Ответы на вопросы ТУР. 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4

• Название: 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4
• Анкор: Ответы на вопросы ТУР.docx
• Дата: 13.12.2017
• Размер: 6.93 Mb.
• Имя файла: Ответы на вопросы ТУР.docx
• Тип: Документы; #11333
• страница: 7 из 39

14 Принцип работы ионизационных камер для контроля потока нейтронов.

Для регистрации ионизирующих излучений используют различные методы, основанные на измерении результата взаимодействия излучений с веществом.

Например, -кванты образуют в веществе детектора быстрые электроны за счет фотоэффекта, комптон-эффекта, или эффекта образования пар электрон-позитрон. Эти электроны регистрируются благодаря вызываемой ими ионизации.

Нейтроны детектируются посредством двухступенчатого процесса, так как взаимодействие между нейтронами и электронами, обусловленное их магнитными моментами, очень мало и не может привести к ионизации атомов при прохождении нейтронов через вещество.

Нейтроны могут быть зарегистрированы в результате ядерной реакции, сопровождаемой вылетом заряженных частиц, которые фиксируются детектором.

Таким образом, для регистрации нейтронов необходимо иметь радиатор, содержащий ядра, на которых происходит реакция, сопровождающаяся вылетом заряженных частиц.

В связи с тем, что в работающем реакторе необходимо регистрировать нейтронное излучение и в некоторых случаях -излучение, количество методов, нашедших практическое применение, оказывается ограниченным.

В качестве «детектирующих» наиболее часто используются реакции

и реакция деления урана-235 (камеры деления).

Для регистрации вторичных частиц (а-частицы, осколки деления или электроны), образовавшихся в результате взаимодействия нейтронов или -квантов с веществом, обычно используется способность заряженных частиц ионизировать газы.

Поместив в объем, содержащий газ, электроды в виде двух пластин или цилиндров и приложив к ним электрическую разность потенциалов, получим ток, пропорциональный количеству заряженных частиц и их ионизирующей способности.

Такое устройство для детектирования частиц получило название ионизационная камера.

Для регистрации нейтронов применяются ионизационные камеры (ИК), которые делятся на импульсные и токовые.

В камере импульсного типа каждая детектируемая частица производит импульс тока (счетчики). Камерами токовыми называют устройства, регистрирующие средний уровень излучения. При этом ток ионизационной камеры определяется интенсивностью излучения.

 

Ионизационные камеры и счетчики используются, как правило, для измерения нейтронного потока вне активной зоны (в сухой защите), т. е. измеряют нейтроны утечки из активной зоны.

 

Работа ионизационных камер основана на собирании ионов, возникающих при прохождении через камеру ионизирующего излучения.

При облучении газа ионизирующими излучениями возникают два процесса: ионизации и рекомбинации.

При прохождении заряженной частицы через вещество ее электрическое поле взаимодействует с электронной оболочкой атомов. В результате часть электронов отрывается от атомов и на пути частицы образуются положительные ионы.

При прохождении через вещество электромагнитное излучение (у-кванты) поглощается в результате комптоновского рассеяния и образования электрон-позитронных пар. В каждом из этих процессов возникают заряженные частицы (электроны, позитроны), которые способны ионизировать атомы среды.

Принцип работы нейтронных ионизационных камер основан на ионизирующем действии частиц, возникающих в результате реакций типа
(n,a), (n,p), (n,f).

Камеры с использованием реакции (п,a) – это борные камеры.

с использованием реакции (п,р) – это гелиевые камеры,

с использованием реакции (n,f) - это камеры деления

В общем случае к достоинствам ионизационных камер можно отнести их безинерционность.

К недостаткам - выгорание и необходимость высокого напряжения для электропитания камер, что приводит к повышенным требованиям к их изоляции.

Используются ионизационные камеры следующих типов:

КН - с газообразным радиатором:

КНТ - камеры с радиаторами в виде твердого покрытия:

КНК - камеры для измерения нейтронного потока, компенсированные к влиянию y-фона (как с твердым покрытием, так и с газообразным радиатором).

Ток в цепи камеры зависит также и от приложенного к электродам напряжения, поскольку при небольшом напряжении будет происходить частичная рекомбинация ионов. На рисунке 6 показана такая зависимость тока (вольт-амперная характеристика ИК). (Ф₂ Ф₁)

Как следует из графика, после достижения некоторого критического напряжения Uкр дальнейшее увеличение напряжения не приводит к росту тока через камеру при постоянной интенсивности поля излучений, в котором она находится.

Это напряжение соответствует практически полному разделению всех возникающих в рабочем объеме камеры пар ионов.

Предельный ток, который может быть получен при
U Uкр, называют током насыщения Iн.

При увеличении интенсивности излучения Iн также увеличивается.

Одновременно увеличивается и Uкр в связи с большей вероятностью рекомбинации ионов из-за их большей плотности.

В качестве рабочего напряжения на ИК обычно берут Uраб 2 Uкр.

Значение тока насыщения обратно пропорционально давлению газа в камере и обратно пропорционально квадрату расстояния между электродами.

Для регистрации нейтронов в ИК вводится вещество – радиатор - слой аморфного бора или делящегося вещества, нанесенный на один из электродов или на оба.

Принято называть ИК со слоем делящегося вещества камерой деления (КД).

-кванты, попадающие в ИК, образуют электроны как в газе, так и в веществе электродов. Вторичные электроны ионизируют газ и в цепи создается электрический ток.

Поскольку нейтронное излучение в реакторе всегда сопровождается -излучением, то приходится принимать специальные меры для выделения сигнала от нейтронов и компенсации -фона.