Назначение
Детекторы прямого заряда (далее - ДПЗ) предназначены для измерений локального значения плотности потока нейтронов внутри активной зоны ядерных реакторов.
Описание
Конструктивно ДПЗ состоят из нейтроночувствительного эмиттера, коллектора, разделяющего их изолятора и линии связи, выполненной из двужильного кабеля с минеральной изоляцией, и заканчивающейся гермовводом со стеклянной изоляцией.
ДПЗ являются преобразователями нейтронного излучения в электрический ток.
ДПЗ выпускаются в 3-х модификациях:
- ДПЗ.01 (без фоновой жилы) используются для контроля плотности потока нейтронов;
- ДПЗ.02 (с фоновой жилой) используются для контроля плотности потока нейтронов и фонового тока, возникающего в линии связи и конструкционных материалах детектора;
- ДПЗ.03 (фоновый детектор - без нейтроночувствительного эмиттера) используются для контроля тока, возникающего в линии связи и конструкционных материалах детектора.
Коллектор, изолятор и линия связи ДПЗ изготавливаются из материалов с малым сечением взаимодействия с нейтронами.
Принцип действия основан на том, что при облучении ДПЗ нейтронами электроны, образующиеся при распаде бета-активного изотопа в нейтроночувствительном эмиттере, проходят через изолятор и достигают коллектора. ДПЗ являются источником тока. Ток ДПЗ пропорционален активации насыщения и соответственно плотности потока нейтронов в месте расположения ДПЗ. Время достижения стационарного значения тока определяется периодом полураспада бета-активного нуклида эмиттера. В результате длительного облучения ДПЗ нейтронами количество ядер нейтроночувствительных элементов, содержащихся в эмиттерах детекторов, уменьшается, т.е. происходит выгорание нейтроночувствительного материала эмиттера. Чувствительность детекторов ДПЗ к нейтронам уменьшается пропорционально количеству электричества, выработанного детекторами.
В эмиттерах ДПЗ используются следующие ядерные реакции, имеющие большие значения сечений радиационного захвата нейтронов: 23V51(n,y) 23V52 45Rh103(n,y) 45Rh104; 47Ag109(n,y) 47Ag110; 47Ag107(n,y) 47Ag108. Продукты активации указанных реакций имеют оптимальные периоды полураспада. Значения их находятся в диапазоне от нескольких десятков до несколько сотен секунд.
Чувствительность ДПЗ к гамма-излучению определяется как ток детекторов в поле гамма-излучения при единичной мощности поглощённой дозы. Она зависит от энергии гамма-квантов. Для реакторных спектров со средней энергией гамма-квантов (~1 МэВ) чувствительность детекторов ДПЗ можно считать равной чувствительности детекторов к гамма-излучению 60Со.
В качестве линии связи детектора используются кабели с минеральной изоляцией следующих марок: КНМССТ, КНМССТ-А, КНМСпСпТ, КНМСпСпТ-А, КНМСпСТ, КНМСпСп.
Внешний вид ДПЗ представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Внешний вид ДПЗ (идентичен для всех модификаций)
Технические характеристики
Основные метрологические характеристики ДПЗ приведены в таблице 1.
Таблица 1
| № п/п | Наименование характеристики ДПЗ | Диаметр эмиттера ДПЗ, мм | Материал эмиттера |
| 0,5 мм | 0,8 мм | 1,0 мм |
| 1 | Начальная чувствительность к условной плотности потока нейтронов, А м2 с | 12,0 '10-24 5,30 '10-24 - | 19,0 '10-24 8,70 '10-24 1,30 '10-24 | 25,0 '10-24 | Родий Серебро Ванадий |
| 2 | Изменение чувствительности за счёт выгорания материала эмиттера (в соответствии с величиной выработанного заряда, % / (А' с) | 0,082 0,110 - | 0,044 0,058 0,046 | 0,039 - - | Родий Серебро Ванадий |
| 3 | Чувствительность к мощности поглощенной дозы гамма-излучения 60Со, А ' с/Гр | 0,8'10-10 0,9'10 -10 - | 1,5'10-10 1,6'10-10 0,08 '10-10 | 1,9'10 -10 - - | Родий Серебро Ванадий |
ДПЗ обеспечивают возможность контроля локального значения плотности потока нейтронов в диапазоне от 1'1013 до 1'1019 м-2'с-1.
Габаритные и установочные размеры ДПЗ определяются диаметром и длиной эмиттеров.
Номинальная длина эмиттера детекторов выбирается Заказчиком из ряда: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400 и 500 мм.
Номинальные диаметры эмиттеров детекторов: 0,5; 0,8 и 1,0 мм.
Масса ДПЗ на 1 м длины составляет:
- при диаметре линии связи 1,0 мм - не более 10 г;
- при диаметре линии связи 1,5 мм - не более 15 г.
Вероятность безотказной работы ДПЗ в течение 40000 ч - не менее 0,9.
Отклонение начальной чувствительности ДПЗ к условной плотности потока нейтронов и отклонение чувствительности ДПЗ к мощности поглощенной дозы гамма-излучения Со60 от номинального значения не должны превышать 10 %.
Рабочие условия эксплуатации:
- плотность потока нейтронов - не более 5'1020 м -2 с-1;
- мощность поглощённой дозы гамма-излучения - не более 1’106 Гр/с;
- температура окружающей среды - не более 650 0С.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится на титульный лист руководства по эксплуатации ШПИС.418240.002 РЭ типографским или иным способом.
Комплектность
Детектор прямого заряда ДПЗ.01 (ДПЗ.02, ДПЗ.03)...........................................1 шт.
Рентгеновский снимок чувствительной части детектора...................................1 шт.
Паспорт:
ШПИС.418240.003 ПС для детектора типа ДПЗ.01............................................1 шт.
ШПИС.418240.004 ПС для детектора типа ДПЗ.02............................................1 шт.
ШПИС.418240.007 ПС для детектора типа ДПЗ.03.............................................1 шт.
Руководство по эксплуатации ШПИС.418240.002 РЭ..........................1 экз. (на партию)
Методика поверки ШПИС.418240.001 МП..........................1экз. (на партию для поверки)
Поверка
Осуществляется по документу «Детекторы прямого заряда ДПЗ. Методика поверки. ШПИС.418240.001 МП», утвержденному руководителем ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИФТРИ» 27.02.2004 г.
Детекторы ДПЗ неремонтируемы (из-за высокой радиоактивности) и подлежат первичной поверке при выпуске из производства.
Идентичность начальной чувствительности ДПЗ к плотности потока нейтронов обеспечивается неизменностью технологии изготовления. Поверка по этому параметру производится в случае изменения конструкции ДПЗ или применяемых материалов.
Основные средства поверки:
- измерительная установка на основе реактора Ф-1;
- гамма облучательная установка ГУТ-200М;
- преобразователь измерительный СТИ-3, рег. № 26284-04, диапазон преобразования тока от 0 до 10-3; пределы допускаемой относительной приведенной погрешности преобразования тока ± 0,2%;
- прибор для поверки вольтметров и калибраторов типа В1-18, рег. № 8937-82, диапазон измерений напряжений от 0,1 мкВ до 11,999999 В;
- магазин сопротивления Р40102, рег. № 10547-86, диапазон устанавливаемых сопротивлений от 104 до 108 Ом.
Сведения о методах измерений
«Детекторы прямого заряда. Руководство по эксплуатации. ШПИС.418240.002 РЭ»
Нормативные документы
ГОСТ 29075-91. Системы ядерного приборостроения для атомных станций. Общие требования.
ПНАЭ Г-01-011-97. (ОПБ-88/97). Общие положения обеспечения безопасности атомных станций.
МЭК 61468 ^d-1 к МЭК 41468). АЭС. Приборы активной зоны. Характеристики и методы испытаний детекторов прямой зарядки.
ШПИС.418240.001 ТУ. Детекторы прямого заряда. Технические условия.
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством РФ требований промышленной безопасности и эксплуатации опасного производственного объекта, в том числе применяются на ядерных реакторах в смешанных гамма-нейтронных полях.
