Принципиальная схема камеры деления
Между осколками деления распределяется энергия, равная примерно 170 МэВ. Короткие пробеги осколков деления ограничивают толщину слоя делящегося материала ( 100 мкг/см2). Эффективность регистрации низкая (0,5-1% для тепловых нейтронов). Давление газа (аргон 90%, метан 10%) такое, чтобы обеспечить полное поглощение осколков деления в чувствительном объеме.
Амплитудное распределение импульсов от камеры деления
Из всех нейтронных газонаполненных детекторов камеры деления наименее чувствительны к гамма-излучению, что позволяет с их помощью проводить нейтронные измерения внутри реактора и отработавшего реакторного топлива.
Детекторы тепловых нейтронов на основе 3He и BF3
В качестве газов–наполнителей детекторов тепловых нейтронов обычно используют 3He и 10BF3
3He+n→3H+1He+765 кэВ
10B+n→7Li*+4He+2310 кэВ
Сечение реакций пропорционально 1/E1/2.
Спектр амплитуд импульсов bf3 счетчика
Разрешение 10BF3 счетчика изменяется от 5 до 30%. Давление газа колеблется от 0,2 до 2 атм. Рабочее напряжение 1400-2800 В.
Нейтронные счетчики работают в пропорциональном режиме.
Детекторы прямой зарядки (ДПЗ)
Существует два типа ДПЗ: БЭДН и КЭДН
БЭДН (бета-эмиссионный детектор нейтронов), где ток обусловлен бета-излучением радиоактивных нуклидов, образующихся в эмиттере под действием нейтронов.
Детекторы БЭДН состоят из двух коаксиальных электродов, изготовленных из материалов с существенно отличающимися сечениями (n, )-реакций, между которыми находится изолятор. Если сечения материалов внешнего электрода (коллектора) и изолятора малы, а при захвате нейтронов во внутреннем электроде (из родия, серебра, гафния) возникает один бета-активный нуклид с постоянной распада , то после достижения равновесия между скоростями захвата и распада каждый захват будет сопровождаться испусканием одной бета-частицы. Движение бета-частиц от эмиттера к коллектору создает электрический ток, величина которого пропорциональна плотности нейтронного потока через детектор.
КЭДН (комптоновский эмиссионный детектор нейтронов), где ток создают электроны, образующиеся в эмиттере в результате рассеяния гамма-квантов, испускаемых при радиационном захвате нейтронов в эмиттере.
ДПЗ имеют две особенности:
у них отсутствует внутреннее усиление, поэтому они могут работать при высокой плотности потока нейтронов;
Электроны сами достигают коллектора, поэтому не требуется высокое напряжение для питания детектора (сам ДПЗ является источником тока, не зависящим от нагрузки во внешней цепи).
Недостатком БЭДН является запаздывание изменений тока от изменений плотности потока нейтронов, обусловленное временем распада радиоактивных ядер (например, у родиевого БЭДН Т1/2 43 с). КЭДН безынерционны.
Типичные размеры ДПЗ: длина – от нескольких сантиметров до нескольких метров, диаметр – 1,2–5 мм, чувствительность родиевых детекторов ~ 4 10–17 (А см2 с)/нейтр.. Чувствительность КЭДН в 2–3 раза ниже.
Ток, генерируемый гамма-излучением (2–10 % всего тока), в БЭДН компенсируют с помощью дополнительного детектора, не содержащего нейтронно-чувствительного элемента.
Активационные детекторы. Проволоки из Cu, Fe, Mn помещают в специальные каналы активной зоны реактора. После облучения проволоку извлекают и измеряют распределение активности по ее длине. Другой тип активационных детекторов – шарики с добавкой марганца, ванадия, кобальта, доставляемые пневмотранспортной системой, проходящей через вертикальные каналы в активной зоне. Создается возможность точно, быстро (время активации – 3 мин, вся процедура измерений до получения результата занимает 15 мин) восстановить трехмерное поле энерговыделения и проконтролировать запасы до допустимых границ эксплуатационных режимов.