Эмиссионный детектор для измерения характеристик нейтронного и -излучений
Область использования: система управления ядерным реактором. Сущность: детектор состоит из эмиттера из электроизоляционного материала - двуокиси металла, испускающего под действием нейтронов мгновенные гамма-кванты, а затем комптоговские электроны, оболочки эмиттера, коллектора. Оболочка эмиттера и коллектор разделены изолятором. В эмиттер введена центральная жила, выполненная из металла с омическим сопротивлением меньше оммического сопротивления электроизоляционного материала. Жила соединена одним концом с оболочкой эмиттера, а другим с центральной жилой кабельной трассы. Жила снабжена клеммой для подключения измерительной аппаратуры. В кабельной трассе вокруг центральной жилы устанавливается внутренняя оболочка, отделенная от жилы изоляционным материалом, соединенная на одном конце с оболочкой эмиттера, а на другом с клеммой для подключения измерительной аппаратуры. Кабельная трасса имеет также внешнюю оболочку, соединенную с коллектором и снабженную клеммой. Таким образом в детекторе образована диагностическая цепь, позволяющая увеличить число элементов, охваченных диагностикой и повысить точность диагностики. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к атомной технике, а именно к системам управления ядерными реакторами. Известен эмиссионный детектор для измерения характеристик нейтронного и гамма-излучения, используемый в системах управления ядерного реактора. Этот детектор состоит из нейтронно-чувствительной части и кабельной трассы. Нейтронно-чувствительная часть представляет собой эмиттер в виде порошка, заключенного в электроизолирующую трубку, которая помещена в металлическую оболочку-коллектор. Для передачи сигнала детектора во внешнюю схему используется электропроводящая жила, проходящая через порошковый материал эмиттера и соединяющаяся с центральной жилой коаксиальной кабельной трассы, наружная оболочка которой соединена с коллектором. Недостатком такого детектора является низкая надежность, обусловленная невозможностью диагностики чувствительной части детектора, поскольку она включает электроизолирующие элементы, и это может привести к получению неправильных данных о работе реактора. Невозможность диагностики детектора объясняется тем, что любая диагностика основана на анализе диагностического сигнала, пропускаемого через диагностируемый элемент, а в данном случае нет никакой возможности ввести этот сигнал в чувствительную часть детектора. Наиболее близок к изобретению детектор, содержащий нейтронно-чувствительную часть, имеющую две коаксиально расположенные оболочки, выполненные из одного металла и отделенные друг от друга электроизолирующим слоем, при этом внутренняя оболочка заполнена диэлектрическим порошком, испускающим вместе с оболочкой при облучении комптоновские электроны, и кабельную трассу, имеющую разделенные электроизолирующим слоем наружную оболочку, соединенную с наружной оболочкой чувствительной части, и центральную жилу, электрически соединенную с внутренней оболочкой чувствительной части, причем оболочка и жила имеют клеммы для подключения измерительной аппаратуры. Поскольку центральная жила кабельной трассы соединена с внутренней оболочкой чувствительной части, а оболочка кабельной, трассы выполнена из металла, появляется возможность диагностирования датчика с помощью измерения сопротивления изоляции, определения емкости. Однако такая диагностика имеет невысокую точность, не обеспечивает выявления всех неисправностей детектора, особенно в нейтронно-чувствительной части. Кроме того, эта диагностика очень сложна и может приводить к нарушению работы реактора, поэтому ее нельзя проводить на работающем реакторе. Все это ухудшает характеристики детектора и снижает его надежность. Целью изобретения является повышение надежности эмиссионного детектора при одновременном улучшении его эксплуатационных характеристик за счет увеличения количества элементов детектора, охваченных диагностикой, и повышения точности диагностирования, упрощения диагностирования и независимости диагностирования от режима работы детектора. Поставленная цель достигается тем, что в эмиссионном детекторе для измерения характеристик нейтронного и гамма-излучения, содержащем нейтронно-чувствительную часть, имеющую две коаксиально расположенные оболочки, выполненные из одного металла и отделенные друг от друга электроизоляционным материалом, внутренняя из которых заполнена диэлектрическим порошком, испускающим вместе с оболочкой при облучении комптоновские электроны, кабельную трассу, центральная жила которой, электрически соединенная с внутренней оболочкой чувствительной части, и оболочка, изолированная от центральной жилы и соединенная с наружной оболочкой чувствительной части, снабжены клеммами для подключения измерительной аппаратуры, во внутренней оболочке нейтронно-чувствительной части установлена центральная жила, выполненная из металла с омическим сопротивлением меньше омического сопротивления диэлектрического порошка, соединенная одним концом с внутренней оболочкой чувствительной части, а другим с центральной жилой кабельной трассы, внутри которой установлена оболочка, расположенная вокруг жилы, отделенная от нее и оболочки кабельной трассы изоляционным материалом, соединенная на одном конце с внутренней оболочкой чувствительной части, а на другом с клеммой для подключения измерительной аппаратуры. Целью изобретения является также повышение точности диагностики эмиссионного детектора путем изменения характеристик участка диагностической цепи детектора, что облегчает выявление неисправности в чувствительной части. Для достижения этой цели центральная жила эмиттера выполнена из металла с более высоким омическим сопротивлением, чем у металла центральной жилы кабельной трассы. Указанная цель может также достигаться за счет локального изменения характеристик диагностической цепи в чувствительной части детектора путем соединения центральной жилы эмиттера с внутренней оболочкой эмиттера через резистор. Целью изобретения является также повышение надежности предварительной диагностики детектора за счет обеспечения возможности определения изменения сопротивления диагностической цепи. Для достижения этой цели в эмиссионном детекторе для измерения характеристик нейтронного и гамма-излучения в состав измерительной аппаратуры дополнительно введены таймер проверки, источник калиброванного напряжения, усилитель дифференциальный и компаратор с логической схемой, причем клемма внутренней оболочки кабельной трассы через таймер проверки соединена с источником калиброванного напряжения, клемма центральной жилы кабельной трассы соединена через усилитель дифференциальный и компаратор с логической схемой, при этом компаратор соединен, кроме того, с задатчиком номинального сопротивления и таймером проверки. Также целью изобретения является повышение надежности диагностики подключенного к измерительному каналу детектора при отсутствии нейтронного и гамма-излучения за счет обеспечения возможности определения изменения тока в диагностической цепи. Эта цель достигается тем, что в эмиссионном детекторе для измерения характеристик нейтронного и гамма-излучения дополнительно введены таймер проверки, генератор тестового сигнала, преобразователь сигнала детектора с триггерами предупредительной и аварийной сигнализации, причем клемма внутренней оболочки кабельной трассы через таймер проверки соединена с генератором тестового сигнала, а клемма центральной жилы кабельной трассы соединена через преобразователь сигнала детектора с триггерами предупредительной и аварийной сигнализации, которые соединены с логической схемой, соединенной, кроме того, с таймером проверки. На фиг. 1 показан эмиссионный детектор, вариант с центральной жилой эмиттера, выполненной из металла с высоким омическим сопротивлением; на фиг. 2 эмиссионный детектор с дополнительным резистором; на фиг. 3 эмиссионный детектор с элементами, обеспечивающими диагностирование по сопротивлению изоляции; на фиг. 4 эмиссионный детектор с элементами, обеспечивающими диагностирование тестовым сигналом постоянного тока; на фиг. 5 изображен эмиссионный детектор с элементами, обеспечивающими диагностирование импульсным сигналом. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 детектор, 2 оболочка эмиттера, 3 оболочка коллектора, 4 окись металла, испускающего комптоновские электроны, 5 центральная жила эмиттера, 6 изоляция, 7 центральная жила кабельной трассы, 8 внутренняя оболочка кабельной трассы, 9 наружная оболочка кабельной трассы, 10 сигнальная клемма, 11 -проверочная клемма, 13 земляная клемма, 13 омическое сопротивление в виде резистора, 14 таймер проверки, 15 источник калиброванного напряжения, 16 компаратор, 17 усилитель дифференциальный, 18 задатчик номинального сопротивления, 19 логическая схема, 20 генератор тестового сигнала, 21 преобразователь сигнала детектора, 22 триггер предупредительной сигнализации, 23 триггер аварийной сигнализации, 24 генератор переменного напряжения. 25 фильтр, 26 устройство сигнализации. Детектор работает следующим образом (фиг. 1). При измерении плотности потока нейтронов происходит радиационный захват атома гадолиния или гафния эмиттера 4 и происходит реакция (n-гамма) с мгновенным испусканием гамма-квантов. При взаимодействии этих гамма-квантов или внешнего регистрируемого гамма-излучения с материалом эмиттера 4, оболочкой эмиттера 2, или центральной жилой 5 образуются в реакции (гамма-е) комптоновские электроны и (или) фотоэлектроны высоких энергий, большая часть которых достигает оболочки коллектора 3. В результате переноса электронов с оболочки эмиттера 2 на оболочку коллектора 3 эмиттер оказывается положительно заряженным по отношению к коллектору и в цепи между сигнальной клеммой 10 и земляной клеммой 12 возникает ток, величина которого пpопоpциональна плотности потока нейтронов и (или) интенсивности внешнего гамма-излучения. При проведении диагностики устройства используется диагностическая цепь, образованная между сигнальной клеммой 10 и проверочной клеммой 11, имеющая как бы две "колеи" для диагностического сигнала, одна это внутренние жилы кабельной трассы 7 и эмиттера 5, другая внутренняя оболочка кабельной трассы 8 и оболочка эмиттера 2. Диагностический сигнал с проверочной клеммой 11 проходит по внутренней оболочке 8 кабельной трассы, оболочке 2 эмиттера, резистору 13, центральной жиле эмиттера 5 и центральной жиле кабельной трассы 7 к сигнальной клемме 10 и затем анализируется. Анализ основан на определении величины изменения диагностического сигнала, которая и определяет исправность детектора. При исправном детекторе изменение величины диагностического сигнала должно соответствовать допустимому, с учетом технологических допусков и точности измерения, изменению сопротивления диагностической цепи. Если же диагностический сигнал изменился больше или меньше, то детектор неисправен. В детекторе возможны неисправности двух видов обрыв и короткое замыкание. Поскольку диагностический сигнал переходит с внутренней "колеи" на наружную в точке, расположенной в конце чувствительной части, то любой обрыв будет тут же обнаружен. Будет обнаружено, по изменению величины диагностического сигнала, и короткое замыкание, если оно произойдет на кабельной трассе, или в эмиттере, но ближе к кабельной трассе. При этом следует иметь в виде что само короткое замыкание в диагностической цепи не приводит к выходу детектора из строя, только в сочетании с обрывом оно опасно. Так как браковочным признаком является изменение величины диагностического сигнала, то диагностическая цепь обеспечит выявление всех неисправностей детектора. При выполнении диагностики в условиях отсутствия нейтронного и гамма-излучения и штатной измерительной аппаратуры детектор работает следующим образом. При диагностике таймер 14 проверки (фиг. 3) с заданной частотой подает на проверочную клемму 11 напряжение от источника калиброванного напряжения 15 и, с некоторым запаздыванием, подключает сдвоенный компаратор 16 к логической схеме 19. Пройдя по диагностической цепи, это напряжение поступает на вход дифференцирующего усилителя 17, там усиливается и в компараторе 16 сравнивается с сигналом задатчика номинального сопротивления 18. Если эти сигналы отличаются, то компаратор 16 выдает сигнал в логическую схему 19. Логическая схема 19, собранная на элементах типа К155, при наличии сигналов от таймера проверки 14 и компаратора 16 формирует сигнал о неисправности детектора. Таймер проверки 14 представляет собой собранное на одновибраторе микросхеме типа К155 реле времени, коммутирующее выходные цепи источника 15 калиброванного напряжения и компаратора 16. На тех стадиях жизненного цикла детектора, когда он не подключен к измерительному каналу, диагностика по сопротивлению диагностической цепи является наиболее надежной и простой. В том случае, когда чувствительная часть детектора установлена в реактор и подключена через кабельную трассу к штатному измерительному каналу, но нейтронное и гамма излучение отсутствует, устройство работает следующим образом. Таймер проверки 14 подключает при диагностике к проверочной клемме 11 генератор 20 тестового сигнала (фиг. 4) и по диагностической цепи начинает течь ток, который преобразователем сигнала детектора 21 преобразуется в напряжение, поступающее на триггер 22 предупредительной сигнализации и триггер 23 аварийной сигнализации. Величина тестового сигнала выбрана таким образом, чтобы при номинальном сопротивлении диагностической цепи ток, протекающий между клеммами 11 и 10, был выше тока уставки триггера предупредительной сигнализации 22, но ниже тока уставки триггера 23 аварийной сигнализации. При исправности детектора срабатывает триггер 22 предупредительной сигнализации. Появление в логической схеме 19 сигнала этого триггера через заданное время после появления сигнала от таймера проверки 14 свидетельствует об исправности детектора и измерительного канала. Если же сигнал от триггера предупредительной сигнализации 22 не появился, или одновременно с ним появился сигнал от триггера 23 аварийной сигнализации, то это свидетельствует о неисправности детектора. Генератор 20 тестового сигнала может быть выполнен по такой же схеме, что и источник 15 калиброванного напряжения. Эта диагностика может осуществляться в период предпусковой подготовки и на выведенном в резерв измерительном канале (на работающем реакторе). Ценным свойством такой диагностики является то, что она одновременно с детектором проверяет штатную аппаратуру. Еще одним вариантом диагностирования может быть применение импульсного сигнала. Детектор, реализующий такой метод диагностики, работает следующим образом. Сформированный генератором 24 переменного напряжения (фиг. 5) импульсный тестовый сигнал проходит по диагностической цепи, затем попадает в фильтр 25, где отделяется от постоянной составляющей, которая представляет собой полезный сигнал детектора, и попадает в устройство сигнализации 26, которое вырабатывает сигнал неисправности, если тестовый сигнал выходит за допустимые пределы. Использование заявленного эмиссионного детектора обеспечит по сравнению с существующим следующие преимущества: повышение надежности детектора и всего измерительного тракта за счет увеличения количества элементов детектора, охваченных диагностикой и повышения точности диагностирования: большие возможности проведения предмонтажных, предпусковых и пусковых проверок. Указанные преимущества достигаются без какого-либо ухудшения существующих характеристик эмиссионных детекторов.
Формула изобретения
1. ЭМИССИОННЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННОГО И
-ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащий нейтронно-чувствительную часть, представляющую собой эмиттер, имеющую две коаксиально расположенные оболочки, выполненные из одного металла и отделенные друг от друга электроизоляционным материалом, внутренняя из которых заполнена диэлектрическим порошком, испускающим вместе с оболочкой при облучении комптоновские электроны, кабельную трассу, состоящую из центральной жилы, которая электрически соединена с внутренней оболочкой чувствительной части, и оболочки, изолированной от центральной жилы и соединенной с наружной оболочкой чувствительной части, причем центральная жила и оболочка кабельной трассы снабжены клеммами для подключения измерительной аппаратуры, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном улучшении его эксплуатационных характеристик за счет увеличения количества элементов детектора, охваченных диагностикой, упрощения и повышения точности диагностирования и независимости от режима работы реактора диагностирования, во внутренней оболочке нейтронно-чувствительной части установлена центральная жила, выполненная из металла с омическим сопротивлением меньше омического сопротивления диэлектрического порошка, соединенная одним концом с внутренней оболочкой чувствительной части, а другим - с центральной жилой кабельной трассы, внутри которой установлена оболочка, расположенная вокруг жилы, отделенная от нее и оболочки кабельной трассы изоляционным материалом, соединенная на одном конце с внутренней оболочкой чувствительной части, а на другом - с клеммой для подключения измерительной аппаратуры. 2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностики эмиссионного детектора путем изменения характеристик участка диагностической цепи детектора, центральная жила эмиттера выполнена из металла с более высоким омическим сопротивлением, чем у металла центральной жилы кабельной трассы. 3. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностики за счет локального измерения характеристик диагностической цепи в чувствительной части детектора, соединение центральной жилы эмиттера с внутренней оболочкой эмиттера снабжено резистором. 4. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности предварительной диагностики детектора за счет обеспечения возможности определения изменения сопротивления диагностической цепи, в состав измерительной аппаратуры дополнительно введены таймер проверки, источник калиброванного напряжения, усилитель дифференциальный и компаратор с логической схемой, причем, клемма внутренней оболочки кабельной трассы через таймер проверки соединена с источником калиброванного напряжения, клемма центральной жилы кабельной трассы соединена через усилитель дифференциальный и компаратор с логической схемой, при этом компаратор соединен, кроме того, с задатчиком номинального сопротивления и таймером проверки. 5. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности диагностики подключенного к измерительному каналу детектора в отсутствие нейтронного и гамма-излучения за счет обеспечения возможности определения тока в диагностической цепи, в состав измерительной аппаратуры дополнительно введены таймер проверки, генератор тестового сигнала, преобразователь сигнала детектора с триггерами предупредительной и аварийной сигнализации и логической схемой, причем клемма внутренней оболочки кабельной трассы через таймер проверки соединена с генератором тестового сигнала, а клемма центральной жилы кабельной трассы соединена через преобразователь сигнала детектора с триггерами предупредительной и аварийной сигнализации, которые соединены с логической схемой, соединенной, кроме того, с таймером проверки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
