Импульсные камеры, счетчики частиц

Импульсные ионизационные камеры представляют собой детекторы, работающие на том же принципе, что и рассмотренные выше токовые ионизационные камеры. Токовый режим работы ионизационной камеры применяется при больших потоках нейтронов. В остановленном реакторе и в начальный период его пуска поток нейтронов мал и удается зафиксировать лишь отдельные импульсы тока, обусловленные пролетом в газе камеры -частиц или осколков деления из радиатора. Для обеспечения импульсного режима работы ионизационной камеры схема ее включения должна быть изменена, например так, как это условно показано на Рис. 1 -5.

Рассмотрим работу ионизационной камеры, работающей в импульсном режиме, используя Рис. 1 -5. В цепь камеры включено сопротивление R₁, на котором появляется импульс напряжения ΔU(t) = I(t)R1, где I(t) – импульс тока. Импульс напряжения ΔU(t) проходит через конденсатор С и усиливается пропорциональным импульсным усилителем переменного тока с входным сопротивлением R2. Далее импульс, пройдя через дискриминатор амплитуды, может быть зафиксирован электронным регистратором. Зная количество импульсов N(Δt), зафиксированных в течение некоторого интервала времени Δt, можно определить среднюю скорость регистрации n_ср = N(Δt)/Δt. Прибор, вычисляющий n_ср, называется измерителем скорости счета или интенсиметром.

Рис. 1‑5 Схема включения ионизационной камеры в импульсном режиме

Достоинством импульсных детекторов нейтронов является возможность выделить с их помощью нейтроны на большом фоне γ-излучения, что особенно важно при повторных пусках реактора, работавшего длительное время на больших уровнях мощности. Выделение нейтронов на фоне γ излучения основано на том, что значение импульсов, обусловленных нейтронами, больше импульсов, образованных γ- квантами. Разделение импульсов осуществляется с помощью дискриминатора.

Необходимо отметить, что слой делящегося вещества в камере деления в результате естественной α-радиоактивности излучает α-частицы с энергией около 4,5 Мэв. Этот фактор ограничивает количество делящегося вещества в камере, т.к. наложение импульсов от α-частиц может дать импульс, равный или даже больший, чем импульс от осколка деления. В связи с этим количество делящегося материала в камере деления, например, изотопа U²³⁵, обычно не превышает 1 г.

Как отмечалось выше, импульсные ионизационные камеры целесообразно использовать при малом нейтронном потоке на фоне большего γ-излучения. При больших уровнях потока нейтронов импульсы следуют с такой большой частотой, что скорость их появления нельзя зарегистрировать с помощью самой современной быстродействующей импульсной техники. В связи с этим на уровне мощности больше 10^-7 от номинального уровня переходят на контроль с помощью токовых ионизационных камер, а импульсные детекторы извлекают из области больших потоков нейтронов для предотвращения выгорания нейтронно-чувствительного слоя.

Чувствительность нейтронных детекторов

Чувствительность нейтронных ионизационных камер есть коэффициент пропорциональности между сигналом и плотностью потока нейтронов φ. Для импльсных камер сигналом является скорость счета

2. N= η_импφ,

где η_имп – чувствительность камеры в импульсном режиме, имп*см²/нейтр.

Для токовых камер сигнал определяется силой тока

3. I= η_токφ,

где η_ток – чувствительность камеры в токовом режиме, А*см²*с/нейтр.