Детектор нейтронов

 

Изобретение относится к метрологии нейтрального излучения и может быть использовано при измерениях нейтронных потоков и энерговыделения в ядерных реакторах. Цель изобретения - повышение точности измерений. Детектор нейтронов содержит резистивный элемент в виде таблетки из делящегося материала с низкой теплопроводностью и большим удельным электросопротивлением. Элемент окружен двумя компенсаторами, выполненными из того же материала и имеющими тот же диаметр, что и резистивный элемент. Компенсаторы заключены в электропроводящую оболочку. Вся сборка помещена в изолирующую втулку и в корпус. Электроды размещены на торцах сборки и соединены с измерительной системой. Под действием излучения элемент нагревается и изменяется его электросопротивление, которое измеряется. 2 ил.

Изобретение относится к области метрологии нейтронного излучения, а более конкретно к области измерения нейтронных потоков и энерговыделения в делящихся материалах. Целью изобретения является повышение точности измерений детектором. Устройство снабжено компенсаторами, заключенными каждый в свою оболочку, резистивный элемент установлен между компенсаторами и все вместе они расположены внутри изолирующей втулки, при этом электроды расположены на торцах резистивного элемента, выполненного как и компенсаторы в виде таблеток одного диаметра из материала с низкой теплопроводностью и большим удельным сопротивлением, например керамики. На фиг. 1 приведен детектор в разрезе; на фиг. 2 рабочий сигнал детектора и ФЭУ. Детектор содержит резистивный элемент 1 с электродами 2, расположенный между компенсаторами 3, каждый из которых заключен в оболочку 4, являющуюся токопроводящим электродом. Резистивный элемент 1 и компенсаторы 3 установлены во втулку 05, изолирующую боковую поверхность резистивного элемента 1 от токопроводящего корпуса, являющегося одним из электродов, и вытесняет воздух в пространстве между электродами 6 и 7, с помощью которых детектор электрически присоединен к схеме измерений. Детектор работает следующим образом. В процессе импульсного нейтронного облучения происходит выделение тепла внутри резистивного элемента 1 и компенсатора 3 за счет поглощения кинетической энергии осколков деления, в результате чего изменяется электросопротивление резистивного элемента 1, регистрируемое измерительной схемой, по степени изменения которого судят об интенсивности и величине флюенса нейтронов или об энерговыделении в исследуемом делящемся материале. Снижение теплопередачи обеспечивается изготовлением резистивного элемента из материала с низкой теплопроводностью (например, керамики) в виде таблетки, у которой уменьшается отношение поверхности к объему S/d, что резко уменьшает потери на излучение боковой поверхностью, а также введением компенсаторов, снижающих потери тепла резистивного элемента на нагрев электродов и исключающих передачу тепла изолирующим элементом на время измерений. Кроме снижения тепловых потерь, для повышения точности измерений важно, что используется материал с высоким удельным сопротивлением, способствующий уменьшению габаритно-весовых характеристик детектора, и высоким температурным коэффициентом сопротивления, повышающим чувствительность детекторов, а также то, что вытесняется воздух из межэлектродного промежутка и тем самым снижаются радиационные наводки. Исключение необходимости абсолютной герметизации и вакуумирования рабочего объема заменяет сложную технологию простой сборкой детектора, а уменьшение габаритов обеспечивает точечную геометрию измерений, что повышает точность измерений поля излучения. Пример. Резистивный элемент 1 и компенсаторы 3 изготовлены в виде таблеток из окислов делящихся металлов, в частности урана, размерами 5х5 мм, торцы которых покрыты золотом. Компенсаторы 3 обернуты золотой фольгой, что обеспечивает электрический контакт между резистивным элементом и подводящими контактами, с помощью которых детектор присоединен к схеме измерений. В условиях экспериментов энерговыделение в таблетках обеспечивало бы увеличение температуры от комнатной до 100^oC, по которой вычислялся флюенс нейтронов в любой момент времени. Опробование показало, что с помощью такого детектора регистрируется импульс нейтронов (фиг. 2, кривая 8), в течение времени более 1 с без заметного искажения сигнала, зарегистрированного сцинтилляционным детектором (фиг. 2 кривая 9). Видно, что формы сигналов, полученные детекторами двух типов, в пределах погрешностей совпадают, а спад амплитуды сигнала, полученного детектором нейтронного потока (фиг. 2, кривая 8), не превышает толщины линии сигнала за время приблизительно 1 с. Температура образцов их делящихся элементов, измеряемая термопарами типа хромель копель, в пределах погрешностей 4 5% совпадают с температурой, рассчитанной по энерговыделению детектора. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет снизить тепловые потери, увеличить чувствительность за счет повышения температурного коэффициента и собственно электросопротивления резистивного элемента и, следовательно, повысить точность измерения изменения электросопротивления точности в соответствии между измеренным и поглощенным количеством тепла. Кроме того, предложенная конструкция позволяет значительно уменьшить габаритно-массовые характеристики детектора, обеспечивая тем самым одну из наиболее важных характеристик точечную геометрию измерения поля излучения реактора, и упростить технологию сборки детекторов.

Формула изобретения

Детектор нейтронов, включающий корпус, резистивный элемент, способный к делению и присоединенный к измерительной цепи при помощи электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя компенсаторами, заключенными каждый в свою электропроводящую оболочку, и изолирующей втулкой, в которой размещены компенсаторы и резистивный элемент, причем последний расположен между компенсаторами, электроды размещены на его торцовых поверхностях, при этом резистивный элемент и компенсаторы выполнены в виде таблеток одного диаметра из керамики.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2