Способ проверки работоспособности контрольно-измерительных трактов нейтронных приборов

 

Изобретение относится к методам контроля работоспособности нейтронных приборов и может быть использовано в атомной энергетике. Целью изобретения является повышение достоверности проверки. Способ основан на измерении и сравнении частот импульсов, возникающих в детекторе при ионизации газа детектора продуктами ядерных реакций, которые образуются при взаимодействии нейтронов, попадающих в объем детектора с ядерными веществами наполнителя детектора нейтронов, длины пробегов которых укладываются в объеме детектора в определенном диапазоне. Измерение частот импульсов проводят при неизменном положении детектора и источника нейтронов относительно анализируемой среды. Изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре, работающей в практических условиях при отсутствии просчетов и наложений импульсов, т. е. при условии, когда временное разрешение счетчика нейтронов и аппаратуры по крайней мере на порядок превышает скважность возникающих импульсов. Применение способа позволяет получать одинаковые для разных концентраций определяемого элемента соотношение контрольного и рабочего сигналов, а по величине соотношения можно судить о работе анализатора, позволяет получать контрольный сигнал, значение которого пропорционально рабочему сигналу, позволяет исключить изменение положения системы детектор-источник относительно измеряемой среды. 1 табл.

Изобретение относится к способам проверки работоспособности контрольно-измерительных трактов нейтронных приборов, например нейтронно-абсорбционных анализаторов, приборов контролирующих измерение интенсивности нейтронных потоков и др. и может быть использовано в химической, металлургической промышленности и в атомной энергетике. Целью изобретения является упрощение процесса проверки и повышение достоверности контроля проверки роботоспособности. Сущность изобретения заключается в том, что перед регистрацией контрольного сигнала изменяют один из параметров, определяющих режим работы (давление газа детектора и др.) таким образом, чтобы регистрируемый контрольный сигнал соответствовал распределению длин пробегов продуктов ядерных реакций, укладывающихся в объеме детектора в пределах от K₁λ до K₂λ, где значение K₁, K₂ лежат в пределах от 0 до 1 и K₁≠K₂, λ полная длина пробега ионизирующих частиц в веществе наполнителе детектора. Контрольный сигнал регистрируют при неизменном положении детектора источника относительно измеряемой среды, измеряют отношение рабочего сигнала к контрольному и по величине отношения судят о работоспособности измерительного тракта. Предлагаемый способ проверки работоспособности контрольно-измерительных трактов нейтронных приборов реализуется следующим образом. Медленные нейтроны попадают в объем детектора нейтронов. В результате взаимодействия тепловых нейтронов с ядрами вещества-наполнителя детектора происходит ядерная реакция где A массовое число вещества-наполнителя детектора; z номер элемента вещества-наполнителя детектора; n₀ нейтрон; X исходные ядра элементов вещества-наполнителя детектора; x испускаемая частица; a масса частицы; з заряд частицы; Y ядро элемента, образуемого в результате ядерной реакции;
Q энергия реакций. Образовавшиеся в результате ядерной реакции заряженные частицы ионизируют газ детектора во время движения частиц в объеме детектора. При этом амплитуда импульсов, возникающих в результате ионизации газа детектора, зависит от энергии, передаваемой продуктами ядерной реакции на ионизацию газа детектора. Так как длины пробегов частиц, образовавшихся в детекторе нейтронов в результате ядерных реакций, соразмерены с диаметром детектора, то в зависимости от того, на каком расстоянии от стенок детектора происходит взаимодействие нейтронов с ядром вещества-наполнителя и на какой угол α разлетаются образовавшиеся частицы (указанный угол a образован радиусом, проходящим через точку взаимодействия нейтронов с ядром вещества-наполнителя и траекторией образовавшихся частиц), длины пробегов образующихся частиц будут укладываться в объеме детектора полностью или частично и, следовательно, энергия, передаваемая на ионизацию газа детектора, а значит и амплитуды образующихся импульсов, лежат в пределах от нуля до максимальной. Пусть в объем детектора радиус которого r>λ, попадает N медленных нейтронов. Если взаимодействие нейтронов с ядрами вещества-наполнителя детектора происходит в области детектора с радиусом r-λ, то образующиеся продукты ядерных реакций отдают свою энергию на ионизацию газа полностью, так как их длины пробегов полностью укладываются в объеме счетчика. Если же взаимодействие нейтронов с ядрами вещества-наполнителя детектора происходит вне этой оболочки, то образующиеся частицы в зависимости от угла их разлета имеют длины пробегов, которые или полностью укладываются в объеме счетчика или частично. В последнем случае на ионизацию передается часть энергии частицы. Изменяя параметры, определяющие режим работы нейтрон тракта можно выделить частицы, длины пробегов которых укладываются в объеме счетчика в разных пределах от K₁λ до K₂λ и от K₃λ до K₄λ, где значения K₁.K₄ лежат в пределах от 0 до 1. Отношение числа, зарегистрированных анализаторов импульсов, обусловленных частицами, длины пробегов которых укладываются в пределах от K₁λ до K₂λ к количеству импульсов, обусловленных частицами, длины пробегов которых укладываются в пределах от K₃ до K₄ постоянно и не зависит от характеристик внешней среды, при постоянной геометрии измерения, но зависит только от параметров, характеризующих режим работы контрольно-измерительного тракта прибора. Действительно, значение ядерной энергии реакция Q при взаимодействии тепловых нейтронов с ядрами вещества-наполнителя детектора имеет порядок нескольких сотен электрон-вольт. Таким образом, чтобы величина пробега заряженных частиц заметно изменилась, энергия нейтронов, попадающих в объем счетчика, должна быть соизмеримой с энергией Q, т.е. сотни килоэлектрон-вольт, но при этом вероятность ядерной реакции в объеме счетчика становится незначительной, поскольку сечение поглощения для нейтронов с энергией в несколько сот килоэлектроно-вольт в десятки тысяч раз меньше, чем для тепловых нейтронов. Например, при концентрации среды C₁ в объем детектора попадает N/C₁ нейтронов, которые при значениях параметров (P₁, U₁, K₁, U_g1 и др.), определяющих режим работы нейтронного тракта, приводят к регистрации β₁N/C₁ импульсов, обусловленных частицами, длины пробегов которых укладываются в объеме детектора от K₁λ до K₂λ. Изменяя один из перечисленных выше параметров до определенного, заранее заданного значения, регистрируют β₂N/C₁ импульсов, обусловленных частицами, длины пробегов которых укладываются в пределах от K₃λ до K₄λ (β₁ и β₂ постоянная детектора). Величина контрольного отношения равна β₁/β₂. При концентрации C₂ количественно нейтронов, попавших в объем, равно N/C₂ (обратно пропорциональна концентрации), т.е. число нейтронов попадающих в объем детектора изменится, но распределение образующихся частиц в зависимости от их длин пробегов, укладывающихся в объеме детектора, сохранится, а число регистрируемых импульсов, обусловленных частицами, длины пробегов которых укладываются в пределах от K₁λ до K₂λ, равно β₁ N/C₂. Число регистрируемых импульсов, обусловленных частицами, длины пробегов которых укладываются в объеме детектора от K₃λ до K₄λ, равно β₂N/C₂, отношение этих величин также равно β₁/β₂. Так как длина пробега заряженных частиц пропорциональна напряженности поля и обратно пропорциональна давлению газа детектора, то изменение высокого напряжения или коэффициента газового усиления детектора приводит к изменению длины пробега заряженной частицы, следовательно, к изменению величины контрольного отношения. Изменение коэффициента усиления усилителя импульсов и уровня дискриминации амплитуды импульсов также вызывает изменение величины контрольного отношения, поскольку изменение этих параметров вызывает изменение амплитудного отношения распределения импульсов, обусловленных заряженными частицами, длины пробегов которых укладываются в объеме детектора в определенном диапазоне. Следовательно, уход значений параметров от установленных значений вызывает изменение величины контрольного отношения. Предлагаемый способ может использоваться в контрольно-измерительной аппаратуре, работающей в практических условиях при отсутствии просчетов и наложений импульсов, т.е. при условии, когда временное разрешение счетчика нейтронов и аппаратуры по крайней мере на порядок превышает скважность возникающих импульсов. В качестве примера экспериментально проведена проверка способа контроля высокого напряжения детектора и его соответствия рабочему режиму. Для этого при проверенных режимах, соответствующих рабочим параметрам, одним и тем же детектором нейтронов при его неизменном положении относительно источника и анализируемой среды поочередно измеряют рабочие сигналы частоты импульсов при концентрации анализируемого раствора 0,5, 10, 25 г/л, обусловленных заряженными частицами, длины пробегов которых укладываются в объеме счетчика от 0,3λ до l и от 0,6λ до l и определяют отношение частот. Затем аналогичные измерения частот и определение их отношения проводят при измененных значениях (отличных от условий, соответствующих рабочим параметрам установки) высокого напряжения детектора. Данные сведены в таблицу. Из таблицы видно, что при изменении высокого напряжения на 50 В, что приводит к нарушению работоспособности прибора, контрольное отношение одного из параметров изменяется примерно на 7,4% что позволяет судить об отклонении одного из параметров (в данном случае высокого напряжения) анализатора от его рабочего режима. Аналогичные эксперименты проведены для проверки других параметров (коэффициент газового усиления детектора, коэффициент усиления усилителя импульсов, уровня дискриминации амплитуды импульсов и т.п.) контрольно-измерительных трактов нейтронных приборов на соответствие их рабочим режимам. Так как изменение частот в рабочем и контрольном режимах проводится одним и тем же детектором при неизменном его положении относительно анализируемой среды и источника нейтронов, то повышается достоверность контроля. Кроме того, отпадает необходимость в перемещении детектора и источника нейтронов из среды с анализируемой жидкостью в контрольную, что упрощает процесс контроля. Применение предлагаемого способа контроля работоспособности позволяет получать одинаковое для разных концентраций определяемого элемента соотношение контрольного и рабочего сигналов, а по величине соотношения можно судить о работе анализатора. Предлагаемый способ позволяет получать контрольный сигнал, значение которого пропорционально рабочему сигналу, позволяет исключить изменение положения системы детектор-источник относительно измеряемой среды. Только для нейтронных концентратомеров бора, предназначенных для контроля теплоносителя ядерных реакторов типа ВВЭР, на АЭС устраняются механизмы перемещения, экранирования контрольных камер с эталонным содержанием вещества и механизмы перемещения блока источника и детектора нейтронов. В таблице показаны данные экспериментальной проверки.

Формула изобретения

Способ проверки работоспособности контрольно-измерительных трактов нейтронных приборов путем регистрации и сравнения рабочего и контрольного сигналов, возникающих при ионизации газа детектора продуктами ядерных реакций, образующимися в результате взаимодействия нейтронов, попадающих в объем детектора, с ядрами вещества наполнителя детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности проверки работоспособности, изменяют один или несколько параметров, определяющих рабочий режим работы, таким образом, чтобы контрольный сигнал соответствовал распределению длин пробегов продуктов ядерных реакций, укладывающихся в объеме детектора в пределах K₁λ-K₂λ, где значения К₁ ≠ К₂ лежат в пределах от 0 до 1 и K₁≠K₂, λ полная длина пробега ионизирующих частиц в веществе наполнителе детектора, причем области распределения длин пробегов в контрольном и рабочем режимах отличны, регистрируют рабочий и контрольный сигналы при неизменном положении детектора и источника нейтронов относительно измеряемой среды, определяют отношение рабочего сигнала к контрольному и по величине отношения судят о работоспособности контрольно-измерительного тракта.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.01.1997

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2001

Извещение опубликовано: 20.03.2001        

---