Детектор нейтронов прямого заряда

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к технике измерения ионизирующих излучений и может быть использована в детекторах нейтронов прямого заряда, применяемых преимущественно для внутриреакторных измерений плотности потока нейтронов. Согласно полезной модели детектор нейтронов прямого заряда содержит коллектор, выполненный в виде заглушенной с одного конца металлической трубки, изготовленной из материала с малым сечением взаимодействия с нейтронами, в которой размещен эмиттер, выполненный в виде удлиненного электропроводного цилиндра, изготовленного из материала с высоким сечением взаимодействия с нейтронами, цилиндрический изоляционный элемент, расположенный между эмиттером и коллектором, двужильный кабель, одна жила которого является сигнальной и присоединена к эмиттеру, другая является фоновой, металлическая оболочка кабеля герметично присоединена по периметру к металлической трубке коллектора, установленный на конце кабеля гермоввод, имеющий электрические выводы, присоединенные к сигнальной и фоновой жилам, при этом, эмиттер и изоляционный элемент расположены коаксиально относительно оси коллектора, концы изоляционного элемента выступают за пределы эмиттера, по меньшей мере на 10 диаметров эмиттера, эмиттер выполнен из материала ядерно-взаимодействующего с нейтронами с испусканием электронов, электрическое сопротивление сигнальной и фоновой жил кабеля различаются не более, чем на 5%, электрические выводы соединены с сигнальной и фоновой жилами посредством соединительных проводников, проходящих через полости выводов и герметично соединенных с концами выводом, длины выступающих участков электрических выводов имеют разную длину. Электроизоляционный элемент может быть выполнен в виде электроизоляционной трубки из кварца, или керамики, или из порошка оксида кремния, оксида магния, оксида алюминия, при этом толщина стенки трубки составляет 0,15-0,6 мм. Электроизоляционная трубка может быть выполнена в виде набора идентичных цилиндрических втулок. Эмиттер может быть выполнен в виде отрезка провода, изготовленного из родия, ванадия или серебра, при этом диаметр провода составляет 0,3-1,5 мм. Двужильный кабель может быть выполнен, твистированным с минеральной изоляцией. Внутренняя полость детектора и кабеля может быть обезвожена и заполнена инертным газом, например, гелием.

Полезная модель относится к технике измерения ионизирующих излучений и может быть использована в детекторах нейтронов прямого заряда, применяемых преимущественно для внутриреакторных измерений плотности потока нейтронов.

Известен детектор нейтронов прямого заряда, содержащий эмиттер, выполненный в виде прутка, изготовленного из материала с высоким сечением взаимодействия с нейтронами и испускающего электроны при взаимодействии с нейтронами, коллектор, выполненный в виде металлического стакана, изолятор, выполненный в виде электроизоляционного стакана, изготовленного из спрессованного порошка, при этом стенки стакана расположены между эмиттером и коллектором, и кабель, токоведущая жила которого присоединена к эмиттеру, а оболочка - к металлическому стакану (см. патент США N3787697, кл. 376-153, оп. 1974).

В известном детекторе металлический стакан присоединен к оболочке кабеля через промежуточную втулку и в качестве электрического вывода используется концевой участок токоведущей жилы кабеля, который пропущен через втулку, изготовленную из эпоксидной смолы.

Недостатками известного детектора являются большие габариты и низкая эргономичность. Большие габариты обусловлены наличием промежуточной втулки, в которой размещено соединение эмиттера с токоведущей жилой, при этом диаметр втулки превышает внешний диаметр металлического стакана. Низкая эргономичность известных детекторов обусловлена недостаточной идентичностью детекторов и, как следствие, необходимостью проведения индивидуальной градуировки детекторов при массовом их выпуске и соответствующей настройки измерительных блоков.

В известном детекторе при длительной эксплуатации наблюдается деградация материала втулки, изготовленной из эпоксидной смолы, что приводит к нарушению герметичности детектора, проникновению влаги внутрь детектора и, как следствие, к снижению сопротивления изоляции детектора, появлению токов утечки и соответственно - уменьшению чувствительности детектора и необходимости дополнительной настройки измерительного блока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является детектор нейтронов прямого заряда, содержащий коллектор, выполненный в виде заглушенной с одного конца металлической трубки, изготовленной из материала с малым сечением взаимодействия с нейтронами, в которой размещен эмиттер, выполненный в виде удлиненного электропроводного цилиндра, изготовленного из материала с высоким сечением взаимодействия с нейтронами, цилиндрический изоляционный элемент, расположенный между эмиттером и коллектором, двужильный кабель, одна жила которого является сигнальной и присоединена к эмиттеру, другая является фоновой, металлическая оболочка кабеля герметично присоединена по периметру к металлической трубке коллектора, и установленный на конце кабеля гермоввод, имеющий электрические выводы, присоединенные к сигнальной и фоновой жилам (патент РФ 2138833 С1, G01Т 3/00, 08.02.1999).

Недостатком известного детектора нейтронов прямого заряда является недостаточно высокая эргономичность и не высокая точность измерений из- за разности последовательных сопротивлений сигнальной и фоновой жил кабеля.

Техническим результатом полезной модели является повышение эргономичности и точности измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что детектор нейтронов прямого заряда, содержащий коллектор, выполненный в виде заглушенной с одного конца тонкостенной металлической трубки,

изготовленной из материала с малым сечением взаимодействия с нейтронами, в которой размещен эмиттер, выполненный в виде удлиненного электропроводного цилиндра, изготовленного из материала с высоким сечением взаимодействия с нейтронами, цилиндрический изоляционный элемент, расположенный между эмиттером и коллектором, двужильный кабель, одна жила которого является сигнальной и присоединена к эмиттеру, другая является фоновой, металлическая оболочка кабеля герметично присоединена по периметру к металлической трубке коллектора, установленный на конце кабеля гермоввод, имеющий электрические выводы, присоединенные к сигнальной и фоновой жилам, при этом, эмиттер и изоляционный элемент расположены коаксиально относительно оси коллектора, концы изоляционного элемента выступают за пределы эмиттера, по меньшей мере, на 10 диаметров эмиттера, эмиттер выполнен из материала ядерно-взаимодействующего с нейтронами с испусканием электронов, электрическое сопротивление сигнальной и фоновой жил кабеля различаются не более, чем на 5%, гермоввод выполнен в виде блока, внешняя втулка которого герметично присоединена по периметру к оболочке кабеля, и во внутренней электроизоляционной втулке размещены электрические выводы в виде трубок, через которые проходят соединительные проводники, присоединяемые к внешним герметизируемым концам трубок, имеющим разную длину выступающих из электроизоляционной втулки участков. Электроизоляционная втулка при этом изготавливается из материалов, обеспечивающих герметичность внутренней полости гермоввода при длительной эксплуатации блока в условиях воздействия повышенных радиации, температуры, влажности и т.п., например стекла.

Заявленная конструкция датчика нейтронов обеспечивает повышение его эргономичности за счет небольших массы и габаритов и точности измерений за счет ограничения количества электронов, попадающих на

коллектор, минуя изоляционный элемент и малого различия сопротивлений сигнальной и фоновой жил кабеля.

Целесообразно, чтобы изоляционный элемент был выполнен в виде электроизоляционной трубки из кварца, или керамики, или из порошка оксида кремния, оксида магния или оксида алюминия, при этом толщина стенки трубки составляет 0,15-0,6 мм. Изготовление электроизоляционной трубки из кварца, или керамики, или из порошка оксида кремния, оксида магния или оксида алюминия позволяет обеспечить повышенную радиационную стойкость и возможность эксплуатации детектора при высоких температурах. Толщина стенки трубки 0,15 - 0,6 мм является оптимальной. При толщине менее 0,15 мм снижается механическая прочность трубки и резко увеличивается стоимость ее изготовления, а при толщине стенки превышающей 0,6 мм уменьшается чувствительность детектора вследствие того, что начинает сказываться поглощение эмиттируемых эмиттером электронов материалом изолятора.

Целесообразно, чтобы электроизоляционная трубка была выполнена в виде набора идентичных цилиндрических втулок, что обеспечивает гибкость детектора.

Целесообразно, чтобы эмиттер был выполнен в виде отрезка провода, изготовленного из родия, ванадия или серебра, при этом диаметр провода составляет 0,3-1,5 мм. Эмиттер предпочтительно выполнять в виде отрезка провода для обеспечения постоянства диаметра с высокой степенью точности. В качестве материалов, из которых изготавливают эмиттер, предпочтительно использовать родий, обладающий максимальной чувствительностью, или серебро, как материал, имеющий сравнительно низкую стоимость и достаточно высокую чувствительность, или ванадий, как материал, имеющий слабое изменение чувствительности при длительной эксплуатации, т.е. незначительное "выгорание". Диаметр провода 0,3-1,5 мм является оптимальным. При диаметре провода менее 0,3 мм резко снижается чувствительность детектора, а при диаметрах более 1,5

мм неоправданно увеличиваются габариты детектора. Выполнение эмиттера в виде отрезка провода с постоянством диаметра с высокой степенью точности не требует индивидуальной настройки детектора

Целесообразно, чтобы двужильный кабель имел минеральную изоляцию и перевитые жилы (твистированный кабель).

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Сущность полезной модели поясняется чертежом, описанием конструкции и примером практической реализации.

На фиг. 1 представлен продольный разрез детектора нейтронов.

Детектор нейтронов (фиг.1) включает эмиттер 1, выполненный в виде отрезка провода, изготовленного из родия, ванадия или серебра, при этом диаметр провода составляет 0,3-1,5 мм; изоляционный элемент 2, коллектор 3, выполненный в виде металлической трубки с заглушенной 15 с одного конца, изготовленной из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т или сплава типа ХН78Т (инконель), двужильный кабель 4 с оболочкой 5, минеральной изоляцией 6 и двумя жилами: сигнальной 7, присоединенной к эмиттеру 1, и фоновой 8. Фоновая жила 8 является элементом контроля фонового тока, расположена вдоль сигнальной жилы и изолирована от нее. Гермоввод 9 содержит электроизоляционную втулку 16 и проходящие через нее электрические выводы сигнальной 10 и фоновой 11 жил, при этом вывод 10 сигнальной жилы длинней, чем вывод 11 фоновой жилы. Внутри корпуса гермоввода 9 расположены выравнивающие сопротивления 12 для выравнивания последовательных сопротивлений сигнальной и фоновой жил, электрические выводы 10 и 11, соединенные с сигнальной и фоновой жилами посредством соединительных проводников 13, проходящих через полости выводов и герметично соединенных с концами выводов 14, и электроизоляционная втулка 16.

Пример практической реализации В настоящее время изготавливаются детекторы нейтронов прямого заряда по ШПИС.418246.001 ТУ, имеющие эмиттер диаметром 0,5 мм или 0,8 мм из материала родий или серебро с изоляционным элементом из материала кварц или керамика или оксид магния высокой чистоты и коллектором из металлической трубки имеющей в качестве материала нержавеющую сталь марки 08Х18Н10Т или сплав типа ХН78Т (инконель), линия связи от эмиттера выполнена из двухжильного кабеля с оболочкой из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т или сплава типа ХН78Т (инконель) и изоляционным материалом оксид магния или окись алюминия с перевитыми жилами (твистирование), на конце кабеля установлен гермоввод, имеющий токовыводы, соединенные с жилами кабеля, при этом внутренние полости коллектора, кабеля и гермоввода обезвожены и заполнены инертным газом - гелием.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный детектор нейтронов прямого заряда может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствуют критерию «промышленная применимость».

1. Детектор нейтронов прямого заряда, содержащий коллектор, выполненный в виде заглушенной с одного конца металлической трубки, изготовленной из материала с малым сечением взаимодействия с нейтронами, в которой размещен эмиттер, выполненный в виде удлиненного электропроводного цилиндра, изготовленного из материала с высоким сечением взаимодействия с нейтронами, цилиндрический изоляционный элемент, расположенный между эмиттером и коллектором, двужильный кабель, одна жила которого является сигнальной и присоединена к эмиттеру, другая является фоновой, металлическая оболочка кабеля герметично присоединена по периметру к металлической трубке коллектора, установленный на конце кабеля гермоввод, имеющий электрические выводы, присоединенные к сигнальной и фоновой жилам, отличающийся тем, что эмиттер и изоляционный элемент расположены коаксиально относительно оси коллектора, концы изоляционного элемента выступают за пределы эмиттера, по меньшей мере, на 10 диаметров эмиттера, эмиттер выполнен из материала ядерно-взаимодействующего с нейтронами с испусканием электронов, электрическое сопротивление сигнальной и фоновой жил кабеля различаются не более, чем на 5%, электрические выводы соединены с сигнальной и фоновой жилами посредством соединительных проводников, проходящих через полости выводов и герметично соединенных с концами выводов, длина выступающего участка электрического вывода сигнальной жилы превышает длину выступающего участка электрического вывода фоновой жилы.

2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что изоляционный элемент выполнен в виде электроизоляционной трубки из кварца, или керамики, или из порошка оксида кремния, оксида магния, оксида алюминия, при этом толщина стенки трубки составляет 0,15-0,6 мм.

3. Детектор по п. 2, отличающийся тем, что электроизоляционная трубка выполнена в виде набора идентичных цилиндрических втулок.

4. Детектор по п.1, отличающийся тем, что эмиттер выполнен в виде отрезка провода, изготовленного из родия, ванадия или серебра, при этом диаметр провода составляет 0,3-1,5 мм.

5. Детектор по п.1, отличающийся тем, что двужильный кабель выполнен твистированным с минеральной изоляцией.

6. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя полость коллектора, кабеля и гермоввода обезвожена и заполнена инертным газом.

7. Детектор по п.6, отличающийся тем, что внутренняя полость коллектора, кабеля и гермоввода заполнена гелием.



 

Похожие патенты:
Наверх