Файл: Уриг, Р. Статистические методы в физике ядерных реакторов.pdf

[зарегистрированных счетчиком М (tА) ], когда s (t — iA) — поло­ жительная величина; М_ (/'А) — полное число импульсов, полу­ ченных за время Т, когда s (Z — iA) — отрицательная величина. Следовательно, полное число импульсов, полученных за время Т (зарегистрированных счетчиком М 0), есть

где е — эффективность детектора; ц — среднее время жизни ней­ трона в реакторе; s — амплитуда флуктуирующей компоненты ней­ тронного источника. Комбинация уравнений (11.30), (11.31) дает

Таким образом, каждый счетчик М (iA) используется для оценки Ф$п (т) при определенной величине т.

Более совершенный вариант схемы приведен в работе [36]. В нейТимелись показывающие устройства с линейной и логарифми­ ческой шкалами, устройство для выбора любой необходимой псевдо­ случайной последовательности, переменная частота сдвига от 100 гц до 2 Мгц. Разрешающее время системы 100 нсек. Измеритель реак­ тивности в режиме on-line, основанный на двухдетекторном методе измерения спектральной плотности, был предложен в работе [37] для контроля реактивности при подходе к критическому состоянию во время загрузки. Для модели реактора с сосредоточенными пара­ метрами можно показать, что реактивность в долларах есть

где а с — постоянная спада мгновенных нейтронов при критичности на запаздывающих нейтронах (a c = |3/Z); Gx y {a>х), Gx y (со2) — измеряемые взаимные спектральные плотности на частотах ©! и со 2 соответственно, как показано на рис. 11.42.

Структурная схема для реализации этого измерения приведена на рис. 11.43. Выходные токи двух ионизационных детекторов уси­ ливаются, и определяется взаимная корреляционная функция на двух частотах со2Специальные схемы проводят операции деле­ ния, извлечения квадратного корня, умножения и вычитания в со­ ответствии с уравнением (11.33).

356

Влияние больших у-полей на измерения реактивности. В реак­ торах большой мощности измерения реактивности остановленного реактора серьезно затрудняются из-за большого и переменного фона, вызванного у-излучением продуктов деления. По соображе­ ниям эффективности размещение детектора подкритйческой реак­ тивности ограничено областью активной зоны или областью в не­ посредственной близости к активной зоне, где уровень у-излучения может быть велик ( ~ 106 р/ч), а уровень нейтронного потока низок [ ~ 104 нейтрон/(смг • сек)]. Опытным путем установлено, что

Рис. 11.42. График взаимной спектральной плотности для подкритического реактора [37]. (Частота из­ лома передаточной функции реактора ш0=

- l - ' c ( l - P ) )

импульсы от у-излучения накладываются и дают отсчет, несмотря на то что уровень дискриминации установлен чуть ниже.порогового значения для импульсов, производимых нейтронами. Результаты общего решения этой проблемы сообщались Шульцем [38].

Первый подход для исключения влияния у-излучения, пред­ принятый в работе [39], заключался в использовании большого^числа малых детекторов, соединенных параллельно. Каждый малый детектор имел свой собственный предусилитель, усилитель и дис­ криминатор, и выходы всех систем складывались после дискримина­ торов. Каждый детектор относительно нечувствителен к у-излуче- нию из-за своего размера, и, следовательно, вероятность наложения импульсов от у-фона мала. Однако выходной сигнал, обусловлен­ ный регистрацией нейтронов батареей детекторов, является суммой выходов отдельных детекторов. В работе [39] показано, что улучше­ ние в дискриминации у-излучения для четырех детекторов в 106 раз больше по сравнению со случаем, когда выходные сигналы четырех детекторов складываются перед дискриминацией и усилением. Принципиальный недостаток этой широкополосной системы в том,

35 7

что собственная чувствительность ограничивает диапазон измерений двумя декадами от уровня потока остановленного реактора и, сле­ довательно, ограничивает диапазон измерения реактивности оста­ новленного реактора. Кроме того, экспериментально было найдено, что этот метод должен включать в себя другие усовершенствования, чтобы даже частично реализовать свои потенциальные преимущества.

Второй подход заключался в применении быстродействующих электронных схем для улучшения характеристик обычных детекто­ ров, работающих в высоком у-поле. Об этом методе сообщалось в работе [40]. Он имеет дополнительное преимущество, заклю-

Рис. 11.43. Структурная схема измерителя реактивности

[37].

чающееся в увеличении диапазона реактивности, в котором может быть измерен запас подкритичности. В работе [40] использовались электронные схемы с разрешающим временем около 50 нсек при уровнях у-излучения до 106 р/ч и камера деления, в которой в от­ личие от детектора, наполненного газом BF3, не возникала проблема пространственного заряда при газовом усилении. Однако для про­ ведения измерений реактивности остановленного реактора необхо­ димо применение также быстродействующих электронных схем. Преимущества быстродействующих схем ясно в'идны из результатов одной из серии опытов, выполненных Шульцем [38], которые пред­ ставлены на рис. 11.44. В опытах использовались детекторы, на­ полненные газом BF3. С применением быстродействующей электро­ ники оказалось возможным измерение нейтронных потоков при уров­ не у-излучения 3000 р/ч. Когда детектор был помещен в свинцовую защиту толщиной около 1,5 см, надежные измерения нейтронного потока были сделаны при уровнях у-излучения до 2-104 р/ч.

Третий подход заключался в конструировании детектора спе­ циально для измерений в остановленном реакторе. Основные тре­ бования к нему — высокая эффективность, высокая чувствитель­ ность и минимальный объем газа. Конструкция камеры деления позволяет получить хорошую дискриминацию у-излучения, но ей

358

не хватает чувствительности, и она становится постепенно ра­ диоактивной, когда находится даже в небольших нейтронных по­ токах. Хотя пропорциональный счетчик с покрытием 10В чувст­ вителен к у-излучению, он может быть сделан высокочувствитель­ ным к нейтронам и, следовательно, очень эффективным. Конструк­ ция Шульца обеспечивала максимальную поверхность покрытия 10В при минимальном газовом объеме. Она представляла собой боль­ шое число (99) малых детекторов (диаметром 5,5 мм, длиной 375 мм), соединенных параллельно и образующих трубку с диаметром 75 мм и длиной около 950 мм. Общая площадь покрытия толщиной

Рис. 11.44. Ослабление скорости счета в зависимо­ сти от у-поля для установки с порого­ вой дискриминацией амплитуды им­ пульса [38]:

------------ электронная схема с узкой поло­ сой п р о п у с к а н и я ;--------- — электронная схема с широкой полосой пропускания.

0,8 мг/см2 изотопом 10В 92% обогащения составляла 3700 см2 Детектор мог работать как импульсный счетчик или как иониза­ ционная камера переменного тока, и каждый элемент имел чувст­ вительность 0,6 имп/сек на единицу потока (ширина полосы 1 кгц). Сборка из 99 элементов показана на рис. 11.45. Она имела чувстви­ тельность 33 имп/сек на единичный поток. Средняя высота импульса на аноде была 80 мв с максимальным разрешающим временем 40 нсек при работе с нагрузкой 70 ом. Сборка имела протяженность плато в 50 в с наклоном 3%/в при коэффициенте усиления импульсного усилителя, равном 2500. Общая емкость была 750 пф, и сопротивле­ ние утечки превышало Ю12 ом.

При сочетании трех рассмотренных выше подходов оказывается возможным создание отвечающих необходимым требованиям, но дорогих систем для измерения реактивности в остановленном реакторе с высоким уровнем у-излучения.

Распространение импульса. Метод псевдослучайных импульсов и взаимная корреляционная техника применялись для исследования

359

характеристик распространения импульса в ядерных системах. Преимущество этого метода изучения распространения импульса заключается в том, что он позволяет следить за возмущением, вве­ денным на одном конце системы, намного дальше внутри сборки

Рис. 11.45. Специальный детектор, разработанный для измерений шумов- в остановленном реакторе [37]:

а — элемент детектора, покрытый бором; б — элементы в сборе (99 элементов).

посредством исключения из данных некоррелированных шумов фона. Смещение пика взаимной корреляции дает время распростра­ нения возмущения, а форма импульсной переходной функции определяется взаимной корреляционной функцией.

§11.5. Шумовые измерения

вэнергетических реакторах

Вэнергетическом реакторе флуктуации нейтронной плотности, обусловленные статистической природой процесса деления или ва­

риациями интенсивности источника, несущественны по сравнению с флуктуациями нейтронной плотности, связанными с флуктуация­ ми реактивности. Основная причина этого явления видна из сравнения передаточных функций. Для модели с сосредоточенными параметрами передаточная функция источника идентична передаточ­

360