Детектор нейтронов для регистрации реакторного нейтронного излучения
Использование: в ядерной физике, атомной энергетике, в частности в системах контроля и обеспечения безопасности энергетических ядерных реакторов. Детектор нейтронов, включает корпус, заполненный люминесцирующей газовой средой и делящимся материалом, выполненным в виде слоя и нанесенным на боковую поверхность корпуса. В одном из торцов корпуса размещен волоконный световод, соединенный с регистрирующей системой для измерения мощности люминесцентного излучения посредством фотоприемника с фильтром. Новым является то, что до фотоприемника посредством волоконно-оптического разветвителя организован дополнительный канал для регистрации скорости счета сцинтилляций в газовой среде, образованный ответвленной частью световода, соединенного посредством дополнительного фотоприемника с собственным фильтром с регистрирующей системой, обеспечивающей возможность счета сцинтилляций в газе от осколков деления, полученных при взаимодействии отдельных нейтронов со слоем делящегося материала. Техническим результатом полезной модели является расширение диапазона регистрации реакторного нейтронного излучения за счет обеспечения возможности регистрации плотности потока нейтронов до 10 6 см-2·с-1, что позволяет использовать детектор не только в рабочем и аварийном режимах, сопровождаемых плотностями потока нейтронов в диапазоне 106-10 17 см-2·с-1, но и в пусковом режиме работы реактора. (1 н.п.ф., 1 фиг.)
Полезная модель относится к детектированию нейтронных излучений и может быть использована в ядерной физике, атомной энергетике, в частности, в системах контроля и обеспечения безопасности энергетических ядерных реакторов.
В связи с необходимостью работы в условиях реактора детектор должен удовлетворять одному из основных требований - функционированию непосредственно от плотности потока нейтронов [1. Ионайтис P.P. Нетрадиционные средства управления ядерными реакторами. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1992.]. При этом нейтронный детектор должен обладать низкой чувствительностью к уровню гамма-фона и высокой электрофоновой устойчивостью.
Известен ядерно-оптический преобразователь (ЯОП), являющийся детектором нейтронного излучения, принцип работы которого заключается в прямом преобразовании кинетической энергии ядерных частиц (например, осколков деления урана) в люминесцентное излучение, регистрируемое с помощью фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) [2. Балдин С.А., Матвеев В.В. Газовые сцинтилляционные счетчики. ПТЭ, 
4, 1963, стр.5-18]. Детектор выполнен в виде корпуса, заполненного газовой люминесцирующей средой с навеской из делящегося материала, и оснащен двумя ФЭУ, установленными с обоих торцов корпуса.
Недостатком таких детекторов является то, что они являются чувствительными к гамма-излучению реактора и их размещение в реакторе сопряжено с необходимостью использования высокого напряжения, подводимого к ФЭУ.
Известен детектор нейтронов (свидетельство на полезную модель 30008, опубл. 10.06.2003), включающий корпус, заполненный люминесцирующей газовой средой, мощность люминесцентного излучения которой линейно зависит от плотности потока нейтронов. На внутреннюю боковую поверхность корпуса нанесен слой делящегося материала. В торец корпуса насквозь введен один из концов волоконного световода, при этом другой конец световода соединен посредством фотоприемника с фильтром с регистрирующей системой для измерения мощности люминесцентного излучения.
Недостаток детектора состоит в том, что с его помощью можно регистрировать плотности потока нейтронов только в диапазоне 106-10l7cм-2 c-l, ограниченном возможностями регистрирующей аппаратуры.
Последнее техническое решение как наиболее близкое по физической и технической сущности выбрано в качестве прототипа.
Решаемой задачей является контроль величины плотности потока нейтронов, наряду с рабочим и аварийным режимами, и в пусковом режиме работы реактора.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является расширение диапазона регистрации реакторного нейтронного излучения за счет обеспечения возможности регистрации плотности потока нейтронов до 106 см-2·с-1, что позволяет использовать детектор не только в рабочем и аварийном режимах, соответствующих плотностям потока нейтронов в диапазоне 10 6-1017 см-2·с-1, но и в пусковом режиме.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного детектора нейтронов для регистрации реакторного нейтронного излучения, включающего корпус с нанесенным на его внутреннюю поверхность слоем делящегося материала, заполненный люминесцирующей газовой средой, мощность люминесцентного излучения которой линейно зависит от плотности потока нейтронов, в торец корпуса насквозь введен один из концов волоконного световода, второй конец световода соединен посредством фотоприемника, снабженного фильтром, с регистрирующей системой для измерения мощности люминесцентного излучения, в предлагаемом детекторе до фотоприемника посредством волоконно-оптического разветвителя организован дополнительный канал для регистрации скорости счета сцинтилляций в газовой среде, образованный ответвленной частью световода, соединенного посредством дополнительного фотоприемника с собственным фильтром с регистрирующей системой, обеспечивающей возможность счета сцинтилляций в газе от осколков деления, полученных при взаимодействии отдельных нейтронов со слоем делящегося материала.
Использование делящегося материала в виде тонкого слоя, нанесенного на внутреннюю поверхность корпуса, и передача оптического сигнала посредством помехозащищенного волоконно-оптического канала передачи информации из зоны облучения за биологическую защиту реактора, где фон ядерного излучения соответствует естественному, позволяет исключить влияние негативных факторов, связанных с работой непосредственно в реакторной зоне, а именно: влияние гамма-фона и электрических наводок на выходной сигнал детектора. При этом способность детектора нейтронов контролировать помимо плотности потока нейтронов в диапазоне 106-10 17 см-2·с-1 плотности потока нейтронов в диапазоне до 106 см-2·с -1, обеспечена за счет организации еще одного канала регистрации с дополнительным 4ютонриемником с собственным фильтром и подбора регистрирующей аппаратуры, обеспечивающей возможность счета сцинтилляций в газе от осколков деления, полученных при взаимодействии отдельных нейтронов па уровне плотности потока 1-106 см -2·с-1 с тонким слоем делящегося материала на внутренней поверхности корпуса детектора.
На фиг. схематично представлена заявленная полезная модель, где
1 - корпус детектора; 2 - слой делящегося материала (источник осколков деления); 3 - люминесцирующая газовая среда; 4, 6 - волоконный световод; 5 - волоконно-оптический разветвитель; 7, 10 - фильтры, соответственно, первого и второго (дополнительного) каналов регистрации; 8, 11 - фотоприемники первого и второго каналов регистрации; 9 - широкодиапазонная регистрирующая система для измерения мощности люминесцентного излучения; 12 - регистрирующая система, обеспечивающая возможность счета сцинтилляций.
Предлагаемый детектор нейтронов выполнен в виде корпуса 1, заполненного люминесцирующей газовой средой 3, на внутреннюю боковую поверхность которого нанесен слой делящегося материала 2. Волоконный световод 4 одним концом насквозь введен в торец корпуса 1 детектора, а другим концом подсоединен к волоконно-оптическому разветвителю 5, который разделяет световод на две ветви - световоды 6 и 6', подводящие световое излучение к двум каналам регистрации. Один из световодов - 6 соединен с регистрирующей системой 9 для измерения мощности люминесцентного излучения посредством фотоприемника 8 с фильтром 7 (первый канал регистрации), а второй световод - 6' соединен посредством дополнительного фотоприемника 11 с собственным фильтром 10 с регистрирующей системой 12 для измерения скорости счета сцинтилляций в газовой среде (дополнительный канал регистрации). В качестве люминесцирующей газовой среды используется, например бинарная смесь благородных газов He-Kr.
Детектор нейтронов работает следующим образом. Под воздействием потока нейтронов реактора делящийся материал 2, нанесенный в виде слоя на внутреннюю поверхность корпуса 1 детектора нейтронов, испускает осколки деления, которые возбуждают газовую среду 3, что приводит к ее люминесценции. Люминесцентное излучение попадает на входной торец световода 4 и транспортируется к волоконно-оптическому разветвителю 5, где разделяется на два канала 6 и 6', но одному из которых 6 излучение попадает на фотоприемник 8 с фильтром 7, сигнал с которого обрабатывается регистрирующей системой 9 для измерения мощности люминесцентного излучения, а по второму 6' излучение попадает на фотоприемник 11 с фильтром 10, сигнал с которого обрабатывается регистрирующей системой 12 для измерения скорости счета сцинтилляций в газовой среде.
При плотности потока нейтронов от 1 до 106 см-2 ·с-1 регистрация осуществляется регистрирующей системой 12 для измерения скорости счета сцинтилляций в газовой среде. При более высоких плотностях потока нейтронов регистрация осуществляется регистрирующей системой 9 для измерения мощности люминесцентного излучения.
Проведенные испытания заявленной полезной модели позволили подтвердить возможность ее использования для регистрации нейтронов в широком диапазоне плотностей потока нейтронов от 1 см-2·с-1 до 1017 см-2·с-1
Полученные результаты дают основание считать, что существует реальная возможность для формирования сигналов управления реактором во всех режимах его работы. Благодаря этому, предложенный детектор нейтронов найдет широкое применение в системах контроля и обеспечения безопасности энергетических ядерных реакторов.
Детектор нейтронов для регистрации реакторного нейтронного излучения, включающий корпус с нанесенным на его внутреннюю поверхность слоем делящегося материала, заполненный люминесцирующей газовой средой, мощность люминесцентного излучения которой линейно зависит от плотности потока нейтронов, в торец корпуса насквозь введен один из концов волоконного световода, второй конец световода соединен посредством фотоприемника, снабженного фильтром, с регистрирующей системой для измерения мощности люминесцентного излучения, отличающийся тем, что до фотоприемника посредством волоконно-оптического разветвителя организован дополнительный канал для регистрации скорости счета сцинтилляций в газовой среде, образованный ответвленной частью световода, соединенного посредством дополнительного фотоприемника с собственным фильтром с регистрирующей системой, обеспечивающей возможность счета сцинтилляций в газе от осколков деления, полученных при взаимодействии отдельных нейтронов со слоем делящегося материала.
