ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА ДЕЛЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель (ионизационная камера деления, обозначаемая далее ИКД) - измерение ионизирующих излучений, в частности, к оборудованию систем управления и защиты ядерных реакторов и используется в качестве первичного преобразователя внутриреакторного канала контроля плотности потока нейтронов.
К основным требованиям, предъявляемым к ИКД для внутриреакторных каналов контроля плотности потока нейтронов, относятся высокая надежность и чувствительность при минимальных поперечных размерах.
Для обеспечения надежности и помехозащищенности каналов ионизационная камера конструктивно объединяется с линиями связи, элементами экранирования и внешним корпусом в одно устройство, называемое подвеской ионизационной камеры.
При создании подвесок и ИКД для внутриреакторных каналов контроля плотности потока нейтронов ограничение по диаметру ИКД является одним из критических параметров. Так, например, диаметр канала внутри активной зоны энергетического реактора, в который можно поместить подвеску ионизационной камеры, как правило, не превышает 6 мм.
3
Известна ионизационная камера деления, включающая цилиндрический корпус, в котором коаксиально расположен внутренний электрод, разделенный с корпусом дистанционирующими изоляторами, металлокерамический узел и штенгель (В.И.Алексеев, И.Я.Емельянов, В.М.Иванов и др. А.с. СССР №482704 МПК G 01 T 3/00, заявл. 03.08.1973, опубл. 05.08.1976, бюлл. №29). Кроме того, в корпусе по длине камеры установлены наружный собирающий и промежуточный охранный коаксиальные электроды. Промежуточный охранный электрод отделен
наружными дистанционирующими изоляторами от корпуса и внутренними изоляторами от внутреннего электрода, с которым соединен изолированными токопроводящими перемычками наружный собирающий электрод разделенный по длине на расположенные с зазором между наружными дистанционирующими изоляторами секции, которые отделены изоляторами от промежуточного охранного электрода, а от трубчатого корпуса камеры - газонаполненным промежутком, причем покрытие из делящегося материала нанесено на внешнюю поверхность собирающего электрода.
Рассмотренная конструкция ионизационной камеры нашла широкое применение при контроле нейтронного потока в активной зоне ядерного реактора при установке подвески ионизационной камеры вне активной зоны.
Недостатком данной конструкции является использование многочисленных элементов, что приводит к усложнению конструкции и, что самое главное, к увеличению диаметра камеры, что не позволяет применить ее в подвеске, предназначенной для проведения измерения плотности потока нейтронов непосредственно внутри активной зоны ядерного реактора.
Известна ионизационная камера деления, включающая цилиндрический корпус с расположенным в нем внутренним электродом, на который нанесено покрытие из делящегося материала, и дистанционирующими изоляторами, металлокерамический узел и штенгель. (Малышев Е.К., Стабровский С.А. Малогабаритные ионизационные камеры и их применение на ядерных реакторах. - Атомная техника за рубежом, 1983, №12, с.10-17).
Указанная конструкция ИКД характеризуется малым диаметром, является малогабаритной, что позволяет использовать ее в подвеске ионизационной камеры, предназначенной для проведения измерения плотности потока нейтронов непосредственно внутри активной зоны ядерного реактора. Однако, ее существенным недостатком является ее малая чувствительность вследствие малой площади покрытия из делящегося материала, что не позволяет обеспечить контроль плотности потока
нейтронной ядерного реактора в заглушенном состоянии и при выводе его на номинальный уровень мощности.
7
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является ионизационная камера деления, включающая цилиндрический корпус, покрытый изнутри делящимся материалом, дистанционирующие изоляторы, вставленные в торцевые выборки в каждой секции, металлокерамический узел и штенгель, причем цилиндрический корпус выполнен в виде многосекционной сборки, а секции соединены кольцевыми спаями. (Алексеев С.В., Школяренко В.В, Кириченко Г.П. Свидетельство РФ на полезную модель №29382 МПК G 01 Т 3/00 Заявл. 14.08.02. Опубл. 10.05.03. Бюл.№13)
Указанная конструкция ИКД характеризуется малым диаметром и может быть использована в подвеске ионизационной камеры, предназначенной для проведения измерения плотности потока нейтронов непосредственно внутри активной зоны ядерного реактора. Однако к ее существенным недостаткам следует отнести то, что для достижения требуемой чувствительности необходимо использовать в конструкции такое число секций, которое приводит к большой длине камеры, неточность позиционирования внутреннего электрода ИКД в изоляторах относительно цилиндрического корпуса, а также низкую механическую прочность торцевых спаев, нарушение герметичности которых приводит к выходу ИКД из строя.
Перед автором полезной модели стояла задача повысить чувствительность ИКД к нейтронному потоку при одновременном уменьшении длины ИКД, устранить неточность позиционирования внутреннего электрода относительно цилиндрического корпуса, а также повысить механическую прочность ИКД.
Поставленная задача решается тем, что в ионизационной камере деления, включающей цилиндрический корпус, выполненный в виде многосекционной неразъемной сборки, с коаксиально расположенным в нем внутренним электродом, покрытие из делящегося материала, нанесенного на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса и наружную поверхность внутреннего
электрода, дистанционирующие цилиндрические изоляторы, металокерамический узел и штенгель, на наружной поверхности каждой секции цилиндрического корпуса выполнены торцевые выборки, между торцевыми поверхностями каждой секции установлены дистационирующие цилиндрические изоляторы заподлицо с поверхностью выборок, а неразъемное герметичное соединение секций осуществляется за счет цилиндрических втулок, устанавливаемых на торцевые выборки с перекрытием выборок соседних секций и дистанционирующих изоляторов и соединенных с секциями кольцевыми сварными швами.
Нанесение делящегося материала на наружную поверхность внутреннего электрода повышает площадь покрытия, что приводит к увеличению чувствительности ИКД, приходящейся на единицу длины ИКД.
Наличие торцевых выборок на наружной поверхности каждой секции позволяет выполнить диаметр и длину выборок с требуемыми допусками, что обеспечивает необходимую точность сборки.
Размещение дистанционирующих изоляторов между торцевыми поверхностями секций заподлицо с поверхностью выборок позволяет устранить возможность их перемещения и, следовательно, повысить надежность ИКД за счет устранения возможности перемещения внутреннего электрода.
Применение цилиндрических втулок для соединения секций обеспечивает, во-первых, надежную фиксацию дистанционирующих изоляторов и внутреннего электрода относительно цилиндрического корпуса за счет точной подгонки длины и диаметра втулки, а, во-вторых, устраняет возможность повреждения сварного шва между секциями при случайном изгибе и, следовательно, устраняет возможность нарушения герметичности ИКД и выхода ее из строя. Все это в совокупности повышает надежность ИКД.
Указанная совокупность отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемой ИКД критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется фигурой 1, на которой схематически изображена заявляемая ионизационная камера деления.
Ионизационная камера деления состоит из цилиндрического корпуса, составленного из секций 1. В корпусе коаксиально расположен внутренний электрод 2, имеющий покрытие из делящегося материала 6, а также дистанционирующие изоляторы 3. Цилиндрический корпус выполнен в виде неразъемной многосекционной сборки. Соединение секций 1 многосекционного цилиндрического корпуса осуществляется втулками 4, выполненными таким образом, чтобы их внутренний диаметр был равен наружному диаметру дистанционирующих изоляторов 3 диаметру торцовых выборок секций 1 корпуса ионизационной камеры, а длина втулок равна суммарной длине торцовых выборок двух соседних секций 1 и дистанционирующего изолятора 3.
На внутреннюю поверхность каждой секции 1 нанесено покрытие из делящегося материала 5.
Для обеспечения электрический развязки между внутренним электродом и цилиндрическим корпусом используется металлокерамический узел 7.
Для обезгаживания внутренней полости ионизационной камеры деления используется штенгель 8. Неразъемное соединение секций 1, втулок 4, металлокерамического узла 7 и штенгеля 8 производится кольцевыми лазерными швами.
Количество секций 1 в ионизационной камере деления определяется требуемой чувствительностью камеры.
-3
2
Для надежного контроля плотности нейтронных потоков при перегрузке топлива, проведении измерений физических параметров элементов системы управления и защиты реактора после остановок и ремонтов энергетических реакторов, например, РБМК-1000, необходимо, чтобы чувствительность ИКД была не менее 5·10 импульс·см/нейтрон. При этом, для получения
максимально достоверных результатов по оценке распределения плотности потока нейтронов по высоте активной зоны реактора необходимо по возможности уменьшать длину ИКД.
235
2
Цилиндрический корпус 1 ионизационной камеры изготовлен из трубок из стали 12Х18Н10Т диаметром 3 мм с толщиной стенки 0,5 мм и длиной 70 мм. Вследствие того, что покрытие из делящегося материала 5 и 6 (уран с обогащением по изотопу U до 95%) нанесено на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса 1 и наружную поверхность внутреннего электрода 2, суммарная площадь покрытия увеличивается примерно в два раза по сравнению с ИКД, у которых покрытие из делящегося материала нанесено только на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса. Следовательно, для получения необходимой чувствительности длина ИКД существенно уменьшается. Поверхностная плотность покрытия составляет 1 мг/см (значение подобрано экспериментально и согласуется с данными литературы).
2
3
Дистанционирующие изоляторы 3 выполнены из керамики, состоящей на 99% из окиси алюминия (АlО) в виде цилиндров внешним диаметром 2,5 мм и длиной 3 мм и диаметром отверстия 0,85 мм.
Торцовые выборки на концах секций 1 выполнены на длину 3 мм до диаметра 2,5 мм, причем диаметр выборок соответствует внешнему диаметру дистанционирующих изоляторов 3.
Втулки 4 выполнены из трубок из стали 12Х18Н10Т, причем их диаметр соответствует внешнему диаметру изоляторов 3 и торцовых выборок секций 1, а длина подгоняется по суммарной длине торцовых выборок двух соседних секций 1 и изолятора 3.
Вывод внутреннего электрода 2 и его электрическое соединение с измерительной аппаратурой осуществляется через герметичный металлокерамический изолятор 7
Откачка, проверка герметичности и заполнение ИКД рабочей газовой смесью осуществляется через штенгель 8, который после заправки ИКД рабочей газовой смесью пережимается и заваривается.
Сборка иопизационной камеры деления заключается в стыковке секций 1 (с нанесенным покрытием из делящегося материала 5), дистанционирующих изоляторов 3 и втулок 4, лазерной сварке кольцевых охватывающих швов (на фигуре сварка обозначена символом сварки в соответствии с требованиями ЕСКД), установки в дистанционирующие изоляторы внутреннего электрода 2 с покрытием 6 из делящегося материала, установки и сварки металлокерамического изолятора 7 с секцией корпуса 1 и внутренним электродом 2, установки и сварки штенгеля 8.
В процессе сборки ИКД производится промежуточный технологический контроль сопротивления изоляции между цилиндрическим корпусом и внутренним электродом, а также электрического пробоя межэлектродного промежутка.
После сборки ИКД и контроля сопротивления изоляции между цилиндрическим корпусом и внутренним электродом, а также электрического пробоя межэлектродного промежутка производится установка ИКД на вакуумный стенд для проверки герметичности масс-спектрометрическим методом, откачка и заправки рабочей газовой смесью.
Соединение ИКД с электронной регистрирующей аппаратурой производится радиационно- и термостойким кабелем.
ИКД работает следующим образом. При облучении ИКД потоком нейтронов происходит деление ядер покрытия из делящегося материала, осколки деления ионизируют атомы рабочей газовой смеси, образующийся объемный заряд создает импульс тока, регистрируемый электронной аппаратурой.
-2
2
Заявляемая ИКД имеет следующие технические характеристики: чувствительность ИКД, состоящей их 4 секций, составляет не менее 1·10 импульс·см/нейтрон, диаметр 3 мм, длину 350 мм.
Указанные технические характеристики позволяют обеспечить надежный контроль нейтронного потока и его пространственное распределение непосредственно в активной зоне энергетического ядерного реактора РБМК-1000 на всех режимах его работы, включая заглушенное состояние и перегрузку топлива.