Импульсный радиометрический канал

Полезная модель относится к измерительной технике, к устройствам для регистрации потока ионизирующего излучения и измерения плотности потока нейтронного излучения, и может быть применена в аппаратуре управления и защиты реактора атомной электростанции, для исследовательских ядерных установок. Импульсный радиометрический канал содержит блок детектирования 1 с линией связи и блок преобразования 2, включающий в себя входной дифференциальный импульсный усилитель 3 и дискриминатор 4, выходной формирующий каскадом 5, вход которого соединен с выходом дискриминатора 4, а выход которого является первым выходом радиометрического канала. Также канал снабжен блоком обработки потока импульсов 6, содержащим токовый ключ 7 вход которого соединен с выходом дискриминатора 4 и интегрирующий преобразователь ток-частота 8, вход которого соединен с выходом токового ключа 7, а выход является вторым выходом радиометрического канала. Канал снабжен вторым токовым ключом 9, вход которого соединен с выходом импульсного усилителя 3, а выход - с входом интегрирующего преобразователя ток-частота 8. Техническим результатом от применения полезной модели является унификация канала контроля, сокращение числа блоков детектирования для перекрытия диапазона контроля ионизирующего излучения, снижение себестоимости канала контроля, повышение надежности и удобства эксплуатации, расширение возможности применения. 5 илл.

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для регистрации потока ионизирующего излучения и измерения плотности потока нейтронного излучения, создаваемого источником, и может быть применена в аппаратуре управления и защиты реактора атомной электростанции, а также для ядерных установок исследовательских научных центров.

Известен импульсный радиометрический канал, содержащий детектор излучения, кабельную линию связи и блок преобразования по Авт. св. СССР SU 1009216. Недостатком известного радиометрического канала является низкая помехоустойчивость и большая погрешность измерений в верхней части диапазона из-за просчетов импульсов за счет наложений.

Наиболее близким к предложенной полезной модели является широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал, содержащий включенное во входную цепь корректирующее устройство, позволяющее уменьшать наведенный в камере деления ток от осколков деления по Авт. св. СССР 1076849. Недостатком известного радиометрического канала является невозможность его применения для регистрации нейтронного излучения в условиях высокого уровня гамма-излучения в месте установки камеры деления при переходе из импульсного режима в токовый, что характерно, как правило, для исследовательских реакторов, а также для реакторов типа БН-800 на быстрых нейтронах.

Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение диапазона контроля в верхней части импульсного диапазона, что позволяет осуществлять переход из импульсного в токовый режим работы камеры деления при больших рабочих токах, когда влияние гамма-фона на регистрацию нейтронного излучения будет незначительно. Это особенно важно в переходных режимах работы реакторной установки.

Техническим результатом от применения полезной модели является унификация канала контроля, сокращение числа блоков детектирования для перекрытия диапазона контроля ионизирующего излучения, снижение себестоимости канала контроля, повышение надежности и удобства эксплуатации, расширение возможности применения.

Указанный технический результат достигается тем, что импульсный радиометрический канал содержит блок детектирования с линией связи и блок преобразования, включающий в себя входной дифференциальный импульсный усилитель и дискриминатор, канал снабжен выходным формирующим каскадом, вход которого соединен с выходом дискриминатора, а выход которого является первым выходом радиометрического канала, а также канал снабжен блоком обработки потока импульсов, содержащим токовый ключ и интегрирующий преобразователь ток-частота, при этом вход токового ключа соединен с выходом дискриминатора, выход токового ключа соединен с входом интегрирующего преобразователя ток-частота, выход которого является вторым выходом радиометрического канала.

Импульсный радиометрический канал снабжен вторым токовым ключом, вход которого соединен с выходом импульсного усилителя, а выход - с входом интегрирующего преобразователя ток-частота.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема импульсного радиометрического канала полезной модели.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема импульсного радиометрического канала с дополнительным токовым ключом.

На фиг. 3 приведен график временного распределения импульсных сигналов при интегрировании импульсов с выхода импульсного усилителя входной цепью преобразователя ток-частота с учетом наложений импульсов (низкие скорости счета при малых и средних интенсивностях излучения).

На фиг. 4 приведен график, поясняющий обработку сигналов в режиме высоких интенсивностей излучения (двух-, трех-, четырехкратные наложения импульсов).

На фиг. 5 приведен график, поясняющий обработку сигналов при более чем пятикратных, многократных наложениях импульсов.

Полезная модель может быть осуществлена следующим образом.

Импульсный радиометрический канал содержит блок детектирования 1 на основе ионизационной камеры или счетчика нейтронных, -, - или -излучений, соединенный линией связи на основе терморадиационностойкого кабеля с блоком преобразования 2. Блок преобразования 2 включает входной дифференциальный импульсный усилитель 3, выход которого связан с входом дискриминатора 4. С выходом дискриминатора 4 связан вход выходного формирующего каскада 5, выход которого является первым выходом (F1) радиометрического канала. С выходом дискриминатора 4 связан также блок обработки потока импульсов 6, состоящий из последовательно соединенных токового ключа 7 и интегрирующего преобразователя ток-частота 8. Вход токового ключа 7 соединен с выходом дискриминатора 4, а выход интегрирующего преобразователя ток-частота 8 является вторым выходом (F2) радиометрического канала. Вход второго токового ключа 9 связан с выходом импульсного усилителя 3, а выход токового ключа 9 связан с входом интегрирующего преобразователя ток-частота 8.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный радиометрический канал осуществляет усиление импульсов, поступающих от блока детектирования 1 и дискриминацию импульсов по уровню для отсечки шумовых сигналов и выделения полезных сигналов, для чего в дискриминаторе 4 предустанавливают рабочий порог дискриминации. Сформированные импульсы через выходы канала F1 и F2 поступают по линии связи в устройства обработки.

При малой (от 0,001 до 1 имп./с) и средней (от 1 до 10000 имп./с) частоте следования импульсов, представленной на входной осциллограмме I, радиометрический канал обеспечивает выделение полезных импульсов зарегистрированного вида излучения на фоне шумов для последующей передачи на выход F1, F2 - выходная осциллограмма II, III. При этом наложений импульсов не возникает.

При частоте следования импульсов выше 10000 имп./с из-за статистического распределения интервалов между импульсами начинают возникать наложения импульсов, число которых увеличивается с ростом частоты следования импульсов, представленное на осциллограмме IV. При этом возникают двойные, тройные и т.д. наложения импульсов. Так как наложенные импульсы воспринимаются дискриминатором 4 как один импульс, то возникают просчеты, представленные на осциллограмме V, что ведет к увеличению погрешности измерения (по выходу F1).

При дальнейшем увеличении частоты следования импульсов на выходе дискриминатора возникает насыщение по счету и затем, при еще большем увеличении частоты следования импульсов, выходная частота Р1 начинает уменьшаться.

Учет наложений в заявленном радиометрическом канале обеспечивает блок обработки потока импульсов 2. При возникновении наложений длительность импульсов с выхода дискриминатора 4 увеличивается пропорционально кратности наложений, что при интегрировании позволяет учесть наличие наложений и обеспечивает пропорциональность изменения выходного сигнала по выходу F2, что отражено на осциллограмме VI.

Однако при насыщении по счету выходной сигнал F2 также насыщается и не меняется при дальнейшем увеличении частоты следования импульсов.

Второй токовый ключ 9 позволяет производить учет наложений (осциллограмма VII) не только с выхода дискриминатора 4 (осциллограмма VIII), но и наложений по амплитуде с выхода дифференциального импульсного усилителя 3 (осциллограмма IX, X), что позволяет еще более существенно расширить верхнюю границу диапазона измерения (осциллограмма XI).

Работа импульсного канала, включающего второй токовый ключ 9 иллюстрирована осциллограммами IX-XI. Уровень полезного сигнала пропорционален площади сигнала с выхода импульсного усилителя 3.

Таким образом, в заявленном радиометрическом канале токовый ключ 7 выделяет полезный импульсный сигнал над шумами (над шумовыми импульсами). Токовый ключ 9 формирует импульсный сигнал ниже рабочего порога дискриминации. Опорное напряжение U_опорн ключа 9 меньше порога дискриминации U_д . Токовые сигналы с выхода токовых ключей 7, 9 с соответствующими весовыми коэффициентами поступают на вход интегрирующего преобразователя ток-частота 8, который преобразует суммарный сигнал в частоту импульсов.

Частота на выходе преобразователя ток-частота 8 уже учитывает наложенные импульсы (по площади) и таким образом восстанавливает реальную частоту следования импульсов. При этом соответственно расширяется верхняя граница всего диапазона контроля.

Исходя из выше изложенного, выходная частота, полученная на выходе F1 радиометрического канала (для низких и средних скоростей счета) и на выходе F2, с учетом наложения импульсов, при дальнейшей передаче в устройство обработки значительно (более чем на два порядка) расширяет диапазон контроля в верхней части диапазона. При этом полученные диапазоны контроля в устройстве обработки перекрываются между собой не менее чем в двух десятичных порядках.

Экспериментальные исследования с применением предложенной полезной модели импульсного радиометрического канала, проводились с применением блока детектирования на основе ионизационной камеры (КНК-15), при этом в основу импульсного усилителя вошли микросхемы NE592N14 Philips и микросхемы 544 серии, в частности 544УД2А, дискриминаторы выполнены на базе микросхем 521 серии, логическая часть усилителей на базе микросхем 155ЛН1, 1554ЛАЗ, преобразователи ток-частота на базе микросхем 140 серии (140УД17А), 521 серии (521СА2) и 564 серии (564ЛА7, 564ТМ2), а в качестве токового ключа применен транзистор 2Т3117Б.

Эксперимент показал практическое расширение диапазона регистрации в верхней части диапазона контроля более чем на два десятичных порядка. Это позволяет создать широкодиапазонный канал контроля с одной ионизационной камерой с использованием перехода из импульсного режима работы в токовый, и обеспечить работу канала в диапазоне изменения плотности потока нейтронов от 1 до 2·10¹⁰ нейтр./см²·с. Это обеспечивает перекрытие полного диапазона изменения плотности потока нейтронов при работе реактора во всех режимах (пусковом, промежуточном и рабочем).

1. Импульсный радиометрический канал, содержащий блок детектирования с линией связи и блок преобразования, который включает в себя входной дифференциальный импульсный усилитель и дискриминатор, отличающийся тем, что канал снабжен выходным формирующим каскадом, вход которого соединен с выходом дискриминатора, а выход которого является первым выходом радиометрического канала, а также канал снабжен блоком обработки потока импульсов, содержащим токовый ключ и интегрирующий преобразователь ток-частота, при этом вход токового ключа соединен с выходом дискриминатора, выход токового ключа соединен с входом интегрирующего преобразователя ток-частота, выход которого является вторым выходом радиометрического канала.

2. Импульсный радиометрический канал по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен вторым токовым ключом, вход которого соединен с выходом дифференциального импульсного усилителя, а выход - с входом интегрирующего преобразователя ток-частота.