專利名稱：聚變中子通量監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚變反應(yīng)堆中聚變中子測量的探測器。
背景技術(shù)：
在中子測量領(lǐng)域，裂變室探測器已被廣泛應(yīng)用，但僅用于低通量或中等通量中子源。裂變反應(yīng)堆是目前最強(qiáng)的中子源，但主要成份是熱中子或超熱中子，故泄漏至堆芯外的中子通量遠(yuǎn)低于國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)產(chǎn)生的高能(2.45或14.5MeV)中子通量。因此需研發(fā)迄今為止動(dòng)態(tài)范圍最大，量程最寬，測量精度最高，可涵蓋國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)最大中子產(chǎn)額(1021/s)的聚變中子通量監(jiān)測器。由于世界上還沒有如國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)這樣強(qiáng)大的高能中子源，因此也不存在相對(duì)應(yīng)的如此強(qiáng)大的中子通量監(jiān)測器，而現(xiàn)有的中子通量監(jiān)測器一般為單只裂變室探測器，其測量精度和測量范圍均不能滿足國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)聚變中子測量的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度、寬量程、高計(jì)數(shù)率，可適用于國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)聚變中子測量的聚變中子通量監(jiān)測器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下聚變中子通量監(jiān)測器，由置于不銹鋼外殼內(nèi)的三只裂變室探測器組成，其中，兩只裂變室探測器的陰極上涂有不同質(zhì)量的高純裂變材料，使兩只探測器的靈敏度為1∶100，第三只裂變室探測器為沒有裂變材料的“空白”探測器；不銹鋼外殼內(nèi)設(shè)有一層鎘熱中子屏蔽層，鎘熱中子屏蔽層內(nèi)設(shè)有中子慢化劑結(jié)構(gòu)，中子慢化劑結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有鉛屏蔽層，三只裂變室探測器置于鉛屏蔽層內(nèi)。
如上所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其中，裂變室探測器上所涂的裂變材料為鈾-235，純度為93％，中子慢化劑為鈹或石墨。
如上所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其中，裂變室探測器上所涂的裂變材料還可以為鈾-238，純度為99.9999％，中子慢化劑為碳化硼。
本發(fā)明的聚變中子通量監(jiān)測器采用裂變室探測器組合的形式，每個(gè)組合包括三只幾何尺寸和結(jié)構(gòu)完全相同的裂變室探測器，其中兩只因涂有不質(zhì)量的裂變材料，其靈敏度比值為100∶1，擴(kuò)大了聚變中子通量監(jiān)測器的量程和動(dòng)態(tài)范圍，第三只是未涂裂變材料的‘空白’探測器，專為扣除諸如γ和X射線的影響；其慢化劑類型的選擇和屏蔽層材料的選擇都使監(jiān)測器具有更為良好的性能；由于選用了高純度的裂變材料，確保了測量的精度。


圖1為聚變中子通量監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為裂變室探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.不銹鋼外殼 2.鉛屏蔽層 3、4、5.裂變室探測器6.鎘熱中子屏蔽層 7.中子慢化劑結(jié)構(gòu) 8.陰極 9.高純裂變材料10.空隙 11.電絕緣體 12.陽極 13.外殼 14.電絕緣體 15.MI同軸電纜具體實(shí)施方式
如圖1所示，聚變中子通量監(jiān)測器由置于不銹鋼外殼1內(nèi)的三只裂變室探測器3、4、5組成，其中，兩只裂變室探測器4、5的陰極上涂有不同質(zhì)量的高純裂變材料，因而它們的靈敏度各不相同，根據(jù)測量要求的動(dòng)態(tài)范圍，技術(shù)條件，以及標(biāo)定方面的原因，本發(fā)明通過改變裂變材料的質(zhì)量，使兩只探測器的靈敏度為1∶100。第三只裂變室探測器3為沒有裂變材料的“空白”探測器，它的幾何尺寸、材質(zhì)、工作氣體以及電子學(xué)等方面均與另兩只裂變室探測器雷同。不銹鋼外殼內(nèi)1設(shè)有1mm厚的鎘熱中子屏蔽層6，鎘熱中子屏蔽層6內(nèi)設(shè)有中子慢化劑結(jié)構(gòu)7，中子慢化劑結(jié)構(gòu)7內(nèi)設(shè)有鉛屏蔽層2，用于屏蔽γ射線和硬X射線，三只裂變室探測器3、4、5置于鉛屏蔽層2內(nèi)。
如圖2所示，裂變室探測器包括置于外殼13內(nèi)的陽極12和套在陽極12外的陰極8，陰極8表面涂有高純裂變材料9，陽極12與陰極8之間的空隙10充有電離氣體并通過電絕緣體11、14絕緣密封，陽極12連接MI同軸電纜15。所充的電離氣體為氬氣+5％氮?dú)猓瑝毫?atm。
在裂變室探測器的陰極8上所涂的高純裂變材料9可以是鈾-235，純度為93％，或鈾-238，純度為99.9999％。當(dāng)裂變材料選擇鈾-235時(shí)，中子慢化劑為鈹或石墨；當(dāng)裂變材料選擇鈾-238時(shí)，中子慢化劑為碳化硼。
本發(fā)明所提供的聚變中子通量監(jiān)測器是為國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)提供總的中子源產(chǎn)額、聚變功率和第一壁上中子通量實(shí)時(shí)測量為目的最重要的聚變中子診斷手段之一。本發(fā)明根據(jù)MCNP計(jì)算，可提出多種不同靈敏度，其動(dòng)態(tài)范圍可復(fù)蓋從標(biāo)定的低通量中子源、ITER的D-D聚變中子到全功率運(yùn)行的D-T聚變中子源測量的裂變室探測器組合而成聚變中子通量監(jiān)測器，可測量104～1014n/(cm2.s)中子通量，時(shí)間分辨可達(dá)1ms，測量誤差≤10％。
權(quán)利要求
1.一種聚變中子通量監(jiān)測器，由置于不銹鋼外殼(1)內(nèi)的三只裂變室探測器(3、4、5)組成，其特征在于兩只裂變室探測器(4、5)的陰極上涂有不同質(zhì)量的高純裂變材料，使兩只探測器的靈敏度為1∶100，第三只裂變室探測器(3)為沒有裂變材料的“空白”探測器；不銹鋼外殼(1)內(nèi)設(shè)有一層鎘熱中子屏蔽層(6)，鎘熱中子屏蔽層(6)內(nèi)設(shè)有中子慢化劑結(jié)構(gòu)(7)，中子慢化劑結(jié)構(gòu)(7)內(nèi)設(shè)有鉛屏蔽層(2)，三只裂變室探測器置于鉛屏蔽層(2)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其特征在于兩只裂變室探測器(4、5)上所涂的裂變材料為鈾-235，純度為93％。
3.如權(quán)利要求1所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其特征在于兩只裂變室探測器(4、5)上所涂的裂變材料為鈾-238，純度為99.9999％。
4.如權(quán)利要求2所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其特征在于所述的中子慢化劑為鈹或石墨。
5.如權(quán)利要求3所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其特征在于所述的中子慢化劑為碳化硼。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其特征在于所述的裂變室探測器包括置于外殼(13)內(nèi)的陽極(12)和套在陽極(12)外的陰極(8)，陰極(8)表面涂有高純裂變材料(9)，陽極(12)與陰極(8)之間的空隙(10)充有電離氣體并通過電絕緣體(11、14)絕緣密封，陽極(12)連接同軸電纜(15)。
7.如權(quán)利要求6所述的聚變中子通量監(jiān)測器，其特征在于裂變室探測器內(nèi)所充的電離氣體為氬氣+5％氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚變反應(yīng)堆中聚變中子測量的探測器，由置于不銹鋼外殼內(nèi)的三只裂變室探測器組成，其中，兩只裂變室探測器的陰極上涂有不同質(zhì)量的高純裂變材料，使兩只探測器的靈敏度為1∶100，第三只裂變室探測器為沒有裂變材料的“空白”探測器；不銹鋼外殼內(nèi)設(shè)有一層鎘熱中子屏蔽層，鎘熱中子屏蔽層內(nèi)設(shè)有中子慢化劑結(jié)構(gòu)，中子慢化劑結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有鉛屏蔽層，三只裂變室探測器置于鉛屏蔽層內(nèi)。該聚變中子通量監(jiān)測器具有高精度、寬量程、高計(jì)數(shù)率的特點(diǎn)，適用于國際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)的聚變中子測量。
文檔編號(hào)G01T3/00GK1940597SQ20051010564
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者楊進(jìn)蔚, 肖功珊, 宋先瑛 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院