Устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов

ф г р Ц ЗОБР К АВТОРСКОМУ ЬЭ союз соектскихсоаьлистичкскихисгосиьюствкниокюткнтнвщомство ссср тоаи ислник(Я) УСТРОЙСТВО Д 33 Я РЕГИСТРАЦИИ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕ-.НИЯ ЙЕЙТРОН 06. плотности потока нейтронного излучения, аточнее к регистрации высших плотностейпотока нейтронов, Наиболее эффективноизобретение можетбыть использовано для 51 измерений временной зависимости плотности потока нейтронного излучения ядерныхреакторов (ЯР).ФИзвестен детектор прямого заряда(ДПЗ), Принцип: работы ДПЗ основан на переносе заряда фчастиц, возникающих прирмпаде активированных нейтронами ядервещества радиатора, на сигнальный электрод;Существенным недостатком ДПЗ является низкое временное разрешение,обусловленное постоянной распада акти. вированного вещества радиатора, и"Кьсокая величина сигнала .от у-излучения Кполе излучения ЯР с соотношением дозы 20от у-излучения и флюенса нейтронов 2,5 х.х 10" р,см н,Известно также устройство для регист. рации нейтронов, содержащее алюминиевь 1 й коллектор и .водородосодержащий 25радиатор с проводящим экранирующим покрытием из вещества с низким атомным номером, разделенные между собой.вакуумным промежутком.Устройство работает по принципу пере- ЗОноса заряда протонов отдачи, возникающихв поле излучения нейтронов в веществе ра- .диатора, на.коллекторНедостатком известной конструкцииявляется то, что при облучении водородосо- З 5держащее. вещество, разлагаясь, загазовывает вакуумный промежуток, Вследствиеэтого устройство должно постоянно вакуумироваться.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству являетсяустройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов,содержащее заключенный в металлическийкорпус коллектор. отделенный от корпуса 45двумя слоями диэлектрика, один из которыхвыполнен из водородосодержащего материала, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода.Детектор состоит из корпуса и коллек-. 50тора. выполненных в виде металлическихпластин, разделенных между собой двумяслоями диэлектрика, причем корпус иколлектор выполнены из низкоатомногометалла (например, алюминия), одинслой диэлектрика выполнен из водородосодержащего материала (например, полиэтилена), а другой - из материала, несодержащего атомов водорода (например,фторопласта) с эффективным атомным номером, не превышающим атомного номераматериала корпуса и коллектора,Детектор работает по принципу переноса протонов отдачи в водородосодержащемдиэлектрике.Существенным недостатком конструкции ДВР является накопление объемногозаряда в водородоводержащем диэлектрике вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом, возникающеевследствие переноса протонов отдачи, и вовсем объеме, диэлектрика (из-за ослабления .потока нейтронов в вещество рассеивател:я).Распределенный внутри водородосодержащегодиэлектрика обьемный заряд создает электрическое поле, которое наряду свысокой радиационной проводимостью диэлектрика приводит к "рассасыванию" объемного заряда, т,е, к возникновению токапроводимости диэлектрика. Ток проводимости, складываясь с током протонов отдачи,приводит к возникновению погрешностипри измерЕнии тока протонов отдачи в цепиколлектора. Величина тока проводимостизависит от предварительного флюенса и1 квантов (т,е, от величины напряженностиэлектрического поля внутри диэлектрика,создавшейся в данный момент времени) иот мощности дозы, создаваемой нейтронами и уквантами в,веществе рассеивателя вданный момент времени (т,е, от мгновенного значения проводимости диэлектрикфДействительно, в предположении постоянства радиационной проводимостидр по объему водородосодержащего рассеивателя уравнение для плоскости заряда вводородосодержащем рассеивателе имеетвидп(хд)+ о(хл) = р (хЛ), (1)ЕЕогдето(хл) - скорость образования объемного заряда в водородосодержащем диэлектрике;Я Е - диэлектрическая проницаемость водородосодержащего диэлектрика,Решение уравнения 1 для плотности потока нейтроновО, тОР(с) =1,т Ов начальном условии о(х,О) - цех)имеет вид+ цо(х) Ехр (-т Оо/Е Ео ); 5 10 15 20 25 30 50 ЕЕоО(хл) = -- . (1-ехр (-т оо/е ео ) е ео) ро(х)+ Ор где ро х - плотность распределения заряда в водородосодержащем диэлектрике, возникающая при переносе протонов единичным флюенсом нейтронов.При облучении ДВР с толщиной водородосодержащего рассеивателя О токв цепи коллектора, нормированный на единицу площади поверхности коллектора, равен Ор Х(1) = /(1 -- ) (ро(х) -ЕЕо о- со(х)бх ехр (-т ор/е е,),Величина сигнала ДВР (1) оказывается зависящей от времени с постоянной времени г= арlе ео и зависит от начального распределения заряда по объему диэлектрика, Это либо ограничивает диапазон измерений ДВР, либо обуславливает систематическую погрешность, зависящую от времени,Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерений ДВР.ФПоставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем заключенный в металличеокий корпус коллектор, отделенный от корпуса двумя слоями диэлектрика, один из которых выполнен из водородосодержащего материала, а другой - из материала, не содержащего атомов водорода. коллектор выполнен из водородсодержащего материала толщиной не менее средневзвешенной проекции пробега протонов отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала с низким атомным номером толщиной, не превосходящей средневзвешенную проекцию длины пробега протонов отдачи в веществе экранир 1 тющей пленки на направление расп ространения нейтроное.Такое конструктивное выполнение детектора плотности потока направленного излучения нейтронов обеспечивает расширение диапазона и точности измерений временной зависимости плотности потока нейтронов при сохранении простой технологии сборки и эксплуатации детектора за счет экранирования влияния значительной части объемного заряда, возникающего е водородосодержащем диэлектрике вблизи границы раздела с неводородосодержащим веществом при переносе протонов отдачи е еодородосодержащем диэлектрике, на ве личину тока проводимости е цепи коллек"ора, Обьемный зартяд, возникающий е водородосодержащем рассеивателе. расположенном между коллектором и корпуса.м вблизи границ.ы раздела с нееодородосодержащим веществом экранирующей пленки коллектора, в значительной степени компенсируется зарядом протонов отдачи. перенесенных из водородосодержащего материала коллектора через экранирующую пленку, При этом объемный заряд водородосодержащего материала коллектора при "рассеивании" не приводит к влиянию тока проводимости диэлЕктрика на величину тока протонов отдачи в цепи коллектора, поскольку проводящая пленка, окружающая диэлектрик. образует короткозамкнутую внутреннюю цепь,На фиг.1 изображена осциллограмма сигналаДВР, когда ток проводимости полиэтиленового. диэлектрика превышает ток протонов отдачи при регистрации временной зависимости плотности потока, т.е,Ро(х) - цо(х)0; на фиг.2 - общий вид детектора.Детектор плотности потока направленного излучения нейтронов состоит из коллектора, выполненного е виде пластины из водородосодвржащего материала 1 (например полиэтилена), окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала 2 с низким атомным номером (например, алюминия). Коллектор отделен 35 от металлического корпуса 3 двумя слоями диэлектрика, один иэ которых выполнен из водородосодержащего материала 4, а другой - из материала 5, не Ждержащего атомов водорода. (например, фторопласта), с эффективным атомным номером, не превосходящим атомного номера материала корпуса и экранирующей пленки,Устройство работает следующим образом, При облучении нейтронами со стороны неводородосодержа щего диэлектрика и роисходит перенос заряда протонов отдачи в направлении распространения нейтронов е диэлектрике 4. Объемный заряд, возникающий при этом в диэлектрике 4 вблизи границы раздела с неводородосодержащей экранирующей пленкой 2 вследствие переноса протонов отдачи вещества диэлектрика 4, компенсируется зарядом протонов отдачи, возникающих в во,"городосодержащем материале 5 и перенесенных через проводящую экранирующую,пленку 2. Для лучшей компенсации толщина водоро,чпсодержащего диэлектрика 1 выбирает ., не менее средневзвешенной проекции л цниисвободного пробега протонов отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике нанаправление распространения нейтронов,а толщина зкранирующей проводящейпленки 2 не более средневзвешенной протекции пробега протонов отдачи в веществеэкранирующей пленки на направление распространения нейтронов.Щля распределения нейтронов по энергиям на ИЯР ивеществ полиэтилена и алюминия толщинысоответственно0,1-0,4 мм и2 10 мм),-2Заряд, протекший в цепи коллектора завремя флюенса нейтронов, в основном определяется зарядом, равным зарядудиэлектрика 1, возникающему при переносепротонов через экранирующую пленку 2 вводородосодержащий диэлектрик 4. Приэтом ток проводимости диэлектрика 1; со-с.гласно закону непрерывности тока. не вносит вклада в заряд, протекший в цепиколлектора,Толщина диэлектрика 4 выбирается изсоображений электрической емкости детектора.Формула иэобретейияУСТРОЙСТВО ДЛЯ . РЕГИСТРАЦИИ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НЕЙТРОНОВ, содержащее заключенный в металлический корпус коллектор, отделенный от корпуса двумя слоями диэлектрикаодин из которых выполнен из водородосодержащего материала. а другой - из материала, не содержащего атомов водорода, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерения, коллектор Предложенное устройство для регистрации плотности потока направленного излучения нейтронов по сравнению с наилучшими образцами аналогичног обо рудования позволяет расширить диапазонизмерений, ограниченный главным образом флюенсом нейтронов приблизительно в 10 раэ, сохранив при этом сравнительно простую технологию изготовления двтектора.10 Устройство позволяет также увеличитьточность измерений временной зависимости плотности потока нейтронов.Выполнение устройства для регистрации плотности потока направленного иэлу чения нейтронов описанным образомобеспечивает удовлетворительную точность показаний детектора вблизи активной эоны ИЯР во временном интервале, соответствующем 95 флюенса нейтронов,20 (56) А.И. Абрамов и др. Основы экспериментальных методов ядерной физики.М.: Атомиздат. 1977, с. 507.Авторское свидетельство СССР й713293, кл, 6 01 Т 3/00, 1979.25 выполнен из водородосодвржащего диэлектрика толщиной не менее средневзвешенной проекции пробега протонов 30 отдачи в данном водородосодержащем диэлектрике на направление распространения нейтронов, окруженного со всех сторон проводящей экранирующей пленкой из материала с низким атомным номе ром толщиной, не превосходящейсредневзвешенную проекцию длины пробега протонов отдачи в веществе экранирующей пленки нанаправление распространения нейтронов,40.Юс ЦОВЭ Корректо актор М. Тираж НПО "Поиск" Роспатента35. Москва, Ж, Рауиская на аказ 3