РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА ШЛЯХІВ АДАПТАЦІЇ ЕФУ ДО УМОВ РАДІАЦІЙНИХ ВИПРОБУВАНЬ ОБЛАДНАННЯ АЕС
2.1. Дослідження та розробка системи радіаційних вимірювань
Особливістю сучасного етапу розвитку радіаційних технологій є використання великих радіаційних потужностей. Створюються радіаційні установки з інтенсивними пучками. Актуальна проблема метрології потужних радіаційних полів для оптимізації параметрів установки (ефективність, економічність, ресурс) та отримання достовірних результатів радіаційних робіт.
В Україні на промислових установках відсутні прототипи систем контролю радіаційних полів, а великі інтенсивності таких полів виключають можливість використання методів ядерної фізики високих енергій (наприклад з тих, що базуються на напівпровідникових детекторах або мікрофольгових датчиках [40 ? 42]).
З метою вирішення цієї проблеми для адаптації типової радіаційної техніки була розроблена оригінальна система технологічної дозиметрії (СТД) на основі спеціальних технічних засобів. Технічним завданням цієї розробки було отримання метрологічної точності вимірювання інтенсивності випромінювання 5 % в будь-якій точці контрольованого простору (а це - 1,8 м3). Динамічний діапазон системи вимірювань розрахований на регулювання загальної інтенсивності первинного пучка електронів від 10 мА до 1500 мА в імпульсі (більше 100 разів).
При вирішенні вказаної проблеми до уваги прийнято також наступні положення:
* прискорювач установки генерує імпульсні осесиметричні пучки електронів, які мають завжди стаціонарне положення;
* прискорювач забезпечує пучки електронів з енергією 3 ? 5 МеВ і регулюванням їх інтенсивності;
* головний напрямок технологічних досліджень передбачає використання виведеного пучка;
* в складі обладнання установки необхідно мати засоби для вимірювання інтегральної інтенсивності пучка і оперативних технологічних вимірювань.
* вимірювати просторово-часові характеристики пучка для фізичних досліджень при запуску прискорювача і опрацюванні принципів автоматичного управління, з похибкою менше 3 ? 5 % (амплітудні) і 5 ? 10 % (часові).
2.1.1. Розробка датчиків радіації
Вітчизняні фахівці мають обмежений перелік промислових засобів технологічної дозиметрії [43]. В Україні технологічна дозиметрія здійснюється за допомогою імпортних фотохiмiчних дозиметрів - ЦВИД, СОПД(Ф)-5/150 (Росія). Висока вартість цих дозиметрів відповідно збільшує вартість радіаційних процесів i гальмує впровадження їх у виробництво. До того ж фотохiмiчні дозиметри мають короткий термін зберігання, точність (+/- 30 %) забезпечується лише на протязі 4 ? 5 діб з моменту опромінення [44].
В IЯД НАНУ система дозиметрії створювалась для наукових цілей. Вона забезпечує унікальні результати щодо чутливості i точності, але неприйнятні для промислових технологій через надмірно високу вартість [45, 46].
З урахуванням попереднього досвіду і аналізу публікацій, при розробці нової радіаційної установки було створено систему дозиметрії з залученням традиційних для ІЯД електричних методів діагностики пучків [45 ? 47]. Визначення реально відпущених доз в цій системі передбачено здійснювати математичною обробкою інформації на ЕОМ, в тому числі і з використанням принципів математичного моделювання взаємодії пучка з об'єктами, що опромінюються. В такій системі необхідно вимірювати величину інтенсивності пучка і характер його розподілу на мішені. Відповідно, найбільш важливим є контроль за струмом пучка та його розмірів в площині опромінювання. З відомого переліку засобів діагностики пучка [40 ? 50], по критеріях точності та мінімальної вартості найбільш підходять датчики щільності пучка і магнітні індукційні датчики струму. Датчики для вимірювання продуктів конверсії пучка вибрані з стандартизованих систем дозиметрії ?-випромінювань.
2.1.1.1. Датчик щільності пучка
Традиційно, на електрофізичних установках для діагностики пучка застосовують датчик щільності пучка - "циліндр Фарадея" (далі - ЦФ). Він діє на основі поглинання зарядженої компоненти потоку випромінення (рис. 2.1). На показання приладу впливає величина струму витоку на землю Iвит, що визначається опором ізоляції ЦФ від землі (Rв) та додатковим струмом Iдод, який обумовлений осіданням на корпус циліндра вільних іонів і електронів.
Рис. 2.1. Типова схема вимірювання струму пучка за допомогою ЦФ
Конструкція датчика традиційно розробляється індивідуально для кожної ЕФУ, залежно від заданої допустимої похибки СТД, енергії та діапазону струму пучка.
Розрахунок основних розмірів ЦФ для даної установки (L, Lпогл, dвн, dзовн и т.п.) проводився на основі теорії взаємодії прискорених частинок з речовинами і експериментальних досліджень [41, 48, 50]. Через те, що ЦФ відноситься до числа так званих зразкових приладів, основним критерієм при розрахунках його конструкційних параметрів були показники точності (відносна похибка).
Відносна похибка вимірювань визначається в загальному випадку виразом:
де
- I дод - для негативно заряджених частинок,
+ I дод - для позитивно заряджених частинок.
Струм поглинання Iпогл залежить від довжини поглинаючої частини Lпогл та довжини вільного пробігу частинки заданої енергії в речовині поглинача ? при Lпогл < ? :
Як видно з виразу, для зменшення струму поглинання Iпогл необхідно вибирати довжину поглинаючої частини Lпогл> ?.
При цьому струм відбиття I'відб визначається кутом вильоту відбитих частинок ?в, кутом відбивання частинки ?відб та коефіцієнтом відбивання матеріалу поглинача Квідб:
Для зниження I'відб дно виготовлено з матеріла з невеликим атомним числом ( графіт), що забезпечує малий коефіцієнт відбивання і великий кут відбивання ?відб. З метою зменшення кута відбивання геометрія передньої частини циліндра є прохідною з відношення dвх/( L - Lпогл) менше одиниці:
Крім цього, для зменшення струму, що відбивається в отворі прохідної частини ЦФ встановлено постійний магніт, поле якого повертає частину відбитих частинок