НЕЙТРОННЫЙ ДАТЧИК
NEUTRON SENSOR

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок, и может быть использовано в системах управления и защиты ядерных реакторов, подкритических сборок, импульсных и других источников нейтронов, в научных исследованиях.
Известен детектор нейтронов, который содержит резистивный элемент в виде таблетки из делящегося материала с низкой теплопроводностью и большим удельным электросопротивлением. Под действием излучения элемент нагревается и изменяется его электросопротивление, которое измеряется. Патент Российской Федерации №1526403, МПК: G01T 3/00, 1997 г. Недостатками аналога являются: использование радиоактивных материалов, низкий уровень генерируемого электрического сигнала, низкая помехозащищенность к электромагнитным наводкам, отсутствие возможности обеспечения неэлектрическими средствами требуемого порога срабатывания по флюенсу нейтронов.
Известен детектор нейтронов, включающий корпус, заполненный люминесцирующей газовой средой и делящимся материалом, и фотоприемник. В одном из торцов корпуса размещен волоконный световод, соединенный с регистрирующей системой посредством фотоприемника с фильтром, при этом делящийся материал выполнен в виде слоя и нанесен на боковую поверхность корпуса. Полезная модель Российской Федерации №30008, МПК: G01T 1/16, 2003 г. Недостатками аналога являются: использование радиоактивных материалов; низкая эффективность регистрации из-за относительно малого сечения реакции деления; отсутствие возможности обеспечения неэлектрическими средствами требуемого порога срабатывания по флюенсу нейтронов; энергозависимость.
Известен детектор нейтронов, содержащий чувствительный элемент из материала, в состав которого входит делящийся под действием нейтронов материал, и энергонезависимый преобразователь энергии с электрическим выходом, в котором чувствительный элемент выполнен из материала с эффектом памяти формы, энергонезависимый преобразователь включает два одинаковых пьезоэлектрических генератора, включенных электрически параллельно встречно, при этом чувствительный элемент установлен с возможностью взаимодействия с указанными генераторами в процессе формовосстановления при превышении потоком нейтронов критического уровня через дополнительно введенный упругий элемент, механически связанный с чувствительным элементом и размещенный с зазорами между пьезоэлектрическими генераторами. Патент Российской Федерации №2332689, МПК: G01T 3/00, 2008 г. Прототип.
Недостатками прототипа являются: использование делящегося вещества; низкая эффективность регистрации из-за относительно малого сечения реакции деления; ограниченное быстродействие; невозможность измерения временной зависимости потока в случае импульсных нейтронных источников.
Задачами изобретения являются: исключение из конструкции делящегося вещества; создание энергонезависимого нейтронного датчика, менее чувствительного к фоновым излучениям и электромагнитным наводкам; обеспечение неэлектрическими средствами требуемого порога срабатывания; измерение временной зависимости потока в случае импульсных нейтронных источников; снятие ограничений на измеряемые потоки и флюенсы.
Техническим результатом является: исключение делящегося вещества; снятие ограничений на измеряемые потоки и флюенсы, повышение чувствительности за счет применения тонкой призмы с малым углом при основании.
Технический результат достигается тем, что в нейтронном датчике, содержащем источник заряженных частиц, возникающих под действием нейтронного излучения и упругодеформируемый элемент, установленные в корпусе, источник заряженных частиц выполнен из стабильного не радиоактивного материала, напротив источника заряженных частиц установлен поглотитель заряженных частиц, а на поглотителе заряженных частиц установлена тонкая отражающая призма, связанная с оптической системой ввода и вывода светового луча, выполненной в виде оптического окна в корпусе датчика, напротив которого расположен узел отражателя из полупрозрачного зеркала и отражающих призм.
Сущность изобретения поясняется на Фиг.1 и Фиг.2.
На фиг.1 представлен продольный разрез датчика нейтронов, где: 1 - корпус датчика; 2 - упругодеформируемый элемент; 3 - источник заряженных частиц; 4 - поглотитель заряженных частиц; 5 - входной световой луч; 6 - выходной луч; 7 - оптическое окно; 8 - узел отражателя.
На фиг.2 схематично представлен ход лучей при использовании призматических элементов, где: 9 - полупрозрачное зеркало; 10 - тонкая отражающая призма, закрепленная на упругодеформируемом элементе 2; 11 - отражающие призмы, закрепленные в корпусе датчика; 12 - направление перемещения призмы 10 при растяжении упругодеформируемого элемента 2.
Нейтронный датчик работает следующим образом. Нейтроны, попадающие в материал источника заряженных частиц 3, вызывают ядерную реакцию и излучение заряженных частиц, часть из которых выходит и в сторону поглотителя заряженных частиц 4. Источник заряженных частиц 3 и поглотитель заряженных частиц 4 набирают заряд противоположных знаков. Между ними возникает сила электрического притяжения, которая растет по мере увеличения заряда. Источник заряженных частиц 3 и поглотитель заряженных частиц 4 растягивают упругодеформируемый элемент 2 и приближаются друг к другу.
Изменение взаимного положения источника заряженных частиц 3 и поглотителя заряженных частиц 4, на котором установлена отражающая призма 10, регистрируют и выводят с помощью оптического узла 8.
Входной световой луч 5 отражается от полупрозрачного зеркала 9 и попадает на тонкую отражающую призму 10, закрепленную на упругодеформируемом элементе 2.
Если никаких радиационных изменений нет, то световой луч возвращается, тем же путем. Если возник нейтронный поток, происходит перемещение упругодеформируемого элемента 2, которое вызывает перемещение призмы 10. Отражающие призмы 11 направляют световой луч через полупрозрачное зеркало 9. Положение отраженного от призмы 10 светового луча 6 смещается (штриховая линия). Малое перемещение отражающей призмы 10 приводит к значительно большему перемещению отраженного луча 6 и повышение чувствительности за счет тонкой отражающей призмы 10 с малым углом при основании.
Датчик нейтронов нечувствителен к электромагнитным наводкам, так как использует оптический канал измерения. Поглотитель заряженных частиц 4 выполнен из материала с хорошей электропроводностью, обладающим минимальным коэффициентом отражения (альбедо) для падающих на него заряженных частиц. Одним из таких материалов является, например, графит.
Упругодеформируемый элемент 2 выполнен в виде жестко защемленной балки, или витой цилиндрической пружины, или спиральной пружины, или торсионной пружины, или мембранной пружины.