, и судят о температуре замедлителя, дополнительноизмеряют площадь Я замедлителя и временнуюю зависимость сигнала детектора смононаправленной чувствительностью ктепловым нейтронам, распространяю, щимся с поверхности замедлителя в пределах апертурного угла Айна асстояниис Дсп/Яп)О/2 с 14 ПЯ/ЬЙ от поверхности замедлителя, где Япс - комптоновская длина волны нейтронов; Яо -средняя, длина волны тепловых нейтронов взамедлителе; с - скорость света, по временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе и переднегофронта сигнала детектора определяют момент времени Ь, в который сигнал детектора с мононаправленной чувствительностьпринимает максимальное значение, а о температуре замедлителя судят по интервалумежду моментами времени Ь и 11.Способ осуществляют в следующей последовательности.1. Измеряют площадь замедлителя Я.2. Детектором тепловых нейтронов,размещенным внутри иливблизи поверхности замедлителя, измеряют временную зависимость плотности потока и длительность (Э/2 импульса тепловых нейтронов, фиксируют момент времени т 1, в который плотность потока принимает максимальное значение. В стационарных полях излучения импульсы утечки тепловых нейтронов формируют модулятором.3. Одновременно детектором с моно- направленной чувствительностью, установленным на расстоянии=сяс/3 о)О/2 (е (4 пя/до от поверхности замедлителя, измеряют сигнал от тепловых нейтронов, распространяющихся с поверхности замедлителя впределах апертурного угла Ь Й. Здесь чо -наиболее вероятная скорость тепловых нейтронов в замедлителе.4. По временным зависимостям плотности потока тепловых нейтронов и сигнала детектора на переднем фронте строятаппроксимационную функцию и определяют момент времени тп 1, в который сигналдетектора с мононаправленной чувствительностью принимает максимальное значение.5, Вычисляют интервал между моментами времени тп 1 и г 1, по величине которогосудят о гемпературе Т замедлителя,Ниже изложен пример конкретного выполнения способа со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображенывременные зависимости сигналов детектора плотности потока тепловых нейтронов взамедлителе (1) и 1/ч-детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым40 нейтронам (2), установленного на расстоянииот поверхности замедлителя и ориентированного на замедлитель,При облучении замедлителя импульсов нейтронов плотность потока тепловых нейтронов бю(Епй т) с энергией Еп в интервале бЕп, распространяющихся с единицы поверхности замедлителя в телесном угле б Йв направлении Йв каждый момент времени т складывается из полностью термализованных тепловых и эпитепловых нейтрснов переходной области с энергией; меньшей кадмиевой границы Есд 0,4 эВ, Принимая, что энергетическое распределение полностью термализованных нейтронов описывается распределением Максвелла, бФ 1 ы,Еп, Й т) можно представить в видегде ось (г) - временная зависимость плот ности потока тепловых нейтронов; Т - температура замедлителя, 1 - постоянная Больцмана; Д(Ео/сТ) - фУнкциЯ пеРеходнойобласти, К- коэффициент замедления нейтронов.15Когда расстояние нейтронов воздухом между замедлителем и детектором незначительно, из этого выражения следует, что на расстоянииот поверхности замедлителя в каждый момент времени 1гплотность потока тепловых кейт онов бФ(чд, т) со скоростью ч = 2 Б/и в интервале Оч = ОЕп/т 2 й 1 Б аыходацих о поеерхно. сти замедлителя в апертурный угол дйв момент времени г в интервале б= (Оч )бч, описывается выражениемКв ( - т)/то 3 дЪ(г) й где йь - сечение взаимодействия ядер нейтроночувствительного материала в детекторе с тепловыми нейтронами; В - площадь отверстия коллиматора, отнесенная к площади поверхности чувствительного к тепловым нейтронам объема в отсутствие экрана из поглощающего тепловые нейтроны материала; Ъ (т- г)йо 1 - коэффициент самоэкранироаание детектора; 1 ер - . 1 Ы 2 Еер: Еер 0,1 э 8 - граничная энергия эпитеплоо 5 вых нейтронов в пе еходной области спектра; тсд =гп/2 Еса . Сигналы ф) и 2 т) детекторов при импульсном облучении показаны на чертеже и обозначены позициями 1 и 2 соответственно.Из последнего соотношения нетруднополучить, что сигал 2 т) 1 ч-детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам описывается по формулеДй То.1 т) = К а Фс 4 т) коэффициент преобраз еакции нейтроночувст а где К - , рости ания ско- ительного где Оо, Кьо - соответственно сечени имодействия ядер с нейтронами и ко х - техр - ЕпГЕТ) Н Ь (Ю) бф.(ч, 1, т) = 2 дъ(х) хс 2 ч/ ) 42/(т, )212 2 где гп - м о1 чо, ча= 21 тlйная скорО- сть полность тепловых нейтронов.При длительности вспышки нейтронов деления (Э/2 1 10 с, когда временная зависимость плотности потока тепловых нейтронов приблизительно подобна временным зависимостям плотности потока нейтронов Фсд(т) с энергиями ЕоЕс и мощности реактора, временную зависимость плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе, установленном вблизи поверхности активной зоны, удобно определять по показаниям детектора, размещенного в кадмиевом экране на расстоянии 4-6 м от поверхности замедлителя, Сигнал этого детектора 1 в каждый момент времени т связан с Фсс соотношением материала в электрический ток; оф - эффективное сечение взаимодействия ядер в детекторе с нейтронами,Сигнал детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам 2, размещенного на расстоян 1 иот поверхности замедлителя и ориентированного на этот замедлитель, в каждый момент времени т описывается по формуле= - -Яч сЪ(ч) хкдйхто/(т - Ю) 14 Ехр- т 3 о/(т - т)2 ) хфох ж (т - т)/то 1 уЪ(г) Ж+- з ехР- т 5/(1 - т)2циент самоэкранирования детектора при температуре тепловых нейтронов Т 0,Из этого соотношения видно, что максимальное значение сигнала т остигается в момент времени ь = 2/3 то, который можно определить аппроксимацией переднего фронта сигнала детектора с моно- направленной чувствительностью к тепловым нейтронам в интервале времени в-г 1/2/2 + Гер (1т 2/3 ев 0, В КотоРОМ Отсутствует вклад медленных тепловых нейтронов переходной области спектра и минимальное искажение формы сигнала за счет ослабления потока тепловых нейтронов воздухом между поверхностью замедлителя и детектором, с помощью функции видасф) = сХехр - 12/(с - т)2х( , )3х дЪ/срв(б) б,где С - коэффициент. При этом момент времени ц 1, в который плотность потока тепловых нейтронов в замедлителе достигает максимального значения, удобно принять за начало отсчета времени т,Очевидно, что только в случае слабого поглощения ( у ) при термализации ,нейтронов в замедлителе, например из водорода, графита, полиэтилена или метана, вкладом эпитепловых нейтронов переходной области спектра (Евр 1ЕйЕса) в показания детектора с мононаправленной чувствительностью можно пренебречь в каждый момент времени, Однако для искл ючения влияния эпитепловых нейтронов на положение максимума сигнала относительно момента времени Ъ пролета тепловых нейтронов со скоростями, равными 1/3/2 ч 0, детектор располагают на расстоянииЮ 2 чоО/2 = с (Яс/4) Хх г:"и/ага Пя/тай,величину которого выбираю с учетом эффективной площади 8 замедлителя в апертурном угле. Здесь Л, - комптоновская длина волны нейтрона; Л - средняя длина волны тепловых нейтронов в замедлителе; с -скорость света.Температура замедлителя вычисляют в ЭВМ по результатам измерений интервала времени Л ь = ь - т 1 = 1/2/3 то с помощьюсоотношенияТ= - "-Я2 к ЬПри размещении детектора с мононаправленной чувствительностью на расстоянии отлпт/лп) ттпп/2Г.уаПя/Лй от поверхности замедлителя и применении ЭВМ 1 ВМ РС/АТ быстродействия контрольно-измерительной системы вполне достаточно для получения результата в.интервале времени между соседними импульсами реактора И БРс частотой повторения вспышек мощности 5 Гц. Погрешность измерения по данному способу составляет около 100 и определяется, главным образом, удвоенной погрешностью измерения интервала време ни и отклонением сечения взаимодействиянейтроночуцствительного материала в детекторе от закона 1/ч,Формула изобретения25Способ определения температуры замедлителя нейтронов, заключающийся втом, что измеряют временную зависимостьплотности потока, длительность (Э/2 импуль 30 са тепловых нейтронов внутри или на поверхности замедлителя, фиксируют моментвремени т 1, в который плотность потокадостигает максимальное значение, и судят О температуре Т замедлителя, о т л и 35 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличенияточности, дополнительно измеряют площадьЯ замедлителя и временную зависимость сигнала детектора с мононаправленной чувствительностью к тепловым нейтронам,"0 распространяющимся с поверхности замедлнтелв в пределах апертурного угла Айнарасстоянии с;О/2- ,ду- от па-йпс, 4 П Яверхности замедлителя, где 4 с - компто 45 новская длина волны нейтрона; 4 -средняя длина волны тепловых нейтроновв замедлителе; с - скорость света, по временным зависимостям плотности потокатепловых нейтронов в замедлителе и переднего фронта сигнала детектора определяют момент времени Ь, в который сигналдетектора с мононаправлекной чувствительностью принимает максимальноезначение, а о температуре замедлителясудят по интервалу между моментами времени Ь и с 1,1783584 гу Составитель С.ЧукляевРедактор Г,Бельская Техред М.Моргентал . Корректор М.Ткач Заказ 4520 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 город, ул,Га оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. 1/Ь, оти,е