Способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯБРЕМЕН-. НОЙ ЗАВИСИМОСТИ.ПЛОТНОСТИ ПОТОМКА НЕЙТРОНОВ, заключающийся в облучении дифференциального детектора источником гамма-излучения, определении зависимости чувствительности от электрических потенциалов на электродах , определении их величины в точках, в которьк чувствительность обращается в ноль, последующем помещении детектора в исследуемое , поле и определении по показаниям дифференциального детектора потока нейтронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений в полях излучения длительностью менее 2-10 с путем определения поправки на показания дифd)epeнциaльнoгo детектора, в исследуемое поле дополнительно помещают гамма-чувствительный детектор, облучают детекторы, не менее двух . (Л раз, причем дифференциальный детектор регулируют так, что значение чувствительности к гамма-излучению поочередно устанавливают больше или меньше нуля, и определяют зависимости отношения сигналов обоих детекторов от времени при каждом облуче нии, по которым определяют поправку к показаниям дифференциального детеко тора.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„10970

4(51) С 01 Т 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3494349/18-25 (22) 24.09,82 (46) 30.06.85. Бюл. У 24 (72) С.В.Чукляев (53) 539.1.074.827(088.8) (56) 1. Патент США Р 3137792, кл. 250-83.1, опублик. 1965.

2. Бакулнн IO.II. и др, Вакуумная камера деления с компенсацией тока от гамма-излучения. M. Атомная

Знергия, 1983, т. 54, вып. 2, с. 123-124..

3. Бакулин 10.П. и др. Методика определения плотности потока быстрых нейтронов. вакуумными камерами деления. III Всесоюзное совещение по метрологии нейтронного измерения на реакторах и ускорителях. Тезисы докладов под ред. Чрыпы В.П. М., Госкомитет СССР по стандартам, 1982, с. 51-53 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕН-.

НОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПЛОТНОСТИ IIOTOKA

НЕЙТРОНОВ, заключающийся в облучении дифференциального детектора источником гамма-излучения, определении зависимости чувствительности от электрических потенциалов на электродах, определении их величины в точках, в которых чувствительность обращается в ноль, последующем помещении детектора в исследуемое поле и определении по показаниям дифференциального детектора потока нейтронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений в полях излучения длительностью менее 2.10 с путем определения поправки на показания дифференциального детектора, в исследуемое поле дополНительно помещают гамма-чувствительный детектор, облучают детекторы не менее двух . раз, причем дифференциальный детектор регулируют так, что значение чувствительности к гамма-излучению поочередно устанавливают больше или меньше нуля, и определяют зависимости отношения сигналов обоих детекторов от времени при. каждом облучении, по которым определяют поправку к показаниям дифференциального детектора.

1 1097

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики, а точнее к области регистрации нейтронов. Наибслее эффективно изобретение может, быть использовано при регистрации временной зависимости плотност потока импульсного излучения нейтронов на ядерных реакторах дифференциальными детекторами с управляемой чувствительностью к гамма-излучению. 1п

Здесь под дифференциальным детектором понимается детектор с регулируемой компенсацией сигнала от гаммаизлучений.

Известен способ измерения плот- 15 ности потока нейтронов, заключающийся в том, что в зону облучения на ядерном реакторе помещают два детектора, один из которых содержит нейтроночувствительный радиатор и, следовательно, чувствителен как к нейтронам, так и к гамма-излучению, а другой, выполненный аналогичным образом, не содержит нейтроночувствительного радиатора и чувствителен в основном к гамма †излучен, измеряют сигналы в них и находят разность сигналов этих детекторов (1).

Способ осуществляется по принципу регистрации, разности сигналов гамма- 3 чувствительного детектора и детектора чувствительного к нейтронам и

rамма-квантам.

Недостатком этого способа является низкая точностьрегистрации плотности 35 потока нейтронов, обусловленная различием в чувствительностях к гам-, ма-излучению этих детекторов, возникающим из-за наличия радиатора в одном из них. Более того, чуствитель-40 ности этих детекторов по-разному зависят от энергии и угла падения гамма-излучения на детекторы, что также является источником погрешности регистрации нейтронов. 45

Известен другой способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов, заключающийся в том, что в зону облучения на ядерном реакторе помещают дифференциальный 50 детектор нейтронов, например вакуумную камеру деления с компенсацией тока от гамма-излучения, и измеряют сигнал в нем, при этом величины влияющих на чувствительность к гамма-55 излучению факторов (электрических потенциалов на электродах детектора) устанавливают такими, что токи от

079 гамма-излучения, возникающие в чувствительных элементах детектора, вычитаются в цепи сигнального электрод. Г2).

Этот способ предполагает использование дифференциального детектора нейтронов, содержащего два чувствительных элемента с общим сигнальным электродом. При этом один из элементов содержит нейтроночувствительный редиатор, эффект от которого регистрируется при вычитании электрических токов элементов в цепи сигнального электрода.

Недостатком этого способа является низкая точность регистрации плотности потока нейтронов, обусловленная различием, из-за наличия радиатора в одном из элементов детектора, их чувствительности к гамма-излучению при установлении одинаковых влияющих на чувствительность факторов.

Наиболее близким по технической сущности к данному техническому

Ю решению является способ измерения временной зависимости плотности потока нейтронов, заключающийся в облучении дифференциального детектора источником гамма-излучения Со, определении

60 зависимости чувствительности от электрических потенциалов на электродах, определении их величин в точках, в которых чувствительность к гамма-излучению обращается в ноль, последующем помещении детектора в исследуемое поле и определении по показаниям дифференциального детектора плотности . Со потока нейтронов.

6о

Недостатком этого способа является низкая точность регистрации временной зависимости плотности. потока импульсного излучения нейтронов длительностью (на половине максимального значения) менее 2 10 с. Погрешность возникает на заднем фронте импульса излучения в результате того, что чувствительные элементы дифференциального детектора имеют различные зависимости от энергии и угла падения гамма-квантов (вследствие наличия нейтроночувствительного радиатора в одном из них) и изменения во времени энергетического и углового распределений гамма-квантов на заднем фронте импульса излучения, которое обусловлено вкладом в гамма-излучение реакции деления гамма-излучения, возникающего в результате

3 1097079 4 реакций (H М g ), (tI $ ) при замед" компенсации на задн ленин нейтронов до тепловых энергий са излучения, в веществе, окружающем активную зонУ На фиг. 1 изобр конструкций и защит, а также гамма- симости плотностей излучения продуктов деления вещества 5 и тепловых нейтроно активной зоны со сравнимым с посто- создаваемой гамма-и янной времени убывания заднего мени; на фиг. 2 — r фронта импульса излучения периодом сигналов дифференци полураспада. нейтронов при разли

Другим недостатком этого способа 10 влияющих на чувстви является отсутствие возможности оп- излучению факторов ределения погрешности регистрации тельного детектора плотности потока нейтронов, возни- фиг. 3 — график зав

- кающей вследствие неточности компен- сигналов гамма-чувс сации сигнала от гамма-излучения на 15 тора и дифференциал ядерном реакторе. нейтронов от времен

Целью изобретения является увели- Прежде чем рассм чение точности измерения временной осуществления спосо зависимости плотности потока неитроимпульсное излучени нов длительностью менее 2.10> 20 на половине высоты имеет на заднем фро путем определения поправки на пока"

Ф энергетические и уг зание дифференциального детектора.

Цель достигается тем, что по способу измерения временной зависи- . вРеменных зависимос мости плотности потока нейтронов, 25 потока быстрых и те . заключающемуся в облучении дифферен (кривые 1,2 соо к ивые 1 2 соответ свидетельствуют о т циального детектора источником вале времени от 2 ° 1 гамма-излучения, определении зависимости чувствительности от электри- гамма злуч " э ческих потенциалов на электродах, определении их величин в точках, в которых чувствительность обращается в при замедлении нейт ноль, последующем помещении детектора энергий в веществе, в исследуемое поле и определении по активную зону конст показаниям дифференциального детек- 35

Действительно, срав тора плотности потока нейтронов, в зависимости 1 с вре исследуемое .поле дополнительно поме- . мостью .мощности дозь щают гамма-чувствительный детектор, чения 3, зарегистри облучают детекторы яе менее двух pas ной камерой с эмитт причем дифференциальный детектор 40 ющей стали, показыв регулируют так, что.значение чувстви-. шение компонент пол тельности к гамма»излучению поочев пользу гамма-иэлу

Рейно устанавливают больше и меньше :IIQJIb У нуля, и определяют -зависимости отно- .тельно, оче ид очевидно, ч шения сигналов обоих детекторов от 45 энергетич эне гетические расп квантов также измен времени при кжкдом обучении, по . которым определяют поправку .к показаСпособ осуществл киям дифференциального детектора. образом акой способ. измерения временной 50 зависимости плотности потока нейтро- . нов позволяет увеличить точность в .импульсных полях излучения длитель.ностью менее 2 10 с за счет введения в величину факторов, влияющих 55 на чувствительность к гамма-излучению дифференциального детектора, поправки, учитывающей смещение точки полной ем фронте импульажен график завипотока быстрых в и мощности дозы злучением, от врерафик зависимости ального детектора чных величинахтельность к гаммаи гамма-чувствиот ВреМеНН> на исимости отношений твительного детекьного детектора и. атривать пример ба отметим, что е с длительностью порядка 10 с нте нестационарные ловые распределеНесовпадение тей плотности пловых нейтронов ственно на фиг. 1) ом что в инте 0 сдо710 с испускаемое активреактора, дает ие, возникающее (h, II g ), (И,,g) роков до тепловых окружакщем рукций и защит. нение временной менной зависи1 гамма-иэлурованной вакуумером из нержавеает, что соотноя увеличивается чения. Следовато угловое и ределения гаммаяется во времени. яется следующим

Дифференциальный детектор нейтронов типа вакуумной камеры деления (ВКД) с радиатором U облучают сначала в поле гамма-излучения изотопного источника Со и измеряют 6О зависимость чувствительности от потенциала U на электроде секции, -Ф не содержащей нейтроночувствительного радиатора, при потенциале

0 -100 В на электроде секции, снаб1097079 женной нейтроночувствительным ради-, атором.

Находят величину потенциала

+U + 750 В, при котором чувствительность обращается в ноль. 3

Затем этот детектор помещают сов. местно с детектором гамма-излучения типа детектора с диэлектрическим рассеивателем (ДДР), выполненным практически не чувствительным к

Hpéòðoíàè, в поле излучения ядерного реактора.

Облучают детекторы совместно четырьмя импульсами гамма-нейтронного излучения длительностью 1 О с и 15 измеряют зависимости сигналов этих детекторов от времени, при этом величину потенциала - U в ВКД сохраняют равной -100 В, а величину потенциала +U регулируют так, чтобы 20 величина чувствительности к гаммаиэлучению устанавливалась меньше и больше ноля. На фиг. 2 кривые

4. 5, 6, 7 соответствуют зависимости

ВКД при Б 800, 500, 700, 600 В, 25 а кривая 8 — зависимости сигнала ДПР от времени.

Сигнал дифференциального детектора 3„ (t) можно связать с составляющими поля излучения соотношением ЗО где g,,Р„ — плотность потока нейтронов и мощность дозы ЗЗ гамма-излучения соответственно; — время;

k>.,kIt — чувствительности к нейтронам и гамма-иэлу-" чению соответственно.

Находят зависимость отношения сигнала гамма-чувствительного детектора ЛЛР к сигналу нейтроночувствительного детектора ВКД от времени при каждом 4$ облучении (кривые 9, 10, 11 и 12 на фиг. 3 соответствуют отношениям сигналов при потенциалах У = +800, 500, 700, 600 В), по которым опреде ляют поправку к величине потенциала 5О при каждом последующем облучении. .При этом считают при потенциалах U = +800, 700, 600 В К у О, так как при этих потенциалах существуют моменты времени t = 5; 8; 10; 5 ° 10 с,$5 в которых 3„ (+ ) = О, а следовательно, при +U = 500 В K g > О.

Таким образом выделяют интервал напряжений на электроде ЬКД вокруг точки полной компенсации сигнала от гамма-излучения на ядерном реакторе.

По графикам на фиг. 3 определяют зависимости от времени значения поправки на показания дифференциального детектора 3, обусловленной гамма-излучением, по формуле

ФЦ =+6905 а ", (1 0 =+ 500

".(о

4ц где q g — зависи мости от времени отношений сигналов ДДР и ВКД при чувствительности последней к гамма-излучению меньше и больше нуля соответственно.

Таким образом, при потенциалах на электродах ВКД U = -100 В и

+500 В U +600 В погрешность измерения временной зависимости плотности потока импульсного излучения нейтронов составляет не более 25% до момента времени 1 = 5"10 с и

57 до момента времени 4 = 4 10 с.

-4

Пр едложе нный с пос об из мере ния временной зависимости плотности потока нейтронов по сравнению с наилучшими аналогичными способами (см,прототип) позволяет увеличить точность в импульсных полях на 5-103 за счет компенсации сигнала детектора от гамма-излучения на ядерном реакторе.

Действительно, величина погрешности, обусловленной гамма-излучением, зависит от точки компенсации сигнала от гамма-излучения в конкретных условиях измерения, т.е. от точности определения величин влияющих факторов, при которых kg = О, В описании прототипа величины этих факторов для ядерного реактора определяются на изотопном источнике гамма-квантов

Со. Однако это приводит к погрешности, которая может достигать 10Х.

Погрешность возникает вследствие различий в распределениях гамма,квантов по энергиям и градиентов поля излучения на этих источниках.

Осуществление регистрации сигнала детектора нейтронов предлагаемым способом позволяет скомпенсировать сигнал от гамма-излучения на

6

В

7 1097079 ядерном реакторе в месте размещения детектора и тем самым уменьшить в погрешность определения временной р зависимости плотности потока нейтро- д нов. 5 н b

Х

2 с, 70

8

Выполнение способа описанным

ыше образом позволяет также расшиить временной интервал измерений о величины, равной пяти длительостям импульса.

l097079

t,ñ

tPvz. Г

1097079

Составитель С. Чукляев

Редактор О. Юркова Техред М.Пароцай Корректор А. Тяско

Заказ 4510/4

Тираж 748

Подписное

Ъ

3 ь

x+ f0 ф

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4