Ионизационная камера для системы управления и защиты ядерного реактора

Изобретение относится к регистрации нейтронов и гамма-излучений, преимущественно регистрации нейтронов в системах управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов. Ионизационная камера содержит секционированную электродную систему, образованную набором парных коаксиальных цилиндров, радиаторами и корпусом, закрытым с торцов фланцами, снабженными трубкой для откачки и наполнения газами и выводами от каждого электрода, причем электроды каждой секции установлены между блоками изоляторов, каждый из которых выполнен в виде металлической втулки с расположенными внутри изоляторами, снабженными каналами для размещения проводников, соединяющих электроды. Такая конструкция ионизационной камеры позволяет разместить в ней электродную систему с практически неограниченной длиной чувствительной части, допускающей размещение в узких (диаметром менее 20 мм) каналах активной зоны реактора, при сохранении механической прочности и чувствительности к контролируемым излучениям, обеспечивающих высокую надежность СУЗ. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регистрации ядерных излучений, преимущественно регистрации нейтронов в системах управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов.

Известны ионизационные камеры (ИК) для контроля потоков нейтронов, являющиеся датчиками сигналов в СУЗ ядерных реакторов. Как правило, ИК входят в состав так называемых подвесок ионизационных камер (ПИК), защищающих электрическую линию связи (кабели, провода) ИК с вторичной аппаратурой от агрессивного воздействия окружающей среды. ИК, в составе ПИК, как правило, размещаются в канале (канале ИК) ядерного реактора, расположенного вдоль активной зоны (АЗ) реактора (см. «Научные и технические основы ядерной энергетики» по ред. К.Гудмена. - М.: Иностранная литература, 1948, с.231).

Известна «Ионизационная камера системы управления и защиты ядерного реактора» (см. патент РФ №2215343 H01J 47/02) с секционированной электродной системой, образованной набором парных соосных цилиндров, и корпусом, образованным двумя коаксиальными трубами. ИК по указанному патенту является аналогом, наиболее близким к предлагаемому изобретению, и выбрана в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является невозможность его применения в случае необходимости размещения ИК в канале ядерного реактора, диаметр которого сравним (близок) с диаметром электродов, определяемым требованиями к погонной (на единицу длины канала ИК) величине чувствительности ИК к контролируемому излучению.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - создание устройства, обеспечивающего регистрацию ядерного излучения в реакторах с ограниченным сечением каналов реактора для размещения детекторов излучений.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, заключаются:

- в создании ионизационной камеры с прочной электродной системой практически произвольной длины при ограниченном диаметре корпуса ИК (менее 20 мм);

- в возможности создания надежной системы управления и защиты ядерного реактора с каналами, имеющими ограниченное сечение для размещения детекторов нейтронов вдоль активной зоны.

Указанный технический результат достигается за счет того, что ионизационная камера содержит:

- герметичный корпус, образованный трубой, закрытой по торцам фланцами, снабженными трубкой для откачки воздуха и наполнения объема корпуса рабочим газом и электрическими выводами от электродной системы;

- электродную систему, которая может иметь несколько секций, каждая из которых образована наружным и внутренним цилиндрическими коаксиальными электродами, укрепленными между одинаковыми, жестко и герметично зафиксированными в корпусе блоками изоляторов;

- блоки изоляторов, каждый из которых выполнен в виде металлической втулки с расположенными внутри и не соприкасающимися друг с другом изоляторами, снабженными каналами для размещения проводников, соединяющих однополярные электроды соседних секций.

Указанная совокупность признаков необходима и достаточна для обеспечения технического результата, получаемого при реализации предложенной ионизационной камеры.

Вариант ионизационной камеры в статике показан на чертеже.

ИК содержит герметичный корпус, образованный трубой 1, фланцами 2 и 3, трубкой 4 для откачки воздуха и наполнения объема корпуса рабочим газом, электрическими выводами 5 и 6 от электродной системы, которая может иметь несколько секций 7 (на чертеже показан вариант ИК с двумя секциями).

Каждая секция электродной системы образована наружным 8 и внутренним 9 цилиндрическими коаксиальными электродами. Электроды каждой секции укреплены между одинаковыми блоками изоляторов 10.

Блок изоляторов выполнен в виде металлической втулки 11 с диаметром, равным внутреннему диаметру трубы корпуса, в которой зафиксированы три керамических изолятора 12, 13 и 14, из которых два изолятора 12 и 13 расположены соосно и служат опорами электродов. Центральный изолятор 14, проходящий через втулку насквозь параллельно ее оси, имеет канал для размещения проводника 15, соединяющего внутренние электроды соседних секций. Третий боковой изолятор 14, расположенный во втулке 11 параллельно ее оси, имеет канал для размещения проводника 16, соединяющего наружные электроды соседних секций.

Блоки изоляторов 10 закреплены в трубе 1 корпуса сваркой втулок 11 и трубы 1 корпуса. Возможна герметичная сварка втулок 11 и трубы 1 корпуса через отверстия 17 в корпусе напротив каждой втулки. Возможны и другие варианты герметичного крепления втулок 11 с трубой 1 корпуса, например контактной электросваркой и лазерной сваркой, не нарушающей герметичность корпуса.

Для регистрации нейтронов в ИК размещен радиатор - материал, который при взаимодействии с нейтронами генерирует сильноионизирующие частицы, попадающие в межэлектродное пространство. Газообразными радиаторами могут служить изотоп гелия ³Не, генерирующий при взаимодействии с нейтронами сильноионизирующие изотопы водорода ¹Н и ³Н, и соединение бора - BF₃, в котором изотоп ¹⁰В генерирует при взаимодействии с нейтронами сильноионизирующие частицы ⁴Не и ⁷Li. Радиатор может быть введен в ИК и в виде твердого покрытия поверхности электродов, обращенных к межэлектродному зазору. В этом случае радиаторами могут служить покрытия из бора или урана, изотоп которого ²³⁵U делится при взаимодействии с нейтронами на сильноионизирующие осколки. В отсутствии радиаторов ИК регистрирует гамма-излучение.

Работа ионизационной камеры происходит следующим образом. Вывод одного из электродов соединяется с высоковольтным выводом источника постоянного напряжения (обычно в диапазоне 200÷500 В). Вывод другого электрода через входное сопротивление вторичной аппаратуры электрически соединяется с заземленным корпусом ИК и вторым выводом источника постоянного напряжения. При воздействии на ИК нейтронного потока и (или) гамма-излучения газ в межэлектродном промежутке ионизуется и возникает электрический ток, величина которого является мерой плотности нейтронного потока и (или) мощности дозы гамма-излучения. Для ИК с урановым радиатором (ионизационной камеры деления) возможна регистрация импульсов тока от отдельного акта деления ядра ²³⁵U (см. А.Б.Дмитриев, Е.К.Малышев «Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники», М.: Атомиздат, 1975).

Образец ионизационной камеры по настоящей заявке был изготовлен и успешно испытан.

Ионизационная камера для системы управления и защиты ядерного реактора с секционированной вдоль оси корпуса электродной системой, образованной набором парных коаксиальных цилиндров, радиаторами и корпусом, закрытым с торцов фланцами, снабженными трубкой для откачки и наполнения газами и выводами от каждого электрода, отличающаяся тем, что электроды каждой секции установлены между блоками изоляторов, каждый из которых выполнен в виде металлической втулки с расположенными внутри несоприкасающимися изоляторами, снабженными каналами для размещения проводников, соединяющих электроды.