Назначение и особенности ИК

Интерес к ИК обусловлен тем обстоятельством, что в настоящее время применяют нейтронный метод контроля мощности ядерных реакторов. Его преимущество перед альтернативными методами (например, перед теплофизическим балансным методом) заключается в его оперативности.

ИК в наибольшей степени отвечают требованиям нейтронного метода контроля мощности ядерного реактора благодаря присущим им особенностям:

- высокой чувствительности к нейтронам,

- низкой чувствительности к гамма квантам,

- практической безынерционности по отношению к изменению нейтронного поля в реакторе;

- термостойкости;

- большому диапазону изменения контролируемой плотности потока нейтронов от поштучной регистрации нейтронов в импульсном режиме до весьма высоких плотностей (характерных для современных энергетических реакторов) в токовом режиме. Следует отметить, что плотность потока нейтронов при выходе реактора на штатный уровень из подкритического состояния изменяется в 10⁹ раз.

- возможности создавать миниатюрные ИК, предназначенные для измерений в активной зоне ядерного реактора.

В используемые для детектирования нейтронов ИК вводят вещества, ядра которых в реакциях с нейтронами испускают частицы обладающие высокой ионизирующей способностью (a-частицы, осколки деления). Такие вещества называют радиаторами. К их числу относятся ³He, ¹⁰B; ²³²Th, ²³³U, ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu. Для ИК, работающих в высоких потоках нейтронов, в качестве радиаторов используют так называемые не выгорающие смеси, состоящие из 2 или 3 нуклидов, (например, смесь ²³³U, ²³²Th или ²³⁸U, в которой выгорание ²³³U компенсируется образованием ²³³U или ²³⁹Pu при захвате нейтронов в ²³²Th или в ²³⁸U), что позволяет снизить эффект выгорания радиатора до уровня 10^-20 %/(н/см²).

Для нейтронного контроля мощности ядерных реакторов стремятся использовать ИК с радиатором из того же вещества, что и ядерное горючее. Хотя по ряду причин и не удается достигнуть идентичной топливу зависимости чувствительности ИК от энергии нейтронов, но все таки стараются к ней приблизиться. ИК со спектральной чувствительностью, близкой к топливу, создает сигнал, пропорциональный локальному энерговыделению.

Нуклиды с пороговой зависимостью сечения деления от энергии используют в радиаторах ИК для измерения плотности потока нейтронов с энергией выше пороговой. (пороговая энергия 1.3 МэВ для ²³²Th и 1.0 МэВ для ²³⁸U).

В настоящее время имеется очень широкий набор конструкций ИК от больших (объемом в несколько литров) до миниатюрных (объёмом в несколько мм³) для решения задач внутриреакторных измерений.

Изготавливаются термостойкие варианты ИК, работоспособные до 900К. Подключение таких камер к измерительной аппаратуре осуществляется специальными кабелями с минеральной изоляцией.

Недостатком ИК работающих в токовом режиме является зависимость тока от мощности гамма - излучения. Чтобы преодолеть этот недостаток, разработаны компенсированные ИК, состоящие из двух идентичных по конструкции ИК. Одна ИК не имеет нейтронного радиатора и чувствительна только к гамма-излучению, а вторая чувствительна как к нейтронам, так и гамма-излучению. Вычитая из тока второй камеры ток первой, получают ток, обусловленный взаимодействиями с нейтронами.

Конструктивные особенности ионизационных камер отражаются в их маркировке:

- КН... - ИК с газовым радиатором;

- КНТ...- ИК с твердым радиатором;

- КНК...- ИК компенсированная по гамма излучению.

Например: КНТ-31 - пусковая камера деления с твердым радиатором, работающая в токовом и импульсном режимах. Чувствительность этой камеры в импульсном режиме 0.25 имп/(н/см²с); КНК-56 - пусковая токовая камера деления, компенсированная по гамма фону, имеющая чувствительность 4*10^-13 А/(н/(см² с)).