Широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал

Широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ШИРОКО ДИАПАЗОННЫЙ ИМПУЛЬСНОТОКОВЫЙ РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ КАНАЛ, содержащий детектор, соединенный через линию связи с последовательно соединенными согласующим импульсным усилителем, дискриминатором и первым входом устройства обработки информации, другой вход которого подключен к выходу измерителя тока, отличаю ицийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений и увеличения надежности при переходе из импульс- . ного режима работы в токовый, в него введены резистор,схема вычитания и функциональное корректирующее устройство, вход функционального корректирующего устройства и один из выводов резистора . соединены с выходом детектора,выход функционального корректирующего устройства и другой вывод резистора соедиТГёиь с соответствующими входами схемы высл читания, выход которой соединен с входом измерителе тока. с: к 00 |4 О

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК с1е св

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3514398/18-25 (22) 01.09.82 (461 28.02.84. Бюл. Р 8 (72I С.В.Волков, A.М.Гусаров, В.С.Жернов и Ю.Б.Прохоров (53) 535.214.4 (088.8} (561 1.Цитович А.П. Ядерная радиоэлектроника. М., "Наука", 1969, с. 92-93.

2.Ханигер Л. и др. Широкодиапазонная импульсно-токовая измерительная линия для контроля, пуска и перегрузки ТВЭЛ в реакторах типа ВВЭР.—

Труды.2-й Научи.-техн. конф. стран членов СЭВ. Варшава, Т.2, 10-15 декабря 1973, с. 1313 (прототип J. (54 J(57I ШИРОКОДИАПАЗОНHbIA ИМПУЛЬСНОТОКОВЫЙ РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ КАНАЛ, содержащий детектор, соединенный через

ЗС5п G 01 Т 1/16j G 21 С 17/10 линию связи с последовательно соедйненными согласующим импульсным усилителем, ди скр ими н а тором и п ервым входом устройства обработки информации, другой вход которого подключен к выходу измерителя тока, о т л и ч а ю .щ и и с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений и увеличения надежности при переходе из импульсного режима работы в токовый, в него введены резистор, схема вычитания и функциональное корректирующее устройство, вход функционального корректирующего устройства и один иэ выводов резистора, соединены с выходом детектора, выход функционального корректирующего устройства и дру гой вывод рез истора соеди пены@ с соответствующими входами схемы вычитания, выход которой соединен с входом измерител>, тока.

1076849

Изобретение относится к ядерной физике и предназ начено для измерения в широком диапазоне (10 -11 .цесятичных порядков ) быстроменяющихся плот ностей потока нейтронов,в том числе с, их знакопеременным градиентом, в аппаратуре контроля нейтронного потока систем управления и защиты ядерных реакторов.

Известны импульсные и токовые радиометрические каналы, состоящие. из блока,цетектирования, расположенного в зоне облучения, и электронного устройства обработки сигналов с блоков детектирования, расположенного вне зоны облучения. )

Блок детектирования, выполненнйй, например, на основе импульсной или токовой ионизационной камеры, как правило соединен с электронным устройством обработки посредством ка- 2О бельной линии связи.

Электронное устройство состоит из предварительного усилителя, осуществляющего усиление сигнала от детектора, и соединенного последовательно с усилителем устройства выделения полезного сигнала (дискримйнатор, частотный детектор), с выхода которого сигнал поступает на выходное устройство, осуществляющее необходимую обработку и вывод информации на дОказывающие приборы и в систему управления и защиты(СуЗ).

В качестве предварительных устройств обработки используют, например, токовые усилители, преобразователи ток-частота, ток-напряжение.

Сигналы с преобразователей обрабатываются так же как в импульсных каналах (.1 j

Однако известные радиометрические 0 каналы имеют недостаточно широкий диапазон измерений: импульсные из-за ограничений счета импульсов от камеры, определяемой параметрами импульсного сигнала и временными 45 параметраМи усилителей-формирователей, а токовые — из-за невысокой чувствительности и фоновых (или остаточных ) токов, обусловленных наличием сопутствующих ионизирующих гам- 5О ма-, бета-излучений и наведенной активностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является широкодиапазонный импульсный токовый радиометрический канал, содержащий детектор, расположенный в.зоне облу.чения, состоящий иэ импульсно-токовой ионизационной камеры деления, разделительного дифференциального 60 трансформатора и фильтра питания камеры и соединенный через линию связи с последовательно включенными согласующим импульсным усилителем, искриминатаром и первым входом, g5 устройства обработки информации, другой вход которого подключен к выходу измерителя тока,.

Импульсный усилитель, линейный дискриминатор, измеритель тока камеры и устройства обработки сигналов, соединенные посредством кабельной линии связи с блоком детектировання, расположены вне зоны облучения (2 $

К недостаткам известного радисметрического канала относится возникновение значительной погрешности (более 100% ) при измерении относительно малых плотностей ;:отока тепловых нейтронов (область перехода из импульсного режима работы камеры в токовый), например, при сбросах мощности по сигналам аварийной защиты (или по другой причине ) и быстром вводе реактора на мощность после устранения причин, вызвавших останов реактора, что обусловлено значительной величиной остаточного тока вследствие распада продуктов деления урана-235 в рабочем объеме камеры деления.

Следовательно, гри использовании известного радиометрического канала для широкоциапазонного контроля нейтронной мощности реактора фактически не обеспечивается переход от импульсного режима работы камеры деления в токовый (нет перекрытия диапазонов ), в то время, как для надежной работы аппаратуры требуется перекрытие между импульсным и токовым режимами работы камеры не менее одного десятичного порядка.

По результатам испытания известного радиометрического канала фактически между импульсным и токовым режимами работы камеры существует неконтролируемый участок около

1-2 десятичных порядков (10 —

1Q нейтр./см с), что является недо1 пустимым с точки зрения обеспечения надежного контроля реактора (при этом погрешность измерения составляет более 100o- ).

Цель изобретения — уменьшение погрешности измерений и увеличение надежности при переходе иэ импульсного режима. работы в токовый.

Поставленная цель достигается ,тем, что в широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал, содержащий детектор, соединенный через линию связи с последовательно соединенными цогласующим импульсным усилителем, дискриминатором и первым входом устройства об-. работки информации, другой вход которого подключен к выходу измерителя тока, введены резистор, схема вычитания и функциональное корректирующее устройство, вход функцио1076849

5

55 Пусковые камеры деления обеспечивают контроль реактора до уровня плотности потока нейтронов

10 нейтр./см2с. Выше этого уровня контроль реактора обеспечивается

60 токовым режимом работы детектора 1.

Поэтому для надежного контроля реактора необходимо обеспечить пере крытие между импульсами и токовыми режимами детектора не менее одного

65 десятичного порядка ° Перекрытие опПри первом пуске реактора до вывода его на номинальный уровень мощности плотность потока нейтронов в месте расположения детектора 1 не превышает (10 - 10 )нейтр./см с. Детектор 1 работает в импульсном режиме. Импульс ная составляющая сигналов детектора

1 усиливается согласующим импульсным усилителем 3 и поступает через диснального корректирующего устройства и один из выводов резистора соединены с выходом детектора, выход функционального корректирующего устройства и другой вывод резистора соединены с соответствующими входами схемы вычитания, выход которой соединен с входом измерителя тока.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого широкодиапазонного импульсно-токового радиометрического канала, на фиг. 2 — зависимость выходного сигнала от плотности потока нейтронов.

Широкодиапазонный импульсно-токовый радиометрический канал (фиг.1) состоит из детектора 1, например импульсно-токовой ионизационной. камеры деления, который через линию

2 связи подключен к согласующему импульсному усилителю 3, выход которого соединен с линейным дискриминатором 4.

Детектор 1 соединен также через линию 2 связи с одним из выводов резистора 5 и с входом функционального корректирующего устройства б, выход которого и другой вывод резистора 5 соединены с соответствующими входами схемы 7 вычитания.

Выход схемы 7 вычитания подключен к измерителю 8 тока, а выходы дискриминатора 4 и измерителя 8 тока подключены к входам устройства 9 обработки информации.

На фиг. 2 обозначены кривая 10 характеристика импульсного режима работы прототипа и предлагаемого устройства (от А до B), кривая 11 характеристика уровня собственного фона предлагаемого устройства и прототипа, кривая 12 — характеристика уровня собственного фона после компенсации, кривая 13 — характеристика токового режима работы прототипа и предлагаемого устройства и уровень 14 внешнего фона прототипа. ,Экспериментальные характеристики снимали на действующем реакторе при штатном расположении блока детектирования в канале ионизационных камер (ИЕ } реавтора (в блоке детектирования испольэовали импульснотоковую камеру деления КНК-15 г °

Широкодиапазонный импульснотоковый радиометрический канал работает следующим образом. криминатор 4, осуществляющий выделение полезного сигнала, в устройство

9 обработки информации.

При потоках свыше 104 нейтр./см с появляется информационная токовая составляющая детектора 1. В токовом режиме ионизационная камера рабо- тает как источник тока, величина которого пропорциональна плотности потока нейтронов.

Ток с детектора через резистор 5 поступает на один из входов схемы 7 вычитания. При этом на резисторе 5 выделяется напряжение д 0, равное

3 R . где 3< — величина тока камеры; И вЂ” величина сопротивления резистора 5. Это напряжение, величина которого также пропорциональна вели чине плотности потока нейтронов в месте расположения детектора, поступает на вход функционального корректирующего устройства б, формирующего на выходе корректирующий ток, поступающий на второй вход схемы 7 вычитания.

Величина корректирующего тока для камеры КНК-15 с радиатором из

U (в стационарном режиме работы реактора составляет величину порядка (2-5} 10 4от текущего значения тока камеры, и поэтому при увеличении мощности реактора корректирующий ток„ вычитаемый из основного тока камеры, практически не влияет на результат измерения. Таким образом, результирующий ток, формируемый на выходе схемы 7 вычитания и поступающий на вход измерителя 8 тока, практически равен текущему значению тока камеры, обусловленному конкретной величиной плотности потока нейтронов в месте расположения детектора. для других веществ- радиаторов величина корректирующего тока может иметь большую величину от текущего значения тока камеры, при. этом результирующий ток на выходе схемы рычитания будет более точно соответ-.

;твовать конкретной величине плотности потока нейтронов в месте расположения детектора. С выхода измерителя 8 тока сигнал поступает в устройство 9 обработки информации, формирующее требуемые сигналы для контроля и защиты реактора.

1076849 ределяется верхним значением плотности потока нейтронов, измеряемым в импульсном режиме, и нижним значением плотности потока нейтронов, измеряемым в токовом режиме. Первое значение ограничено временными параметрами импульсного сигнала с детектора 1 и составляет около

10 нейтр./см с, а второе — начальным значением собственного тока камеры. Собственный ток камеры обус- 10 ловлен естественным распадом 0 9 в рабочем объеме камеры деления и определяет также погрешность изме-рения на начальном участке токового режима работы камеры (фиг. 2, кривая 13).

При облучении нейтронами делящегося вещества(0233 )камеры деления появляются радиоактивные изотопы, возникающие в результате накопления радиоактивных осколков деления ядер 0»

Значительная часть указанных радионуклидов обладает жестким гамма- и бета-излучением, создающим в рабочем объеме камеры деления дополнительный фоновый ток, пропорциональный уровню плотности потока нейтронов, и определяет скорость нарастания и спада этого тока после включения и выключения реактора. Этот ток создает дополнительную погрешность измерения в известном устройстве даже при первом пуске реактора.

Величина фонового тока при пуске реактора сравнительно мала, поэтому этой погрешностью можно пренебречь.

Однако даже после непродолжительной (30 мин и более / работы ректора на номинальной мощности (уровень плотности потока нейтронов (10 — 40

10"онейтр. /см2с и выше ) величина дополнительного фонового тока становится з начит ель но больше собств енного тока камеры. При этом нижняя граница диапазона регистрации в токовом режигле становится больше верхней границы регистрации в импульсном режиме (фиг. 2, кривые 10 и 14 ) и погрешность изглерения при переходе из импульсного режима работы камеры в токовый значительно больше 100%.

Такая ситуация возникает, например„ при остановке реактора по сигналу аварийной защиты и последующем его выводе на номинальный уРовень мощности.

В предлагаемом устройстве. на выходе функционального корректирующего устройства б при работе реактора на номинальной мощности устанавливается уровень корректирующего тока, соот- 6О ветствующий доле дополнительного фонового тока от осколков деления вещества — радиатора, который поступа-. ет на второй вход схемы 7 вычитания, осуществляющей вычитание этого тока из общего тока детектора 1 ° Тем самым уменьшается погрешность измерения радиометрического канала н статическом режиме.

При резком уменьшении мощности реактора (динамический режим, например сброс A3) изменение выходного тока и тока устройства б соответствует параметрам (временным ) периодов полураспада продуктов деления урана-235, таким образом осуществляются динамические вычитания дополнительного фонового тока из результирующего тока камеры, позволяющее сущестненно уменьшить погрешность измерения в токовом режиме работы реактора.

Требуемая временная зависимость изменения уровня функционального корректирующего устройства. формируется с помощью цифроной техники или с помощью РС-цепей. функциональное корректирующее устройство б должно формировать временную зависимость спада наведенного тока детектора 1 и может быть выполнено, например, на элементах аналоговой техники — совокупность RC -цепочек с постоянными времени, соответствующими периодам полураспада продуктов деления вещества-радиатора (урана-235 ) или других нуклидон например Т* 232 (р23, Рд239 соединенных с суммирующим усилителем, формирующим на выходе результирующую временную зависимость изменения корректирующего тока (не показан ).

Использование для формирования временной зависиглости измерения наведенного тока детектора элементов вычислительной техники позволяет получить более точное воспроизведение реальной временной зависимости измерения этого тока и тем самым уменьшить погрешность измерения.

Применение предлагаемого радиометрического канала дает нозмо>кность значительно сократить объем аппаратуры, а высвободившиеся каналы ИК использовать в качестне резервных, в результате значительно повышается надежность измерительного комплекса, что особенно важно для электронной аппаратуры, применяемой в системе управления и защиты реакторов.

Кроме того, применение одного детектора обеспечивает получение более достоверной информации.

1076849

Asx, 8

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðîä, ул.Проектная,4

Заказ 741/4 3

Составитель 3. Челнокова

Редактор A. Лежнина Техред Л, Коцюбняк корректор И. Жусйа