УЗЕЛ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к детектированию нейтронного потока в зоне облучения, в частности, в реакторной зоне исследовательских и энергетических ядерных реакторов, и может быть использована в ядерной физике, атомной энергетике, в частности, в системах контроля и обеспечения безопасности энергетических ядерных установок, например, реакторов.
Известны счетчики нейтронов [1. Сидоренко В.В., Кузнецов Ю.А., Оводенко А.А. Детекторы ионизирующих излучений. Справочник, 1984, стр.56]. На величину отношения сигнал/шум счетчика нейтронов существенное влияние оказывает величина емкости нити счетчика и связанных с ней проводов относительно земли. [2. Ю.М.Толченов, В.Г.Чайковский. Коронные счетчики медленных нейтронов. Обзор в ПТЭ. №6 1963 г., стр 5-11.] Увеличение емкости вызывает значительное падение реальной чувствительности. Ввиду этого подключение счетчика к регистрирующей схеме с помощью экранированного кабеля значительной длины нужно считать крайне нежелательным.
Известен узел детектирования нейтронного излучения (прототип) [3. Комплекс аппаратуры системы управления и защиты реактора ВИР-2М. Алгоритмы управления и структурная схема. НПЦ «Элегия», 2004, лист 110], содержащий расположенный в зоне облучения (реакторной зоне) счетчик нейтронов, электрически связанный посредством экранированного кабеля с источником электропитания, выведенным за пределы реакторной зоны, который соединен электрической линией связи с внешним источником энергии - источником высокого напряжения (электросеть). Узел также содержит систему передачи электрических сигналов с нейтронного счетчика через предусилитель, формирующий полезный сигнал, посредством линии связи (экранированного кабеля) к регистратору, выведенному за пределы зоны облучения.
Недостатком счетчика нейтронов является то, что его размещение в зоне облучения, в частности, в реакторной зоне, сопряжено с необходимостью использования высокого напряжения, подводимого для электропитания счетчика, и с необходимостью усиления сигнала счетчика для корректной передачи его на длинную линию к регистратору.
Решаемой задачей является повышение надежности и безопасности функционирования энергетических ядерных установок, например, реакторов, путем создание узла детектирования нейтронного излучения, невосприимчивого к электромагнитным помехам.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является исключение присутствия высоковольтного электрооборудования и длинного экранированного кабеля в зоне облучения и, как следствие, исключение влияния электромагнитных наводок на результаты регистрации.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного узла детектирования нейтронного излучения, содержащего расположенный в зоне облучения счетчик нейтронов, электрически связанный с источником электропитания, соединенным линией связи с внешним источником энергии, и систему передачи электрических сигналов нейтронного счетчика посредством линии связи к регистратору, выведенному за пределы зоны облучения, в предложенном узле детектирования что источник электропитания организован так, что внешним источником энергии для него служит мощный лазер, соединенный с источником электропитания волоконно-оптической линией через фотопреобразователь, система передачи сигналов нейтронного счетчика к регистратору содержит соединенный с нейтронным счетчиком формирователь электрических сигналов, к выходу которого подключен светопреобразователь, связанный посредством волоконно-оптической линии с регистратором, оснащенным фотоприемником, причем источник электропитания, нейтронный счетчик, формирователь электрических сигналов и светопреобразователь электрически связаны между собой
Электрически связанные между собой источник электропитания, формирователь электрического сигнала, счетчик нейтронов и светопреобразователь могут быть конструктивно объединены в блок.
В частном варианте узел детектирования может быть использован для регистрации нейтронов в реакторной зоне.
В прототипе питание счетчика нейтронов осуществляется подачей высокого напряжения порядка 500-1500 В по электрическим проводам (кабелю) в зону облучения (например, в реакторную зону), а для формирования полезного сигнала используется предусилитель. Полезная информация в виде электрических импульсов к регистрирующей аппаратуре также передается по длинным электрическим проводам из зоны облучения. Это увеличивает уровень опасности, связанный с присутствием высокого напряжения, а также усиливает влияние электромагнитных наводок на результаты регистрации нейтронов.
Особенности выбора типа источника питания, позволяющего обеспечить передачу энергии в заявляемый узел детектирования от внешнего источника энергии, определяют преимущества подхода к решению поставленной задачи. В предложенном случае электропитание счетчика нейтронов осуществляется посредством источника питания, основанного на иных физических принципах по сравнению с прототипом. Принципиальным является то, что источник электропитания получает энергию в виде светового потока, передаваемого по волоконно-оптическому кабелю от мощного лазера, и преобразует ее в электрическую при помощи связанного с ним преобразователя световой энергии в электрическую (фотопреобразователя), а полезная информация с нейтронного детектора обрабатывается формирователем электрических сигналов (производится дискриминация шумов, усиление сигнала и т.д.), преобразуется в световые импульсы с помощью светопреобразователя и передается на фотоприемник регистрирующей аппаратуры также по волоконно-оптическому кабелю. При этом конструктивное объединение электрически связанных между собой источника электропитания, формирователя электрических сигналов, счетчика нейтронов и светопреобразователя в блок позволит наряду с освобождением зоны облучения от высоковольтного оборудования обеспечить компактность узла и уменьшение влияния электромагнитных наводок на результаты регистрации нейтронов.
Данный технический прием позволяет исключить размещение электрооборудования в зоне облучения и уменьшить влияние электромагнитных наводок на результаты регистрации нейтронов.
Таким образом, предложенный подход к преобразованию энергии в узле от внешнего источника энергии до регистратора, позволяющий обеспечить возможность передачи энергии к счетчику нейтронов и регистрируемой информации от него по волоконно-оптическому кабелю, приводит к повышению надежности, электробезопасности, стойкости узла к воздействию ионизирующего излучения.
На фиг. схематично представлена заявленная полезная модель, реализованная для ядерного реактора, где: 1 - нейтронный счетчик; 2 - источник электропитания; 3-фотопреобразователь; 4-биологическая защита реактора; 5- волоконно-оптический кабель; 6 - активная зона реактора; 7 - формирователь электрических сигналов; 8 - светопреобразователь; 9 - волоконно-оптический кабель; 10 - фотоприемник; 11 - измерительная аппаратура (регистратор); 12 - полупроводниковый лазер; 13 - система питания и управления лазером.
Предлагаемый узел детектирования нейтронов представляет собой расположенный вблизи активной зоны реактора 6 нейтронный счетчик 1, формирователь электрических сигналов 7 и светопреобразователь 8, питание которых осуществляется от расположенного в непосредственной близости от них источника электропитания 2. Энергия в виде светового потока, передаваемого по волоконно-оптическому кабелю 5 от расположенного за биологической защитой реактора 4 мощного полупроводникового лазера 12, питаемого и управляемого системой питания и управления лазером 13, преобразуется в электрическую при помощи преобразователя световой энергии в электрическую (фотопреобразователя) 3 и формирует питающее напряжение на источнике питания 2. Полезная информация с нейтронного счетчика 1 обрабатывается с помощью формирователя электрических сигналов 7, преобразуется в световые импульсы с помощью светопреобразователя 8 и передается по волоконно-оптическому кабелю 9 на фотоприемник 10 регистрирующей аппаратуры 11, находящийся за биологической защитой 4.
6
-2
-1
Детектор нейтронов работает следующим образом. Регистрация плотности потока нейтронов от активной зоны реактора 6 в диапазоне 1-10 см·с осуществляется стандартным счетчиком нейтронов 1, например СНМ-13.ОТЗ 394.113 ТУ. Электропитание счетчика обеспечивается источником питания 2. Напряжение на источнике питания формируется преобразователем 3 световой энергии в электрическую, который также как и источник питания находится в реакторной зоне внутри контура биологической защиты 4. Световая энергия на фотопреобразователь 3 подается по волоконно-оптическому кабелю 5 с полупроводникового лазера 12, питаемого и управляемого системой питания и управления 13. Регистрируемый счетчиком 1 полезный сигнал обрабатывается формирователем электрических сигналов 7, преобразуется светопреобразователем8, питаемыми источником питания 2, и по волоконно-оптическому кабелю 9 выводится из реакторной зоны, находящейся внутри контура биологической защиты 4, на фотоприемник 10. Сигнал с фотоприемника 10 подается на регистратор 11. Электрически связанные между собой источник электропитания, формирователь электрического сигнала, счетчик нейтронов и светопреобразователь конструктивно объединены в блок.
2
-1
6
-2
-1
Проведенные испытания заявленной полезной модели позволили подтвердить возможность ее использования для регистрации нейтронов в диапазоне плотностей потока нейтронов от 1 см·с до 10·см·с без размещения электрооборудования и длинных электрических линий в зоне облучения и, как следствие, обеспечить уменьшение влияния электрических наводок при регистрации нейтронного потока.