Compton detector of neutrons for the energy yieldcontrol in the active zone of WWER

Abstract

The article examines the processes of radiative neutron capture by nuclei of atoms of metallic rhodium and hafnium. Rhodium is used as the emitter in the direct charge detectors of neutrons, which are used to control the energy yield in the core of nuclear power reactors. A new Compton direct charge detector (DCD) (so-called SPND – Self Powered Neutron Detector) with the emitter of the metallic Hf is proposed. The specifics of the signal formation of the β-emission and Compton neutron detectors are considered. The signal lag time of the rhodium detector was calculated and the respective published data was studied, and the conclusion was made that the use of β-emission detectors for the detection of rapid changes of the neutron flux density is inappropriate. The main advantages of the hafnium emitter is a long “burnout” time of the emitter material and the instantaneous response to changes in the neutron flux in the reactor core. Therefore, the use of detectors with such emitters will simultaneously enhance the reliability and safety of operation of the reactors that are in use currently and those that are being developed.

Розглянуті процеси радіаційного захоплення нейтронів ядрами атомів металів родію і гафнію. Родій використовується в якості емітера в детекторах нейтронів прямого заряду, які застосовуються для контролю енерговиділення в активній зоні ядерних реакторів АЕС. Запропоновано новий комптонівський детектор прямого заряду з емітером із металевого Hf. Розглянуто особливості формування сигналів β-емісійних і комптонівських детекторів нейтронів. Розраховано час запізнювання сигналу родієвого детектора, також проведено аналіз літературних даних і зроблено висновок про недоцільність використання β-емісійного детектора в умовах швидких змін щільності потоку нейтронів. Основними перевагами гафнієвого емітера є великий час «вигорання» матеріалу емітера і миттєва реакція детектора на зміну щільності потоку нейтронів в активній зоні реактора. Отже, використання детекторів з такими емітерами дозволить одночасно посилити надійність і безпеку експлуатації сучасних і розроблюваних реакторів.

Рассмотрены процессы радиационного захвата нейтронов ядрами атомов металлических родия и гафния. Родий используется в качестве эмиттера в детекторах нейтронов прямого заряда, которые применяются для контроля энерговыделения в активной зоне ядерных реакторов АЭС. Предложен новый комптоновский детектор прямого заряда с эмиттером из металлического Hf. Рассмотрены особенности формирования сигналов β-эмиссионных и комптоновских детекторов нейтронов. Рассчитано время запаздывания сигнала родиевого детектора, также проведен анализ литературных данных и сделан вывод о нецелесообразности использования β-эмиссионного детектора в условиях быстрых изменений плотности потока нейтронов. Основными преимуществами гафниевого эмиттера являются: большое время «выгорания» материала эмиттера и мгновенная реакция детектора на изменение плотности потока нейтронов в активной зоне реактора. Следовательно, использование детекторов с такими эмиттерами позволит одновременно усилить надежность и безопасность эксплуатации современных и разрабатываемых реакторов.