Внутриреакторные датчики излучения для контроля энерговыделения в реакторе. Особенности работы.

Особенности работы:

-Работают в больших радиационных помехах n=(2-5)10^14(Н/смкв*С) и при мощностях экспозиционной дозы гамма-изл до 100А/кг

-При высоких температурах 300-800градусов, давление до 10МПа

-В условиях сильной вибрации

-В жестких условиях габаритных размеров

Для контроля энергораспределения в АЗ реактора используются

1.активационные индикаторы

распостраненный метод контроля распределения потока нейтронов. Диапазон n=10^2-10^15(Н/см кВ*с)не может обеспечить оперативный контроль энергораспределения.

2.малогаборитные камеры давления(МКД)

Разновидность обычных ИК. Даметр 2-6 мм

3.ЭДН

4.Ионизациционные гамма-камеры (ИГК)

Измерение интенсивности гамма-излучений позволяет получить информацию об энергораспределении, т. к. пропорциональна скорости деления и мощности установки.

↓ Может надо… может нет ↓

(Для внутриреакторных измерений принимают электроэмиссионные детекторы ЭДН.

ЭДН отличаются от ИК простотой конструкции и надежностью. Принцип работы ЭДН основан на свойствах ядер (серебра,ванадия…) превращаться при поглощении нейтрона в радиоактивное ядро,которое претерпевает -распад с излучением быстрого электрона.

Конструкция ЭДН выполнена в виде кабеля с диаметром от 1,5 до 8 мм,который содержит эмиттер.

Эмиттер окружен герметичным коллектором с изоляцией.При облучении в эмиттере накапливаются -активные ядра.Быстрые электроны,образующиеся при распаде,проникают через изолятор к коллектору, в результате чего во внешней цепи идет ток ~ НП.

ЭДН чувствительны только к нейтронам и проблем компенсации -квантов нет.

Это был - эмиссионный ДН (БЭДН)

«-»:

1) Малая чувствительность,тк ядра эмиттера хуже поглощают ,чем ядра регистраторов ИК; при каждом захвате образуется только один , в то время как осколки ядер радиатора ионизируют много атомов газа,образуя большой импульс I.

Чувствительность БЭДН меньше чувствительности борных ИК и КД на 2-3 порядка.В результате, .Это обстоятельство заставляет принимать меры по удалению помех.

2) Инерционность, поскольку при изменении НП ток во внешней цепи меняется по мере накопления -радиоактивных ядер с характерным временем, обратным постоянной распада -активных ядер.Это затрудняет использовать эти датчики для быстрого оперативного управления.Часть тока изменяется мгновенно из-за захвата ядром эмиттера,мгновенно выделяется -квант,который,в свою очередь,может выбить из атомов эмиттера (изолятора).Поскольку -кванты движутся от центра к периферии,этот попадает на коллектор,что воспринимается как ток во внешней цепи.Вероятность взаимодействия -квантов с атомами мала и поэтому мгновенная составляющая составляет 5-10% Iдетектора. Она может быть использована для анализа быстрых флуктуаций мощности в АЗ,когда инерционную составляющую тока,обусловленную -эмиссией,можно считать постоянной.

Этого недостатка нет у ЭДН,в которых образуется мгновенно после захвата в веществе эмиттера в результате взаимодействия захватного -кванта с веществом самого эмиттера.

В результате внутренней конверсии -кванта,рождающегося при захвате ядром материала,испускаются комптоновские или фотоэлектроны.

Часть этих электронов вырывается из эмиттера и окружающей его изоляции и создают положительный заряд. -кванты испускаются очень короткое время,поэтому временная реакция такого детектора будет мгновенной.

Детекторы,основанные на -квантах,называются конверсивными (КДН).КДНы безинерционны так же,как и ИК,но ток от них на 3-4 порядка меньше,чем от ИК,и на 1-2 порядка меньше,чем у БЭДН.

Детекторы контроля мощности устанавливаются за пределами АЗ в пространстве между отражателем и биологической защитой.

Выбор места установки детектора определяется следующим:

1) Находясь вне реактора эти детекторы регистрируют нейтронные утечки.Количество нейтронной утечки при неизменной форме распределения пропорционально среднему потоку в реакторе,а,следовательно,пропорционально средней интегральной мощности реактора.Для улучшения определения потока утечки устанавливают несколько детекторов симметрично относительно оси реактора вблизи центральной горизонтальной плоскости.

2) В местах установки датчиков вне реактора плотность НП на 3-4 порядка меньше,чем в АЗ и .При таких плотностях потоков выгорания чувствительного элемента детектора незначительно и влияние излучения на эл.изоляцию мало.Поэтому изменением чувствительности детектора можно принебречь.

3) В месте установки детекторов контроля мощности нет существенных ограничений по размерам,которые неизбежны при введении в АЗ.Вне АЗ могут быть созданы более благоприятные температурные условия для нормальной работы детекторов.)

11. Ионизационная камера (для гамма-лучей, токовый метод).

В качестве детекторов потока нейтронов или гамма квантов применяются ионизационные камеры и пропорциональные счетчики. Ионизационные камеры регистрируют только заряженные частицы, поэтому могут регистрировать нейтроны и гамма кванты по излучению заряженных частиц, возникающих при взаимодействии нейтронов и гамма квантов с веществом камеры (стенка детектора, газ в объеме детектора).

γ-квант образует в веществе быстрые электроны за счет фотоэффекта, комптон(???) эффекта или за счет эффекта образования пар электрон – позитрон. Эти быстрые электроны и регистрируются благодаря вызываемой ими ионизации.

При прохождении через газ зараженной детектируемой частицы она выбивает из атомов газа электрон и благодаря этому в газе образуется свободный электрон и положительно заряженные ионы. Это явления называется ионизацией газа. Под действием электрического поля электрон направляется к положительному электроду, ионы к отрицательному. Следовательно через газ проходит электрический заряд, поскольку каждая частица может на своем пути взаимодействовать с большим количеством атомов газа, величина электрического заряда, возникающего в цепи много больше заряда детектируемой частицы. Таким же ионизационным действием обладает и квант электромагнитного излучения.

Таким образом, прохождение через газ заряда может быть обнаружено по значению тока или по импульсам напряжения в электрической цепи, связанных с электродами.

Зависимость среднего значения заряда в импульсе , образованного при попадании в объем детектора заряженной частицы при относительном приложенном напряжении:

Эта зависимость позволяет выбрать требуемый режим электрического поля детектора, который является одной из характеристик детектора, отражающееся в наименовании детектора.

Область I характеризуется низкой разностью потенциалов (до 0,2) между пластинами, время движения электронов и ионов велико, и за это время электроны или ионы полностью или частично успевают воссоединиться, не доходя до электродов. Это явление называется рекомбинацией.

В области II напряжение таково, что все образованные ионы достигают электродов и детекторы, работающие в этой области называются ионизационными камерами. Этот режим работы характерен тем, что значение среднего заряда, образованного в детекторе при попадании в объем заряженной частицы не зависит от напряжения, подаваемого в объем детектора. Рабочая точка выбирается в средней части области II (т.А)

После Uкр1 дальнейшее увеличении U не приводит к увеличению Iн1. Если Ф2>Ф1, то ВАХ выше.

Uкр2 соответствует практически полное разделение всех возникающих в объеме пар. Ток I2 называется током насыщения. Увеличение Uкр происходит из-за увеличения плотности нейтронов. В качестве рабочего U берут Uраб = 2 Uкрит1

ИК должны работать в режиме насыщения, ток камеры пропорционален плотности потока нейтронов. Если U на камере недостаточно для получения тока насыщения, то измерения теряют смысл.

Значение тока Iн обратно пропорционально Ргаза в камере и обратно пропорционально квадрату расстояния между электродами

Большие увеличения Uраб в 3-4 раза Uкр приводит к зажиганию см. разряда в газе или пробою в изоляторе. В области III и IV первичные ионы, образованные непосредственно регистрирующей частицей получает дополнительное ускорение (энергию), что достаточно для образования вторичных нейтронов, и, следовательно, к увеличению тока. Происходит увеличение в детекторе носителей заряда и детекторы, работающей в этой области называются пропорциональными счетчиками, число вторичных нейтронов и заряд, собираемый на электродах пропорциональны первично частице.

Область IV называется областью ограниченной пропорциональности. Рабочая точка пропорциональных счетчиков в средней части области III (т.В)

Детекторы, работающие в области V – счетчики Гейгеля-Мюйлера. Напряженность поля достаточна для развития лавинной ионизации, поэтому выходной импульс тока имеет большую амплитуду, не зависящую от числа первичных ионов. Можно регистрировать единичные заряженные частицы, под действием которых в объеме детектора первоначально образуется хотя бы одна пара ионов