Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения



Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения
Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения

 


Владельцы патента RU 2561247:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" (RU)

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.

 

Изобретение относится к области измерении плотности потока нейтронов с помощью различных типов детекторов, в частности пропорциональных и коронных счетчиков медленных нейтронов, импульсных камер деления. Оно может быть использовано в отраслях промышленности, связанных с делящимися материалами, для определения параметров, производных от плотности потока нейтронов, и обеспечения ядерной безопасности.

На предприятии по переработке облученного ядерного топлива (ОЯТ) приборы нейтронного контроля применяются для определения концентрации и массы плутония, накопления и распределения плутония в оборудовании, выгорания ОЯТ, уровня растворов и твердых компонентов в специальных аппаратах, где нельзя применить другие методы измерения уровня, а также в нейтронной абсорбциометрии и нейтронных методах контроля с использованием внешних источников излучений. В большинстве точек контроля потокам нейтронов сопутствует гамма-излучение (ГИ). При этом отношение числа гамма-квантов к числу нейтронов находится в пределах от 104 до 1012.

Известно, что присутствие ГИ чрезвычайно затрудняет регистрацию нейтронов и зачастую является определяющим фактором, не позволяющим реализовать саму эту возможность. Причинами такого влияния являются:

- образование ложных импульсов большой амплитуды, сравнимых с импульсами от нейтронов, за счет многократных гамма-гамма наложений, что требует повышения порога дискриминации для их отсечки;

- падение коэффициента газового усиления счетчиков.

И то и другое приводит к снижению скорости счета нейтронов.

Поэтому применяют различные способы защиты от ГИ или снижения его отрицательного влияния. Самым эффективным и наиболее близким к заявляемому является способ [RU 2351953 C1, 10.04.2009, Бюл. №10], взятый за прототип.

В известном способе дополнительно измеряется постоянный ток Iγ, возникающий в детекторе нейтронов под действием ГИ. Затем по найденным при предварительной градуировке зависимостям тока Iγ от мощности дозы (МД) ГИ, т.е. Iγ=f(МД ГИ), порога дискриминации от тока Iγ, т.е. UДраб=f(Iγ), степени деформации интегрального спектра импульсов от тока Iγ, т.е. ΔN=(N-Nn0)=f(Iγ), где N и Nn0 - соответственно значения скорости счета нейтронов при наличии и отсутствии ГИ, и измеренные значения тока Iγ используются для определения МД ГИ, определения и установки такого порога рабочей дискриминации, который обеспечивает максимальную эффективность детектора в текущем цикле измерений (при данной МД ГИ), а затем для приведения ее к максимально возможной, имеющей место в отсутствие ГИ.

В этом способе предложена тактовая процедура измерений, которая заключается в следующем. В 1-м такте устанавливается максимально высокое напряжение питания детектора Uвыс1, при котором еще отсутствует ток Iγ, и подстраивается нуль схемы измерения тока Iγ. Во 2-м такте устанавливается напряжение питания детектора Uвыс2>Uвыс1, при котором измеряется ток Iγ, по нему определяется МД ГИ и устанавливается порог рабочей дискриминации UДраб. В 3-м такте устанавливается напряжение питания детектора Uвыс3>Uвыс2, при котором регистрируется нейтронное излучение, измеряется скорость счета нейтронов N, которая затем приводится к значению Nn0, единственно соответствующему плотности потока нейтронов в объекте контроля. Этот способ позволил, в частности, использовать для определения плотности потока нейтронов самые эффективные, но вместе с тем наиболее подверженные отрицательному воздействию ГИ, Не3-счетчики, при МД ГИ, более чем на порядок превышающие значения, установленные для них техническими условиями.

Недостатками известного способа являются:

- нестабильная работа каналов детектирования (нейтронного и частично токового);

- длительные перерывы в контроле на время извлечения детектора из объекта измерения для проверки с применением контрольных радиоактивных источников и последующего восстановления исходных метрологических характеристик каналов детектирования.

Предлагаемое изобретение направлено вообще на отказ от контроля за стабильностью работы каналов детектирования нейтронов как в отсутствие, так и при наличии ГИ, с сохранением их исходных метрологических характеристик.

Техническими результатами изобретения являются:

- исключение влияния нестабильности работы каналов детектирования нейтронов на результаты измерений с обеспечением максимально возможной эффективности детекторов при любых значениях МД ГИ (в пределах их работоспособности);

- повышение производительности труда эксплуатационного персонала за счет отказа от контроля за стабильностью каналов детектирования нейтронов;

- исключение перерывов в текущих измерениях.

Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения с тактовой процедурой измерений заключается в использовании экспоненциального характера зависимости скорости счета импульсов на нерабочей ветви интегрального спектра импульсов от уровня дискриминации [Ю.М. Толченов, В.Г. Чайковский, ПТЭ, 1963, №6, с.6, рис.2] для выбора и фиксации рабочего порога дискриминации при регистрации скорости счета нейтронов.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. После установки напряжения питания Uвыс3, при котором регистрируются нейтроны, на нерабочей ветви интегрального спектра импульсов в логарифмическом масштабе, где зависимость скорости счета импульсов от уровня дискриминации, ln NШ=f(UД), линейна, выбираются два значения скорости счета: 1-е (NШ1) - максимально высокое, но в пределах разрешающей способности усилительного тракта, т.к. вне этих пределов нарушается линейность указанной зависимости, 2-е (NШ2) - низкое с соблюдением условия NШ2≥10·Nn, где Nn - ожидаемая скорость счета нейтронов. Прямая, соединяющая эти точки, экстраполируется на ось дискриминаций, имеющую линейный масштаб. Точка пересечения на оси дискриминаций в области NШ≤(10-1-10-2)·Nn принимается в качестве порога рабочей дискриминации UДраб, при котором можно пренебречь вкладом шумовых импульсов в измеряемую после установки UДраб скорость счета нейтронов Nn. Все процедуры выполняются автоматически в каждом измерительном цикле по программе, занесенной в контроллер канала детектирования.

Предлагаемый способ выбора UДраб позволяет всегда работать при максимально возможной эффективности канала детектирования и обеспечивать достоверность измерений скорости счета нейтронов независимо от стабильности его параметров (таких, как коэффициент усиления тракта или диапазон дискриминатора).

Пример.

На фиг.1 приведены интегральные спектры импульсов, полученные авторами с одним и тем же источником нейтронов, но при разных значениях коэффициента усиления измерительного тракта, в таблице 1 - результаты измерений скорости счета нейтронов (Nn) с использованием предлагаемого способа выбора уровня дискриминации, где Nncp - среднее арифметическое результатов измерений, ΔNn и δNn - соответственно абсолютные и относительные отклонения от среднего.

Таблица 1.
Результаты измерений скорости счета нейтронов при различных значениях коэффициента усиления измерительного тракта.
Коэффициент усиления K1, отн. ед. Порог дискриминации, UДраб, В Скорость счета нейтронов, Nn, с-1 ΔNn, с-1 δNn, %
K1=1 3,50 65,54±1,6 0,47 0,72
K2=0,42 1,47 64,71±1,6 -0,36 -0,55
K3=0,294 1,03 65,26±1,6 0,19 0,29
K4=0,195 0,68 64,78±1,6 -0,29 -0,45
- - Nncp=65,07±0,2 - -

Из таблицы 1 следует, что результаты измерений, как и отклонения от среднего арифметического, не носят системного характера, т.е. не зависят от коэффициента усиления, несмотря на то, что тот, в конечном итоге, был снижен более чем в пять раз.

Остается потенциальная зависимость от стабильности работы канала измерения тока Iγ конечного результата измерений - скорости счета нейтронов Nn0, полученной приведением скорости счета N, зарегистрированной при наличии ГИ, к условиям МД ГИ=0 через значения Iγ=f (МД ГИ). Следует отметить, что в прототипе канал измерения тока изначально отличался от канала детектирования нейтронов повышенной надежностью благодаря более простой схеме, состоящей из промышленных функционально законченных современных блоков (дифференциального усилителя ДУ, преобразователей ЦАП и АЦП, ВН - источника высокого напряжения повышенной точности) и наличию автоподстройки нуля дифференциального усилителя (ДУ). Тем не менее, как показано на блок-схеме канала измерения тока Iγ (фиг.2) в предлагаемом способе приняты дополнительные меры по повышению его стабильности. Это контроль воспроизводимости реперного сигнала включаемым герконовым реле после автоподстройки нуля ДУ и возможность автоподстройки выходных напряжений Uвыс1 и Uвыс2 источника ВН в случаях отклонений от заданных значений соответственно перед автоподстройкой нуля ДУ и измерением тока Iγ.

Таким образом, при определении плотности потока нейтронов в условиях сопутствующего ГИ в предлагаемом способе тактовые процедуры должны быть следующими. В 1-м такте устанавливается максимально высокое напряжение питания детектора Uвыс1 (с возможной его автоподстройкой), при котором еще отсутствует ток Iγ, и подстраивается нуль схемы измерения тока Iγ. Во 2-м такте устанавливается напряжение питания детектора Uвыс2≥Uвыс1 (с возможной его автоподстройкой), измеряется ток Iγ и по заранее полученной градуировочной зависимости Iγ=f (МД ГИ) определяется МД ГИ. В 3-м такте устанавливается напряжение питания детектора Uвыс3 для измерения скорости счета нейтронов, по нерабочей ветви интегрального спектра импульсов определяется и устанавливается рабочий порог дискриминации UДраб, измеряется скорость счета нейтронов N и по заранее полученной градуировочной зависимости Nn0=f(N, Iγ) определяются скорость счета нейтронов Nn0, которая должна быть в отсутствие ГИ, и по ней, в соответствии с паспортной чувствительностью детектора, искомая плотность потока нейтронов.

В результате предлагаемый способ выбора рабочего уровня дискриминации каналов детектирования нейтронов и дополнительные меры по повышению стабильности канала измерения тока Iγ позволяют вообще исключить процедуру контроля за стабильностью их работы и ограничится лишь автоматической сигнализацией отказа или ухудшения параметров аппаратуры до степени, ставящей под сомнение саму возможность регистрации нейтронов, например, когда при UДраб=0 скорость счета импульсов составит NШ≤105 с-1.

Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения с тактовой процедурой измерений, включающий измерение постоянного тока Iγ, возникающего в детекторе нейтронов под действием гамма-излучения, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Устройство может быть использовано для изготовления цилиндрических трубок из пластика или металлопластика для газонаполненных дрейфовых детекторов ионизирующего излучения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение касается способа определения спектрального и пространственного распределения потока фотонов тормозного излучения, по меньшей мере, в одном пространственном направлении (х, у, z).

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.

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

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам для регистрации корпускулярных излучений, в частности к алмазным детекторам тепловых нейтронов. Алмазный детектор тепловых нейтронов состоит из алмазной пластины, двух контактных электродов, конвертора тепловых нейтронов и внешних выводов для подачи напряжения смещения и съема выходного сигнала, при этом один из контактных электродов выполнен в виде набора графитовых столбиков, расположенных в объеме алмазной пластины так, чтобы расстояние от торцов графитовых столбиков до второго контактного электрода не превышало 5-10 мкм, при этом основания графитовых столбиков параллельно подсоединены к выводу для подачи напряжения смещения, а конвертор тепловых нейтронов установлен над поверхностью другого контактного электрода. Технический результат - снижение чувствительности к фоновому гамма-излучению. 1 ил.
Изобретение относится к области ядерной техники. Эмиссионный нейтронный детектор содержит коллектор и эмиттер, отделенные друг от друга изоляционным материалом, при этом эмиттер выполнен из порошка двуокиси гафния, заключенного в металлическую оболочку, при этом оболочка эмиттера выполнена толщиной от 0,14 мм до 0,20 мм, а масса двуокиси гафния на 1 м чувствительной части детектора выбрана в диапазоне от 6,4 г до 7,1 г. Технический результат - повышение точности контроля плотности потока нейтронов в ядерном реакторе.

Изобретение относится к области технической физики. Устройство для спектрометрии нейтронов состоит из водородсодержащих замедлителей быстрых нейтронов цилиндрической формы, регистраторов тепловых и медленных нейтронов, расположенных вдоль центральной оси устройства, борного фильтра и цилиндрических углублений на торцевой поверхности замедлителя, обращенной к источнику излучений, при этом в качестве регистраторов нейтронов используют активационные детекторы в кадмиевом чехле и без чехла, которые размещены в контейнере попарно на расстояниях не более длины диффузии тепловых нейтронов в замедлителе, а цилиндрические углубления заполнены вставками, при этом контейнер и вставки выполнены из материала замедлителя. Технический результат - измерение энергетического спектра направленного потока нейтронов в широком диапазоне энергий при высоких уровнях сопутствующего гамма-излучения. 5 ил.

Изобретение относится к области измерения излучений. Устройство для измерения потока нейтронов содержит первичный преобразователь в виде ионизационной двухсекционной трехэлектродной камеры, к общесекционному электроду которой подключен однополярный источник питания, а к разнополярным электродам, к положительному, входящему в состав нейтронной секции, и к отрицательному, входящему в состав компенсационной секции, - блоки измерения тока, которые связаны с блоком обработки выходных сигналов, при этом блоки измерения тока состоят из преобразователя ток-напряжение, выполненного на основе линейного усилителя с переключающимися пределами измерения или на основе логарифмического усилителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, управляемого микроконтроллером, выход которого через интерфейс связи подключен к интерфейсу связи блока обработки выходных сигналов, который имеет возможность подключения к вычислительному устройству более высокого уровня и включает в себя свой микроконтроллер, позволяющий автоматически корректировать с учетом сигнала, полученного от блока измерения тока по гамма-излучению, сигнал, полученный от блока измерения тока по нейтронной составляющей, и производить вычисление потока нейтронов, а однополярный источник питания включает в себя высоковольтный преобразователь напряжения, подключенный к своему микроконтроллеру, позволяющему осуществлять автоматический контроль и коррекцию выходного напряжения и подключенному через интерфейс связи к интерфейсу связи блока обработки выходных сигналов. Технический результат - повышение достоверности и точности результатов измерения и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.
Наверх