Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. П.1. Детектор прямого заряда; / — эмиттер; 2 — коллектор; 3 — изолятор
507 дит сечение захвата для оболочки, сечение поглощения нейтронов в ядрах материала изолятора пренебрежимо мало, а энергия частиц, испускаемых ядрами материала центрального электрода, намного превосходит энергию частиц, испускаемых ядрами материала оболочки. В этом случае заряд в основном будет переноситься в направлении от источника (центрального электрода) к стоку (оболочке). Следуя установившейся традиции, назовем источник эмиттером, а сток — коллектором. Заземлив коллектор и включив эмиттер на вход измерителя тока, можно непрерывно (по току) измерять наведенную активность, т. е. осуществить удобный для практики вариант традиционного метода фольг. Соединительный кабель от детектора к измерительному прибору выбирается из того условия, что он должен в рабочих условиях давать минимальные фоновую составляющую и помехи в полезном сигнале*. Описанный тип ДПЗ характеризуется постоянной времени, определяемой в основном постоянными распада активных ядер эмиттера, т. е. может достигать нескольких секунд и минут. Для исследования быстро протекающих процессов (для энергетических реакторов характерное время быстропротекающего процесса 0,121 сек) необходимо после детектора (или усилителя) ставить в измерительной цепи компенсирующее устройство, передаточная функция которого будет обратиа по отношению к передаточной функции детектора. В компенсирующем устройстве учитывается сигнал с детектора и его производная по времени, в результате чего эффективную постоянную времени измерительного тракта можно уменьшить до значений порядка секунды и менее.Такие устройства применяются, например, в системах автоматического регулирования, использующих сигналы от ДПЗ. Существуют ДПЗ, в которых заряд переносится комптоновскими электронами, возникающими под воздействием у-квантов радиационного захвата нейтронов на ядрах эмиттера. В этих случаях постоянная времени, зависящая от скорости появления заряженной частицы вслед за поглощением нейтрона, пренебрежимо мала, однако выходной сигнал на единицу массы эмиттера в этих случаях примерно на три порядка ниже, чем в описанном выше. Сделаем оценки тока эмиттера.
Пусть сечение поглощения ядер эмиттера а, а плотность нейтронного потока Ф; за время dt в эмиттере массой G произойдет йоАФМ/М поглощений нейтронов (и возникновений радиоактивных ядер), где Л—число Авогадро; M— атомная масса ядер эмиттера. За это же время распадется XNdt радиоактивных ядер из N имеющихся к началу рассмотрения. Если каждая из ?-частиц дойдет до коллектора, то перенесенный заряд будет dq = eXNdt, где X — постоянная распада; е — заряд электрона. С учетом коэффициента /, отражающего неполный сбор ?-частиц, ток, протекающий через измерительный прибор, і = fekN. Рассматривая в предположении, что учитывается только одно звено радиоактивных превращений, можно получить выражение для величины,
Г , , diI
пропорциональной нейтронному потоку Ф = M і + (IA) — lJGaAfe, где
L
і — ток ДПЗ. Для определения абсолютного значения плотности нейтронного потока в единицах нейтрон!(см2-сек) в реакторе с некоторым спектром нейтронов необходимо выполнить предварительные градуировочные измерения. Однако при использовании ДПЗ в системе контроля и защиты реактора важно не абсолютное значение величины Ф, а ее изменение во времени. В этом случае применение технологически идентичных ДПЗ позволяет следить за изменением нейтронного потока в различных областях реактора с необходимой точностью без выполнения предварительных калибровок детекторов.
1 di „ .
Пусть 0, т. е. рассматривается стационарный процесс. Получаем,
что в потоке плотностью 1013 нейтрон/(см2-сек) в ДПЗ с эмиттером массой 1 г, ядра которого имеют сечение поглощения 100 барн, а атомная масса равна
* Опыт эксплуатации ДПЗ в некоторых реакторах, например на Бело-ярской АЭС, показывает, что фоновая составляющая и доля помех в сигнале для «интегрального» ДПЗ, длина которого равна высоте активной зоны, не превышают долей процента
508- 100, при / = 0,1 ток равен примерно 10~7 а, т. е. чувствительность ДПЗ лежит в пределах 10~19—10~2° а -см2 -сек/(г- нейтрон). Применение ДПЗ с различными эмиттерами позволяет получать те же спектральные характеристики нейтронов, что и с помощью резонансных индикаторов.
Входное сопротивление измерительного прибора определяется величиной сопротивления изоляции, так как в процессе измерений получаются два параллельных пути для тока: через измерительный прибор и ток утечки через сопротивление изоляции. Для обеспечения измерений с погрешностью порядка 1% входное сопротивление прибора должно быть примерно на два порядка меньше сопротивления изоляции.
При температуре в месте расположения ДПЗ около 700° С (например, в центральной трубе пароперегревательных каналов реакторов Белоярской АЭС) сопротивление изоляции не хуже IO5 ом. Отсюда следует, что входное сопротивление прибора должно быть не свыше 1 ком. Для реакторов с пониженной рабочей температурой сопротивление изоляции существенно выше (при понижении температуры на 100° С сопротивление изоляции возрастает примерно на порядок), и ток ДПЗ можно измерять обычными измерителями тока.
