Высокотемпературная ионизационная камера деления для систем управления и защиты ядерных реакторов



Высокотемпературная ионизационная камера деления для систем управления и защиты ядерных реакторов
Высокотемпературная ионизационная камера деления для систем управления и защиты ядерных реакторов
Высокотемпературная ионизационная камера деления для систем управления и защиты ядерных реакторов

 


Владельцы патента RU 2630260:

Акционерное общество "Красная Звезда" (RU)

Изобретение относится к устройствам контроля ядерных реакторов, а именно к ионизационным камерам деления (ИКД) с электродами, на поверхности которых нанесен слой материала, делящегося при взаимодействии с нейтронами. Технический результат - обеспечение возможности контроля плотности потока тепловых нейтронов в выходные электрические сигналы во всех режимах работы реакторной установки, включая режимы, при которых ионизационные камеры должны эксплуатироваться при температуре более 500°С. На поверхность делящегося покрытия электрода ИКД нанесен слой материала, например платины, с работой выхода электронов больше работы выхода электронов из материала покрытия, содержащего элементы, делящиеся при взаимодействии с нейтронами, причем толщина этого слоя недостаточна для полного препятствия выхода продуктов реакции (осколков деления) в межэлектродное пространство и достаточна для уменьшения термоэмиссии электронов при температуре выше 500°С. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к устройствам контроля ядерных реакторов (ЯР), которые осуществляют преобразование плотности потока нейтронов (ИНН) от активной зоны ЯР в выходные электрические сигналы на всех режимах работы реакторной установки (РУ).

Изобретение предназначено для контроля относительной мощности РУ по плотности потока нейтронов в составе системы управления и защиты (СУЗ) ядерного реактора преимущественно при температуре в месте размещения ионизационной камеры (ИК) выше 500°С. Такие условия могут иметь место при эксплуатации ионизационных камер деления (ИКД) в составе СУЗ РУ на быстрых нейтронах. Область техники, к которой относится изобретение - регистрация ядерных излучений, преимущественно регистрация нейтронов в СУЗ РУ.

Известны ИКД для контроля потоков нейтронов, являющиеся датчиками сигналов в СУЗ ЯР (см. Е.К. Малышев, Ю.Б. Засадыч, С.А. Стабровский. «Газоразрядные детекторы для контроля ядерных реакторов», Москва, Энергоатомиздат, 1991; см. И.П. Гурьев, Ю.П. Бородулин, М.С. Вольберг, И.А. Горелов, Н.В. Веселовский, А.Б. Дмитриев, H01J 47/02, патент №RU 2384913 «Ионизационная камера для системы управления и защиты ядерного реактора»).

Отличительной особенностью всех ИКД является наличие у них радиатора - слоя, содержащего элементы, ядра которого делятся при взаимодействии с нейтронами, с вылетом части осколков деления в пространство между электродами, что приводит к ионизации газа и, при подаче на электроды разности электрических потенциалов, к появлению тока между электродами, величина которого пропорциональна плотности потока нейтронов. Делящийся материал наносится на поверхность по крайней мере одного из электродов, обращенную к зазору между электродами. Например (и как правило) радиатором служит слой оксида урана, обогащенного изотопом уран-235.

Поверхностная плотность такого радиатора от одного до двух мг/см2.

Схема ИКД показана на фиг. 1, где 1 и 2 - электроды; 3 - зазор между электродами; 4 - герметичный корпус; 5 - опорные изоляторы электродов; 6 - проходные изоляторы выводов электродов; 7 - трубка для откачки и наполнения ИКД газом; 8 - радиатор на поверхности электрода.

Работа ионизационной камеры происходит следующим образом. Вывод одного из электродов соединяется с источником постоянного напряжения (обычно в диапазоне +200…+500 В). Вывод другого электрода через входное сопротивление вторичной аппаратуры электрически соединяется с заземленным корпусом ИКД и "-" выводом источника постоянного напряжения. При воздействии на ИКД нейтронного потока газ в межэлектродном промежутке ионизуется осколками от деления ядер урана и в электрической цепи выводов от электродов возникает электрический ток, величина которого является мерой плотности нейтронного потока.

Все ИКД имеют небольшой ложный выходной сигнал (ЛВС) - ток, вызванный альфа-излучением радиатора, величина которого зависит от делящегося вещества радиатора. Так, для ИК, имеющих радиатор, обогащенный по изотопу U235 до 90%, удельный ток ЛВС для одного квадратного сантиметра площади радиатора составляет около 0,5⋅10-11А⋅см-2. Существующие ИКД имеют площадь покрытия 1000 см2 и более. Аппаратура СУЗ допускает значения тока ЛВС не более 5⋅10-8 А.

При увеличении температуры ИКД ЛВС от альфа-излучения остается в допустимых пределах до 600°С. При дальнейшем росте температуры ЛВС быстро увеличивается термоэлектронной эмиссией с поверхности радиатора и контроль ППН с помощью ИКД в составе СУЗ невозможен для всех режимов работы РУ.

Величина тока термоэлектронной эмиссии с поверхности радиатора определяется работой выхода электронов для материала этой поверхности. Работа выхода электронов из уран-оксидного радиатора при температуре около 600°С составляет величину ϕ=3,1 эВ (см. Haas G., Jensen J. - Appl. Phys., 1963, 34, Ν7, p. 1231-1233).

Удельный ток (j, А⋅см-2) термоэлектронной эмиссии, связанной с абсолютной температурой (Т, К) и работой выхода электронов (ϕ, эВ) с учетом эффекта Шоттки (ϕш=е(еЕ)1/2, эВ), рассчитывается по в формуле Ричардсона-Шоттки (см. Г.Г. Владимиров - Физическая электроника. Часть 1):

, где

j(T) - удельный ток термоэлектронной эмиссии;

Τ - температура;

ϕ - работа выхода;

ϕш - изменение работы выхода, вызванное эффектом Шоттки;

k - постоянная Больцмана.

Расчетные значения удельного тока термоэмиссии электронов с учетом эффекта Шоттки (ϕш=0,025 эВ) для напряжения питания 300 В и межэлектродного зазора 1,8 мм плоскопараллельной электродной системы в диапазоне температур от 500°С до 600°С для уран-оксидного радиатора и покрытого платиновым слоем того же радиатора приведены в таблице 1. Эмиссия термоэлектронов в газ-наполнитель ИКД уменьшает удельный ток не более, чем на 20% за счет обратного рассеяния вследствие диффузии, что находится в хорошем согласии с экспериментом.

Для увеличения допустимой температуры эксплуатации высокотемпературной ИКД радиатор предлагается изготавливать двухслойным. Первый слой - на поверхности электродов (электрода) - слой оксида урана. Второй слой - на поверхности оксида урана - слой металла с работой выхода электронов большей 3,1 эВ, например, слой платины, с работой выхода электронов 5,12 эВ (см. B.C. Фоменко, Т.А. Подчерняева «Эмиссионные и адсорбционные свойства веществ и металлов». Москва, Атомиздат, 1975).

Слой платины на поверхности урана будет сокращать выход осколков деления ядра урана в межэлектродное пространство, уменьшая полезный сигнал ИКД. Для уменьшения этого паразитного эффекта поверхностная плотность слоя платины на оксиде урана должна быть не более 0,1 мг/см2.

Технические результаты, получаемые при реализации предлагаемого технического решения, заключаются в обеспечении возможности контроля плотности потока тепловых нейтронов при температурах более 500°С.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в конструкции предлагаемой ИКД применяются по крайней мере два электрически изолированных электрода, размещенных в герметичном корпусе, снабженном электрическими выводами от каждого электрода и трубкой, через которую полость корпуса откачивается и наполняется инертными газами. При этом электродная система ИК изготовлена таким образом, что на поверхность электродов, обращенной к межэлектродному пространству, по крайней мере одного из электродов, нанесен слой делящегося вещества (радиатора), на поверхность которого нанесен слой материала, например платины, с работой выхода электронов больше работы выхода электронов из материала делящегося покрытия, толщиной, недостаточной для полного препятствия выходов продуктов реакции деления урана в межэлектродное пространство. Технический результат - уменьшение ложных выходных сигналов ИКД, обусловленных эмиссией термоэлектронов с поверхности радиатора, заметных при температуре выше 500°С.

Ионизационная камера ИК для контроля плотности потока нейтронов в системе управления и защиты ядерного реактора, преимущественно при температуре в месте размещения ИК выше 500°С, имеющая, по крайней мере, два электрически изолированных электрода, размещенных в герметичном корпусе, снабженном электрическими выводами от каждого электрода и трубкой, через которую полость корпуса откачивается и наполняется инертными газами, причем поверхность по крайней мере одного из электродов, обращенная к межэлектродному пространству, покрыта слоем материала-радиатора (например, слоем оксида урана-235), содержащего элементы, ядра которого делятся при взаимодействии с нейтронами, с вылетом части осколков деления в пространство между электродами, что приводит к ионизации газа и, при подаче на электроды разности электрических потенциалов, к появлению тока между электродами, величина которого пропорциональна плотности потока нейтронов,

отличающаяся тем, что на поверхность делящегося покрытия нанесен слой материала, например платины, с работой выхода электронов больше работы выхода электронов из материала делящегося покрытия, содержащего элементы, делящиеся при взаимодействии с нейтронами, причем толщина этого слоя недостаточна для полного препятствия выхода осколков деления в межэлектродное пространство и достаточна для уменьшения тока термоэмиссии электронов при температуре выше 500°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к детекторам ионов на космических аппаратах и в области ускорительной атомной масс-спектрометрии - с улучшенными характеристиками по степени идентификации ионов.

Изобретение относится к детектору излучения, в частности электромагнитного излучения большой мощности. Детектор содержит секцию преобразования, включающую катод (3), для преобразования излучения (Р), падающего на секцию преобразования, в электроны (Е) с помощью фотоэлектрического эффекта.

Изобретение относится к области регистрации альфа-излучения и может использоваться для измерения энергий альфа-частиц в атомной, ядерной отраслям промышленности.

Изобретение относится к устройству контроля ядерных реакторов, которые осуществляют преобразование плотности потока тепловых нейтронов (ППТН) и потока гамма-квантов в выходные электрические сигналы на всех режимах работы реакторной установки.

Изобретение относится к области регистрации рентгеновского излучения и может быть использовано для визуализации внутренней структуры объектов в медицинской диагностике, в системах досмотра, дефектоскопии и т.п.

Изобретение относится к способам измерений интенсивности источников ВУФ-излучения и устройствам для их осуществления. В способе измерения интенсивности источников ВУФ-излучения через проточную ионизационную камеру, облучаемую источником ВУФ-излучения, пропускают поток ионизуемого вещества и измеряют ионизационный ток, а затем по величине ионизационного тока и квантового выхода рассчитывают поток ВУФ-излучения.

Изобретение относится к регистрации нейтронов и гамма-излучений, преимущественно регистрации нейтронов в системах управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов. .

Изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения и может найти применение в измерении энергий альфа-частиц. .

Изобретение относится к детектирующим элементам, а именно к устройствам, в которых происходит регистрация гамма-квантов с высоким энергетическим разрешением и потоков нейтронов одновременно, за счет взаимодействия гамма-излучения и нейтронов с рабочим веществом детектора, и может быть использовано для оперативного обнаружения и идентификации гамма-нейтронного излучения от различных объектов, применяемых в ядерно-физических исследованиях и атомной энергетике, для технологического контроля при переработке ядерного топлива, для реакторной диагностики, для исследования нефте-газовых скважин, а также для контроля за перемещением гамма-нейтронных источников на таможне и т.д.

Группа изобретений относится к материалам, используемым в сцинтилляционной технике. Сущность группы изобретений заключается в том, что сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующего излучения представляет собой кристаллический твердый раствор с общей эмпирической формулой Li(Y1-x Lux)F4 при х=0,01-0,8, образующийся в бинарной системе LiYF4 - LiLuF4.

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано при измерении интенсивных потоков нейтронов. Радиохимический детектор плотности потока быстрых нейтронов включает ампулу с порошкообразным активным веществом, помещаемую в поток быстрых нейтронов, газовую систему, заполненную газом-носителем, и проточный счетчик, подключенный к системе регистрации и обработки информации.

Изобретение относится к борным покрытиям для детектирования нейтронов и особенно относится к нанесению борных покрытий для детектирования нейтронов с помощью электростатического напыления.

Изобретение относится к области космического приборостроения и может быть использовано для сбора данных о параметрах движения космических объектов - частиц космического мусора и микрометеороидов.

Изобретение относится к области радиационных технологий, а также к исследованиям, созданию и эксплуатации ядерных установок и ускорителей. Способ измерения профиля нейтронного пучка (пучков) в плоскости, перпендикулярной выделенному его (их) направлению, заключается в том, что пучок (пучки) быстрых нейтронов направляют на детектирующую плоскость профилометра, перпендикулярно расположенную к его (их) направлению (направлениям), поверхность которой представляет собой совокупность параллельно расположенных изолированных стрипов, сигналы с каждого из стрипов, появившиеся в результате взаимодействия нейтрона с веществом стрипа, поступают на блок регистрирующей электроники, производящей прием и анализ зарегистрированных событий с использованием программного обеспечения для определения профиля нейтронного пучка (пучков), при этом в качестве детектирующей плоскости профилометра используют двусторонний стриповый кремниевый детектор, одна сторона которого представляет набор X-стрипов, а вторая - набор Y-стрипов, перпендикулярных к Х-стрипам, при этом регистрируют заряженные частицы, образующиеся в каждом конкретном стрипе в результате протекания реакций с эмиссией протонов и альфа-частиц при захвате нейтронов на ядрах кремния 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg, при этом путем снятия электрических сигналов с соответствующих X- и Y-стрипов определяют координаты X и Y точек взаимодействия нейтронов с веществом данного стрипа профилометра, при этом на основании однозначной связи номеров одновременно сработавших X- и Y-стрипов, включенных на совпадения, при этом после набора событий по каждому из X- и Y-стрипов профилометра автоматически производится временной и амплитудный анализ зарегистрированных событий.

Автоматизированная система контроля нейтронно-физических параметров исследовательской ядерной установки (ИЯУ) может быть использована для создания систем контроля, управления и измерения в составе систем управления и защиты СУЗ ИЯУ, для обеспечения безопасности работы ИЯУ в импульсном, квазиимпульсном и статическом режимах.

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.

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.
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.

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.

Изобретение относится к нейтронному детектору, включающему: корпус, ограничивающий внутренний объем; металлическую часть, служащую в качестве катода; центральную конструкцию, расположенную во внутреннем объеме и служащую в качестве анода; покрытие из бора на катодной части и электрический соединитель, функционально соединенный с центральной конструкцией для передачи сигнала, накапливаемого центральной конструкцией. Детектор характеризуется тем, что по меньшей мере часть покрытия из бора включает атомы бора, внедренные термодиффузией из борсодержащего порошка в катодную часть, причем некоторые атомы бора - в металлическую часть, с образованием покрытия из бора, чувствительного к нейтронам. Также изобретение относится к способу термодиффузии бора. Предлагаемый детектор имеет относительно тонкие однородные покрытия из бора по всей длине с минимальными следовыми количествами других элементов и соединений. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 пр., 4 ил.
Наверх