Детектор мононаправленного нейтронного излучения


 


Владельцы патента RU 2495457:

Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для определения плотности потока быстрых нейтронов при работе ядерно-физических установок. Сущность изобретения заключается в том, что детектор мононаправленного нейтронного излучения состоит из корпуса, коллектора, выполненного в виде металлической пластины и диэлектрического слоя из водородсодержащего материала, при этом диэлектрический слой из водородсодержащего материала заключен в токопроводящую оболочку, коллектор в виде металлической пластины заключен в изолирующую оболочку, между этими оболочками размещен электростатический экран, линия связи от токопроводящей оболочки, охватывающей диэлектрический слой из водородсодержащего материала, подключена к инвертирующему каналу дифференциального усилителя, а линия связи от коллектора подключена к неинвертирующему каналу того же усилителя. Технический результат - устранение эффектов, связанных с накоплением отрицательного заряда в диэлектрике и возможным возникновением электрических пробоев, повышение чувствительности детектора к нейтронному излучению. 1 ил.

 

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для определения плотности потока быстрых нейтронов при работе ядерно-физических установок.

Известны устройства, позволяющие осуществлять регистрацию нейтронного излучения с помощью детекторов прямого заряда, в которых реализуется радиационный захват нейтронов или реакция деления с последующей регистрацией токов в виде электронов, протонов, альфа-частиц или осколков деления [1].

Недостатком этих детекторов прямого заряда является невысокое временное разрешение, обусловленное сравнительно большим периодом полураспада (более 0,1 с) образующихся в эмиттере радиоактивных изотопов.

Известен другой тип детекторов прямого заряда, в котором вместо радиационного захвата нейтронов или реакции деления используется эффект образования в эмиттере комптоновских электронов с последующим их сбором на коллекторе и с приемлемым временным разрешением [2, 3].

Недостатком этого типа детекторов является то обстоятельство, что хотя они и используются для регистрации гамма-квантов или заряженных частиц, но они не чувствительны к таким электронейтральным частицам как нейтроны, по крайней мере, в диапазоне энергий от 100 кэВ до 20 МэВ.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков принят детектор мононаправленного нейтронного излучения [4].

Детектор состоит из корпуса и коллектора, выполненного в виде металлической пластины, отделенной от корпуса слоем диэлектрика, расположенным со стороны облучения и выполненным из водородсодержащего материала, например полиэтилена. В водородсодержащем диэлектрике при облучении нейтронами в результате упругих и неупругих взаимодействий с атомами водорода возникают высокоэнергетические протоны отдачи. Возникшие протоны двигаются преимущественно по направлению движения воздействовавших нейтронов. Коллектор, имеющий толщину, равную пробегу самого высокоэнергетического протона отдачи, обеспечивает полное поглощение поступающих к нему протонов отдачи и формирует положительный электрический сигнал, пропорциональный воздействующей плотности потока нейтронного облучения.

Недостатком указанного детектора-прототипа, во-первых, является относительно низкая чувствительность и возможность проявления нестабильности параметров этого детектора, обусловленной тем, что в выполненном из полиэтилена диэлектрическом слое, из которого облучающий поток нейтронов выбивает протоны отдачи, по мере облучения накапливается отрицательный заряд, препятствующий выходу из этого полиэтилена положительно заряженным частицам - протонам. В объеме этого диэлектрика возможно также возникновение неконтролируемых электрических пробоев, которые вкупе с нестабильным уровнем накапливающегося электрического заряда могут привести к неконтролируемой погрешности в определении плотности потока нейтронов.

Вторым недостатком детектора-прототипа является тот факт, что полезный сигнал регистрируется только с одного электрода - коллектора, на котором накапливается положительный заряд протонов отдачи, а отрицательный заряд, формирующийся в диэлектрическом слое из водородсодержащего материала в результате того, что высокоэнергетические нейтроны выбивают из этого слоя протоны отдачи, никак не используется.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является устранение эффектов, связанных с накоплением отрицательного заряда в диэлектрике и возможным возникновением электрических пробоев, а также повышение чувствительности детектора к нейтронному излучению.

Технический результат достигается следующим образом. В корпусе детектора размещен со стороны облучения диэлектрический слой (из водородсодержащего материала), толщиной равный пробегу самого высокоэнергетического протона, и этот слой заключен в токопроводящую оболочку, например из алюминированного полиэтилена, с электрическим выводом на регистрирующее устройство. Коллектор, например из алюминия, также с электрическим выводом на регистрирующее устройство, делают по толщине равным пробегу самого высокоэнергетического протона, что обеспечивает полный сбор в коллекторе всех пришедших протонов. Коллектор изолируют от корпуса детектора диэлектрической пленкой. Внутри корпуса детектора размещен электростатический экран, который электрически развязывает заключенный в токопроводящую оболочку диэлектрический слой из водородсодержащего материала от коллектора. Сигнальные выводы подсоединены к линиям связи, ведущим к дифференциальному усилителю: от токопроводящей оболочки, охватывающей диэлектрический слой из водородсодержащего материала, к инвертирующему входу, а от коллектора - к неинвертирующему входу [5].

При статическом режиме работы источника нейтронного излучения линии связи могут быть нагружены на высокоомные сопротивления, вплоть до сопротивлений равных по номиналу входным сопротивлениям соответствующих входов дифференциального усилителя. Однако если излучатель нейтронов работает в импульсном режиме, нагрузочные сопротивления подбирают равными волновому сопротивлению линий связи.

На фиг.1 представлена общая схема детектора мононаправленного нейтронного излучения, где:

1 - корпус детектора,

2 - диэлектрический слой из водородсодержащего материала,

3 - токопроводящая оболочка,

4 - электростатический экран,

5 - изолирующая оболочка,

6 - коллектор,

7 - линия связи коллектора 6 с входным сопротивлением 8 и неинвертирующим входом 11 дифференциального усилителя 12,

8 - входное сопротивление неинвертирующего входа 11 дифференциального усилителя 12,

9 - входное сопротивление инвертирующего входа 13 дифференциального усилителя 12,

10 - линия связи оболочки 3 с входным сопротивлением 9 и инвертирующим входом 13 дифференциального усилителя 12,

11 - неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12,

12 - дифференциальный усилитель,

13 - инвертирующий вход дифференциального усилителя 12.

Работает детектор следующим образом: для регистрации потока нейтронов детектор размещается в заданном месте поля излучения. В результате воздействия направленного нейтронного излучения в водородсодержащем материале 2 возникают протоны отдачи, которые проникают сквозь токопроводящую оболочку 3, затем сквозь электростатический экран 4, изолирующую оболочку 5 и поглощаются коллектором 6. В результате в диэлектрическом слое 2 формируется отрицательный объемный заряд, а на коллекторе 6 - положительный.

В рассматриваемом варианте конструкции в качестве диэлектрического слоя 2 использован полиэтилен. Этот полиэтиленовый слой 2 заключен в токопроводящую оболочку 3. За счет электростатической индукции в оболочке 3 будет возникать отрицательный заряд, в точности равный суммарной величине объемного заряда, формирующегося при облучении нейтронами в водородсодержащем слое 2. В итоге создается ЭДС стороннего тока с минусовым полюсом на оболочке 3 и плюсовым - на коллекторе 6. Замкнутый контур рабочего тока проходит по элементам: от плюсового полюса на коллекторе 6 по линии связи 7 через входное сопротивление 8, затем через входное сопротивление 9 и по линии связи 10 на минус ЭДС, т.е. на оболочку 3. Таким образом, рабочий ток создает на входных сопротивлениях 8 и 9 два одинаковых по амплитуде (если эти сопротивления одинаковы), но разнополярных сигнала. Сигнал положительной полярности с входного сопротивления 8 по линии связи 7 подается на вход неинвертирующего канала 11 дифференциального усилителя 12, а сигнал отрицательной полярности с входного сопротивления 9 по линии связи 10 подается на вход инвертирующего канала 13 того же дифференциального усилителя 12. Эти два разнополярных сигнала в дифференциальном усилителе 12 по модулю складываются.

В данной схеме токопроводящая оболочка 3 за счет своих экранирующих свойств полностью исключает помехи как от пробоев, так и от тормозящего действия со стороны электрического поля накапливающегося электрического заряда на процесс выхода протонов из водородсодержащего диэлектрика 2, и, следовательно, уменьшается количество ошибок, влияющих на результаты измерения полезного сигнала.

Предлагаемый детектор позволяет получать и регистрировать в два раза больший по амплитуде полезный сигнал с меньшими электрическими помехами в системе регистрации сигнала по сравнению с детектором-прототипом.

Литература

1. Мительман М.Г., Розенблюм Н.Д. Зарядовые детекторы ионизирующих излучений. М., Энергоиздат, 1982, 78 с.

2. Иоилев Г.Ф., Сафонов В.А. Детектор с диэлектрическим рассеивателем. Приборы и техника эксперимента, 1969, №5, с.210.

3. Gross B. J.Applied Phjsics, 1965, v.36, N5.

4. Яковлев М.В., Терешкин И.С. Детектор мононаправленного нейтронного излучения. Авт. свидетельство №713293 от 10.01.2005 г., класс G01T 3/00.

5. Джонс М.Х. Электроника - практический курс. Москва: Постмаркет, 1999. - 528 с.

Детектор мононаправленного нейтронного излучения, состоящий из корпуса, коллектора, выполненного в виде металлической пластины, и диэлектрического слоя из водородсодержащего материала, отличающийся тем, что диэлектрический слой из водородсодержащего материала заключен в токопроводящую оболочку, коллектор в виде металлической пластины заключен в изолирующую оболочку, между этими оболочками размещен электростатический экран, линия связи от токопроводящей оболочки, охватывающей диэлектрический слой из водородсодержащего материала, подключена к инвертирующему каналу дифференциального усилителя, а линия связи от коллектора подключена к неинвертирующему каналу того же усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к углеводородной промышленности, более конкретно данное изобретение касается инструментов нейтронного каротажа, используемых при исследовании геологической формации.

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к калибровке эмиссионных детекторов нейтронов для внутризонного контроля распределения энерговыделения в ядерных реакторах.

Изобретение относится к устройству измерения скорости счета камеры деления и устройству калибровки соответствующей камеры деления. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии излучения нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии излучения нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии излучения нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии излучения нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии излучения нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии излучения нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок, и может быть использовано в системах управления и защиты ядерных реакторов, подкритических сборок, импульсных и других источников нейтронов, в научных исследованиях. Сущность изобретения заключается в том, что в нейтронном датчике, содержащем источник заряженных частиц, возникающих под действием нейтронного излучения, и упругодеформируемый элемент, установленные в корпусе, источник заряженных частиц выполнен из стабильного нерадиоактивного материала, напротив источника заряженных частиц установлен поглотитель заряженных частиц, а на поглотителе заряженных частиц установлена отражающая призма, связанная с оптической системой ввода и вывода светового луча, выполненная в виде оптического окна в корпусе датчика, напротив которого расположен узел отражателя из полупрозрачного зеркала и отражающих призм. Технический результат - повышение чувствительности датчика. 2 ил.

Изобретение касается способа определения спектрального и пространственного распределения потока фотонов тормозного излучения, по меньшей мере, в одном пространственном направлении (х, у, z). Способ осуществляют путем измерения нейтронов, получаемых при попадании фотонов (ph) тормозного излучения по меньшей мере на одну конверсионную мишень (5), которую перемещают в указанном направлении (х, у, z). Технический результат - сокращение времени измерений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам детектирования нейтронного потока в зоне облучения. Способ регистрации нейтронного потока ядерной установки в широком диапазоне измерений, заключающийся в том, что детектируют нейтронный поток ядерной установки посредством регистрации токового режима камеры деления с последующим измерением и обработкой тока камеры деления вне зоны облучения, при этом одновременно с токовым режимом используют режим счета единичных нейтронов, при этом в диапазоне линейной зависимости скорости счета от нейтронного потока осуществляют прямые измерения актов регистрации нейтронов, причем сигнал, обусловленный единичными нейтронами без предварительного усиления, передают по кабельной линии для регистрации и обработки вне зоны облучения, после чего зависимости плотности потока нейтронов от времени, измеренные камерой деления в счетном и токовом режимах, объединяются. Технический результат - повышение достоверности измерения нейтронного потока при значениях регистрируемого тока с камеры меньших, чем десять фоновых токов камеры в условиях сохранения надежности и стабильности рабочих характеристик регистрирующей аппаратуры. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам определения направленности радиоактивного излучения. Способ определения направленности радиоактивного излучения включает создание объема метастабильной протянутой текучей среды; размещение объема метастабильной протянутой текучей среды в непосредственной близости от источника радиоактивного излучения; определение положения кавитаций, вызванных радиоактивным излучением, в метастабильной протянутой текучей среде; и определение направления источника радиоактивного излучения на основании кавитаций, вызванных радиоактивным излучением, в метастабильной протянутой текучей среде. Устройство для определения направленности падающего радиоактивного излучения содержит камеру, содержащую текучую среду, систему управления, связанную с механизмом для деформации камеры, которые совместно функционируют для создания и поддержания в текучей среде напряженного метастабильного состояния, достаточного для формирования кавитационных пузырьков при столкновениях молекул текучей среды с налетающими ядерными частицами. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 22 ил., 4 табл.

Изобретение касается способа определения изотопного отношения делящегося вещества. Способ определения изотопного отношения делящегося вещества, содержащегося в камере деления, причем делящееся вещество имеет основной изотоп X и по меньшей мере один изотоп-примесь Y, при этом изотопы X и Y характеризуются радиоактивным распадом согласно двум следующим уравнениям: X->X′, характеризуется λX, FX, и Y->Y′, характеризуется λY, FY, где X′ и Y′ соответственно являются «дочерними» изотопами изотопов X и Y, при этом распад изотопа X, соответственно Y, характеризуется испусканием гамма-кванта дочерним изотопом X′, соответственно Y′, с энергией E1, соответственно E2, с вероятностью испускания Iγ(E1), соответственно Iγ(Е2), причем величины λX и λY соответственно являются постоянной радиоактивного распада основного изотопа X и постоянной радиоактивного распада изотопа-примеси Y, a FX и FY соответственно являются коэффициентом разветвления распада изотопа, используемым для измерения радиоактивности основного изотопа, и коэффициентом разветвления распада изотопа, используемым для измерения радиоактивности изотопа-примеси, отличающийся тем, что содержит следующие этапы: при помощи спектрометрической установки, установленной в заданной конфигурации измерения, измеряют чистую площадь S(E1) первого пика гамма-излучения делящегося вещества с первой энергией E1 и чистую площадь S(E2) второго пика гамма-излучения делящегося вещества с второй энергией E2, при помощи контрольных точечных источников в заданной конфигурации измерения определяют контрольный коэффициент полного поглощения R O P ( E 1 ) с первой энергией E1 и контрольный коэффициент полного поглощения R 0 P ( E 2 ) со второй энергией E2, при помощи вычислительного устройства для заданной конфигурации измерения вычисляют интегральный переход T(E1) коэффициента для делящегося вещества с первой энергией E1 и интегральный переход T(Е2) коэффициента для делящегося вещества со второй энергией Е2, и при помощи вычислительного устройства вычисляют изотопное отношение R делящегося вещества при помощи уравнения: R = λ X λ Y × S ( E 2 ) S ( E 1 ) × I γ ( E 1 ) I γ ( E 2 ) × R 0 P ( E 1 ) R 0 P ( E 2 ) × T ( E 1 ) T ( E 2 ) × F X F Y . Технический результат - повышение эффективности определения изотопного отношения делящегося вещества. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам излучений. Детектор быстрых нейтронов содержит конвертор быстрых нейтронов и поверхностно-барьерный GaAs сенсор, регистрирующий протоны отдачи, при этом сенсор выполнен на подложке арсенида галлия n-типа проводимости, на рабочей поверхности которого выращен эпитаксиальный слой GaAs высокой чистоты толщиной от 10 до 80 мкм, причем и где d - толщина эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты, εп - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε0 - электрическая постоянная, φк - контактная разность потенциалов, q - заряд электрона, ND - уровень легирования полупроводника, µе - подвижность электронов, τе - время жизни электронов, со сформированным на нем платиновым барьером Шоттки толщиной 500 Å, на обратной стороне подложки сформирован омический контакт. Технический результат - повышение эффективности сбора заряда детектора, снижение чувствительности к гамма-фону. 1 ил.

Изобретение относится к области ядерной физики. Способ измерения асимметрии распада поляризованных пучков включает в себя пропускание поляризованного пучка частиц через контролируемую зону, регистрацию заряженных частиц, испускаемых асимметрично относительно спина распадающихся частиц, контрольные измерения при изменении направления поляризации пучка на 180°, при этом исходный поляризованный пучок частиц пропускают через зону контроля с близким к нулю магнитным полем, поток частиц исходного поляризованного пучка ступенчато варьируют с помощью прецизионной управляемой диафрагмы, на каждой ступени потока проводят многократные измерения скорости счета и энергетического спектра испускаемых в зоне контроля заряженных частиц с помощью охватывающего пучок секционированного по углу детектора; по совокупности скоростей счета и их погрешностей строят функционал ошибок для оценок чисел частиц в зоне видимости детектора путем приближений этих чисел шкалой (последовательностью) с шагом 1/μ, значение μ подбирают до наилучшего совмещения минимумов функционалов ошибки для времен жизни τ+ и τ- двух спиновых мод распада и их среднего арифметического значения, причем обработка проводится независимо для двух наборов данных, отличающихся значениями потока, а решение по μ и τ определяется пересечением функционалов этих наборов вблизи минимумов, близких к 1, причем коэффициент спиновой корреляции (асимметрия распада) определяется по формуле где - есть средняя спиральность частиц, испускаемых при распаде, определяемая из измеренного спектра частиц или из табличных данных. Технический результат - повышение точности измерения асимметрии распада нейтронов. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии нейтронного излучения, и может быть использовано при калибровке каналов измерения расхода теплоносителя в первом контуре корпусных ядерных реакторов. Способ включает измерение и запись величины плотности нейтронного потока при различных условиях его формирования с помощью ионизационной камеры деления. Согласно изобретению калибровку каналов измерения плотности нейтронного потока производят за пределами реактора, при этом измерение плотности нейтронного потока осуществляют двумя измерительными каналами в два этапа: на первом этапе размещают источник нейтронов напротив датчика первого измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны выхода теплоносителя из реактора, при этом расстояние l1 от источника нейтронов до этого датчика выбирают таким образом, чтобы скорость счета N1 в первом измерительном канале соответствовала плотности нейтронного потока на трубопроводе, и регистрируют эту скорость счета N1, на втором этапе размещают источник нейтронов напротив датчика второго измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны возврата теплоносителя в реактор, и выбирают расстояние l2 между источником нейтронов и вторым датчиком по формуле , где v - скорость потока теплоносителя; L - расстояние между датчиками на трубопроводе; τ - период полураспада изотопа 17N, затем настраивают чувствительность второго измерительного канала таким образом, чтобы его скорость счета N2 была равна после чего устанавливают датчики на трубопровод. Технический результат - повышение точности калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока и сокращение времени на ее проведение.

Устройство может быть использовано для изготовления цилиндрических трубок из пластика или металлопластика для газонаполненных дрейфовых детекторов ионизирующего излучения. Рабочий орган для ультразвуковой сварки представляет собой сонотрод со сферической рабочей поверхностью и установлен с возможностью его прижатия во время сварки к наковальне. Подающая бобина снабжена регулируемым натяжителем ленты. Упор для формирования ленты в U-образный профиль имеет регулировочный узел для точного позиционирования продольных кромок заготовки трубки относительно сонотрода и наковальни. Фильера имеет средство для точного позиционирования ее относительно наковальни. Устройство снабжено кареткой для закрепления в ней конца трубки, которая имеет возможность перемещения по направляющей для вытягивания трубки. Каретка снабжена соплом для подачи газа под избыточным давлением в сваренную часть трубки. Полученные трубки имеют минимально возможную толщину, обладают достаточной прочностью для эксплуатации при рабочем давлении газа внутри трубки. Максимально увеличена гладкость внутренней поверхности сварного шва за счет исключения свисания его кромки по всей длине. Изготовленные с помощью устройства трубки обеспечивают малое искажение электрического поля внутри, что положительно влияет на эффективность работы детектора. 5 ил.

Изобретение относится к области измерении плотности потока нейтронов с помощью различных типов детекторов, в частности пропорциональных и коронных счетчиков медленных нейтронов, импульсных камер деления. Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения с тактовой процедурой измерений включает измерение постоянного тока Iγ, возникающего в детекторе нейтронов под действием гамма-излучения, при этом порог рабочей дискриминации UДраб для регистрации скорости счета нейтронов устанавливается по двум значениям скорости счета собственных шумов детектора на нерабочей ветви интегрального спектра импульсов, когда в логарифмическом масштабе прямая, соединяющая эти значения - 1-го (NШ1) - максимально высокого в пределах разрешающей способности усилительного тракта, 2-го (NШ2) - низкого, выбранного с соблюдением условия NШ2≥10·Nn, где Nn - ожидаемая скорость счета нейтронов, экстраполируется на ось дискриминаций, имеющую линейный масштаб, и точка пересечения на оси дискриминаций в области NШ≤(10-1-10-2)·Nn принимается в качестве UДраб, при котором можно пренебречь вкладом шумовых импульсов в измеряемую после установки UДраб скорость счета нейтронов Nn, а в канал измерения тока Iγ дополнительно вводятся автоподстройка значений высокого напряжения детектора Uвыс1 (перед автоподстройкой нуля схемы измерения тока Iγ), Uвыс2 (перед измерением тока Iγ) и реперный сигнал с автоконтролем его воспроизводимости. Технический результат - исключение влияния нестабильности работы канала детектирования нейтронов на результаты текущих измерений с обеспечением максимально возможной эффективности детекторов при любых значениях мощности дозы гамма-излучения. 2 ил., 1 табл.
Наверх