ДЕТЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ АЗОТА-16

Полезная модель относится к технике регистрации радиоактивных излучений и может быть использована в системах контроля и диагностики реакторных установок с водяным теплоносителем, в частности в системе радиационного контроля течи трубопровода.
6
Известен пороговый газовый черенковский детектор для регистрации электронов см. [В.П. Зрелов «Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике высоких энергий», М. Атомиздат, 1968, с. 104]. Детектор состоит из корпуса, излучателя видимого света (радиатора) в виде резервуара с элегазом SF, находящегося под давлением 1,25 атм, системы светосбора в составе сферического и плоского зеркал, фотоэлектрического преобразователя из шести фотоумножителей для регистрации черенковского светового излучения.
6
Недостатком устройства является то, что используемый в нем элегаз SF люминесцирует под воздействием гамма-излучения, что создает на выходе детектора сигналы, соизмеримые с теми, что возникают при регистрации электрона с энергией 10 МэВ. Это не позволяет использовать детекторы на основе элегаза для селективной регистрации бета-излучения изотопа азота-16 в условиях фонового гамма-излучения большой интенсивности.
2
6
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является техническое решение представленное в патенте РФ на изобретение №2263331 «Пороговый газовый черенковский детектор». Детектор содержит газовый радиатор, наполненный смесью углекислого газа CO и элегаза SF с соотношением парциальных давлений соответственно от 1:9 до 1:11, светособирающую систему и фотоэлектронный преобразователь, причем рабочее давление смеси газов выбирается в зависимости от типа заряженных частиц, которые необходимо регистрировать.
Недостатком известного устройства является относительно низкая селективность регистрации бета-излучения изотопа азота-16 на фоне интенсивного гамма-излучения.
Предложенное техническое решение направлено на устранение указанного недостатка, а именно, на повышение селективности регистрации излучения изотопа азота-16 на фоне интенсивного гамма-излучения.
Для исключения указанного недостатка в детекторе излучения азота-16, содержащем газовый светопреломляющий радиатор, преобразователь световых квантов в электрические импульсы и светопередающую систему от газового светопреломляющего радиатора к преобразователю световых квантов в световые импульсы, предлагается использовать газовый светопреломляющий радиатор с коэффициентом преломления равным 1,0033.
В частных случаях исполнения детектора детекторе излучения азота-16 в качестве газового светопреломляющего радиатора предлагается использовать один из газов:
- во-первых, пентан под давлением 196 кПа;
- во-вторых, фреон-114 под давлением 242 кПа;
- в-третьих фреон-12 под давлением 302 кПа.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. схематически показан детектор излучения азота-16, где приняты следующие позиционные обозначения: 1 - газовый светопреломляющий радиатор; 2 - газовая светопередающая система; 3 - преобразователь световых квантов в электрические импульсы.
Детектор излучения азота-16 содержит газовый светопреломляющий радиатор 1, преобразователь световых квантов в электрические импульсы 3 и светопередающую систему 2 от газового светопреломляющего радиатора 1 к преобразователю световых квантов в электрические импульсы 3.
Газовый светопреломляющий радиатор имеет коэффициент преломления света равный 1,0033.
В частных случаях в качестве газового светопреломляющего радиатора 1 используют во-первых, пентан под давлением 196 кПа, во-вторых, фреон-114 под давлением 242 кПа или, в третьих, фреон-12 под давлением 302 кПа.
Работа детектора излучения азота-16 основана на эффекте Вавилова-Черенкова, согласно которому световые вспышки в радиаторе детектора возникают только в том случае, если заряженная частица движется в среде с показателем преломления n со скоростью ν, такой, что выполняется условие ν>c/n (c - скорость света в вакууме). Функциональная связь между коэффициентом преломления среды и пороговой энергией регистрации заряженной частицы составляет основу для изготовления детектора нечувствительного к низкоэнергетическому фоновому излучению. Излучение радиоактивного изотопа азота-16 состоит из бета-частиц, энергия которых доходит до 10,4 МэВ, и гамма-квантов, в основном с энергией 6,13 МэВ. При регистрации детектором бета-излучения азота-16 компонентами фонового излучения являются первичные гамма-кванты азота-16, родившиеся вне помещения, в котором измеряется активность изотопа азота-16, вторичные гамма-кванты, возникающие при взаимодействии первичных гамма-квантов с материалами окружающей среды, а также могут быть гамма-кванты и бета-частицы от других источников излучения реакторного происхождения с энергией не превышающей 6,3 МэВ. Интенсивность фонового гамма-излучения может быть очень высокой в случае, когда в помещении, в котором регистрируется излучение азота-16, расположено оборудование первого контура реакторной установки с водяным теплоносителем. Фоновое излучение, попадая в чувствительный объем детектора (светопреломляющую среду), не вызывает в ней световые вспышки, так как его энергия не превышает пороговую энергию регистрации бета-частиц, равную 6,3 МэВ, которая задана показателем преломления, равным 1,0033. Бета-частицы азота-16, энергия которых выше 6,3 МэВ, попадая в газовый светопреломляющий радиатор 1, движутся в нем со скоростью, большей скорости света, что приводит к появлению световых квантов черенковского излучения. Световые кванты с помощью светопередающей системы 2 попадают на вход преобразователя 3, в котором они преобразуются в электрические сигналы. Таким образом, детектор излучения азота-16 регистрирует только бета-частицы, энергия которых больше 6,3 МэВ, т.е. величину (скорость счета) пропорциональную активности азота-16, находящегося в контролируемом помещении.
Данные о частном случае исполнения рабочего макета детектора излучения азота-16 приведены в таблице.
Техническая реализуемость детектора излучения азота-16 обосновывается расчетом и полученными положительными результатами экспериментов, выполненных в лабораторных условиях на рабочем макете датчика с использованием генератора азота-16 на основе импульсного нейтронного генератора ИНГ-12.
Технический результат - повышение селективности регистрации бета-излучения изотопа азота-16 на фоне интенсивного гамма-излучения.
Промышленная применимость детектора излучения азота-16 обосновывается принципиальной возможностью его использования в системе радиационного контроля течи теплоносителя ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем.