Контрольно-калибровочное устройство для нейтронных влагоплотномеров

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ лентных нейтронным потокам в реальном материале. Технический результат достигается тем, что контрольно-калибровочное устройство для нейтронных датчиков зондов, содержащее корпус с замедлителем быстрых нейтронов и поглотителем медленных нейтронов, канала, расположенного по центру устройства, первого и второго сменных экранов, выполненных в виде каркаса с пластинами, причем сменные экраны расположены по обе стороны канала, введены в каждый сменный экран стержень с нарезанной винтовой резьбой и гайки, с помощью которых крепится группа пластин из замедлителя быстрых нейтронов на стержне, причем гайки жестко закреплены на пластинах, а стержень свободно вращается относительно своей оси вращения, причем на втором сменном экране первая к центру устройства пластина из замедлителя покрыта поглотителем тепловых нейтронов.(72) Савлов Владимир Дмитриевич Пустовар Людмила Петровна(73) Открытое акционерное общество Казчерметавтоматика(54) КОНТРОЛЬНО-КАЛИБРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРОННЫХ ВЛАГОПЛОТНОМЕРОВ(57) Изобретение относится к области технической физики и радиоизотопного приборостроения, в частности, к средствам метрологического обеспечения, используемым для градуировки, поверки и калибровки, нейтронных влагоплотномеров сыпучих материалов. Технический результат изобретения - сокращение времени на регулировку и подбор значений плотностей потоков тепловых (подкадмиевых) и надтепловых (надкадмиевых) нейтронов, эквива 13076 Изобретение относится к области технической физики и радиоизотопного приборостроения, в частности, к средствам метрологического обеспечения, используемым для градуировки, поверки и калибровки, нейтронных влагоплотномеров сыпучих материалов. Известно контрольно-калибровочное устройство для нейтронных датчиков-зондов (а. с. СССР 1307997, кл.0123/12, 1990), содержащее корпус с замедлителем быстрых нейтронов, экран из карбида бора, полым, расположенным по центру устройства каналом для введения зонда, сменных экранов, установленных по направляющим и помещенным между экраном из карбида бора и каналом для введения зонда симметрично оси канала. В известном контрольно-калибровочном устройстве плотность потока замедляющихся нейтронов зависит от взаимного расположения источника быстрых нейтронов и детекторов датчика-зонда с одной стороны и сменных экранов с другой стороны. Сменные экраны представляют собой каркасы,внутри которых на различном расстоянииот источника быстрых нейтронов и детекторов закреплены несколько слоев замедлителя, между которыми располагается слой поглотителя, например, кадмий. Изменяя расстояниемежду экраном из замедлителя и осью канала для ввода датчика-зонда, а также расстояние до второго слоя замедлителя, или изменяя состав экранов замедлителей, а также их толщину , добиваются необходимых значений потоков нейтронов, эквивалентных нейтронным потокам в реальном материале. Недостатком известного устройства является отсутствие механизма регулировки расстояния , а также отсутствие независимой регулировки потоков тепловых и надтепловых нейтронов. В результате изменение толщины пластини расстоянияприводит к одновременному значительному изменению плотности потоков как тепловых, так и надтепловых нейтронов. А так как подбор толщины пластини расстоянияпроизводится в результате экспериментов, то это приводит к значительным затратам времени на проведение такого подбора. Наиболее близким к заявляемому устройству является контрольно-калибровочное устройство для нейтронных датчиков-зондов (пред. патент РК 9169, кл.0123/02, 2000), содержащее корпус с замедлителем быстрых нейтронов и поглотителем медленных нейтронов, канала, расположенного по центру устройства, и двух сменных экранов, расположенных по обе стороны канала. Экраны выполнены в виде каркаса с пластинами замедлителя, на которых закреплены тонкие пластины поглотителя подкадмиевых нейтронов. Конструкция устройства обеспечивает постоянство плотности потока подкадмиевых 1 и надкадмиевых 2 нейтронов на большой длине при перемещении датчика-зонда. Изменяя расстояниемежду экраном из замедлителя и осью канала для ввода датчика-зонда, а 2 также их толщины , добиваются необходимых интенсивностей. Введение в сменные экраны тонких пластин поглотителя (листового кадмия) позволяет изменять соотношение плотности потока подкадмиевых нейтронов и плотности потока надкадмиевых нейтронов за счт частичного поглощения подкадмиевых нейтронов. Недостатком известного устройства является отсутствие механизма регулировки расстояния , а также отсутствие независимой регулировки потоков подкадмиевых (тепловых) и надкадмиевых (надтепловых) нейтронов. Изменение толщины пластин , расстоянияи введение материала поглотителя приводит к одновременному значительному изменению потоков как тепловых (подкадмиевых), так и надтепловых (надкадмиевых) нейтронов. Ввод поглотителя тепловых нейтронов в оба экрана приводит к уменьшению потоков как надкадмиевых, так и подкадмиевых нейтронов, что не всегда необходимо. Это подтверждается экспериментальными зависимостями изменения плотностей потоков нейтронов от измененияи , приведенными на фиг. 7, фиг. 8 для известного устройства. Иногда требуется, не изменяя значительно потоки подкадмиевых нейтронов, увеличить или уменьшить потоки надкадмиевых нейтронов. В известных устройствах независимой регулировки плотностей потоков тепловых и надтепловых нейтронов нет, что значительно затрудняет воспроизведение необходимых потоков. Регулировка потоков нейтронов производится подбором толщины пластин , расстоянияи размеров пластин поглотителя и производится в результате экспериментов, что приводит к значительным затратам времени на проведение такого эмпирического поиска. Причм в известных устройствах не предусмотрено никаких приспособлений, обеспечивающих изменение толщиныпластин и расстояний . Нейтронные влагоплотномеры предназначаются для измерения влажности и насыпной плотности различных материалов, обладающих различными ядерно-физическими свойствами и соответственно создающие на этих материалах различные потоки тепловых и надтепловых нейтронов. Такие свойства натуральных материалов, как влажность и насыпная плотность материалов, подвержены влиянию окружающей среды и могут со временем изменяться. Поэтому при градуировке, поверке и калибровке нейтронных влагомеров используют не само измеряемое вещество, а его некоторую механическую модель, ядерно-физические характеристики и конструктивные параметры которого выбраны таким образом, чтобы воспроизводить потоки нейтронов,имеющие энергетические спектры, соответствующие спектрам нейтронов в анализируемом веществе. Такая модель должна метрологически аттестовываться, т. е. должно быть установлено взаимооднозначное соответствие единицы влажности и насыпной плотности определенным плотностям пото 13076 ков нейтронов. Для разных типов сыпучих материалов плотности потоков нейтронов при одной и той же влажности и насыпной плотности будут отличаться. Поэтому для каждого типа сыпучего материала (кокс, аглошихта, железорудный концентрат и т.п.) нужно подбирать соответствующие воспроизводимые потоки нейтронов. Так, для двухканального влагоплотномера одновременно воспроизводятся плотности потоков для тепловых и надтепловых нейтронов. В известных устройствах плотности потоков зависят от вида материалов и толщиныэкранов, а также расстояния . Для известных устройств однажды определенные параметрыиуже не подлежат изменению и являются жстко фиксированными, а для изменения характеристик контрольно-калибровочного устройства требуется проводить экспериментальные исследования. При этом требуется повторно осуществить подбор толщины замедлителяи расстояниеразмещения экранов. В этой связи перестройка известного устройства для различных материалов превращается в большую проблему. Техническим результатом изобретения является сокращение времени на регулировку и подбор значений плотностей потоков тепловых (подкадмиевых) и надтепловых (надкадмиевых) нейтронов,эквивалентных нейтронным потокам в реальном материале. Технический результат достигается тем, что контрольно-калибровочное устройство для нейтронных датчиков зондов, содержащее корпус с замедлителем быстрых нейтронов и поглотителем медленных нейтронов, канала, расположенного по центру устройства, первого и второго сменных экранов, выполненных в виде каркаса с пластинами, причм сменные экраны расположены по обе стороны канала, введены в каждый сменный экран стержень с нарезанной винтовой резьбой и гайки, с помощью которых крепится группа пластин из замедлителя быстрых нейтронов на стержне, причм гайки жстко закреплены на пластинах, а стержень свободно вращается относительно своей оси вращения, причм на втором сменном экране первая к центру устройства пластина из замедлителя покрыта поглотителем тепловых нейтронов. На фиг. 1, фиг. 2 показана конструкция контрольно-калибровочного устройства для нейтронных датчиков-зондов. Контрольно-калибровочное устройство для нейтронных датчиков-зондов состоит из корпуса 1, замедлителя быстрых нейтронов 2, поглотителя медленных нейтронов 3, корпус имеет крышку 4 и канал 5 ввода нейтронного датчика-зонда, с источником 6 быстрых нейтронов и детекторами 7, 8, соответственно, тепловых (подкадмиевых) и надтепловых (надкадмиевых) нейтронов. На верхней и нижней внешней поверхности канала закреплены направляющие 9, по направляющим слева и справа от датчика-зонда устанавливаются сменные экраны 10,11. На фиг. 3 показана конструкция сменных экранов. Сменный экран состоит из каркаса 12, группы пластин замедлителя 13, которые с помощью гаек 14 закреплены на стержне 15 с винтовой резьбой и шлицем 17. В экране 11 группа пластин замедлителя 13 закрыта листом кадмия 16. На фиг. 4 изображены графики зависимостей плотностей потоков тепловых 1 и надтепловых нейтронов 2 от расстояния 1 для первого экрана соответственно для двух положений 2 и 2 второго экрана. На фиг. 5 изображены графики зависимостей плотностей потоков 1 тепловых нейтронов и надтепловых нейтронов 2 от расстояния 2 для второго экрана, соответственно, для двух положений 1 и 1 для первого экрана. На фиг. 6, фиг. 8, фиг. 10 изображены графики зависимостей плотностей потоков тепловых 1 и надтепловых нейтронов 2 от расстояния 1 для первого экрана, соответственно, для двух положений 2 второго экрана. На фиг. 7, фиг. 9, фиг. 11 изображены графики зависимостей плотностей потоков тепловых 1 и надтепловых нейтронов 2 от расстояния 2 для второго экрана, соответственно, для пяти положений 1 первого экрана. В заявляемом устройстве, по сравнению с известными, первый и второй экраны 10, 11 выполнены из группы наборных пластин 13 замедлителя быстрых нейтронов, причм первая к центру устройства пластина второго экрана покрыта листом 16 поглотителя тепловых нейтронов (кадмия). В известных же устройствах в обоих экранах используется одновременно и замедлитель и поглотитель нейтронов, что приводит к одновременному значительному изменению потоков тепловых и надтепловых нейтронов, и увеличивает время, затрачиваемое на экспериментальный подбор толщины пластин замедлителя и размеров поглотителя. В заявляемом устройстве, изменяя расстояние 1 группы пластин для первого экрана, управляют потоками тепловых и надтепловых нейтронов, а изменяя расстояние 2 группы пластин для второго экрана в большей степени управляют потоками надкадмиевых нейтронов. Это связано с тем, что кадмий, покрывающий замедлитель, поглощает тепловые (подкадмиевые) нейтроны и пропускает надтепловые (надкадмиевые) нейтроны, которые и регистрируются детекторами датчика. Кроме того, регулировка толщины замедлителя и расстояния замедлителя в заявляемом устройстве производится с помощью приспособления, выполненного в виде стержня с винтовой резьбой, на которой с помощью гаек закреплены пластины замедлителя. Это позволяет путм изменения количества пластин замедлителя в наборе изменять толщину 1,2 замедлителей и таким образом задавать соответствующий максимальный или минимальный уровень потоков тепловых и надтепловых нейтронов. Таким образом, суммарные значения плотностей потоков от двух экранов регулируются подбором пластин замедлителя фиксированной толщины и 3 13076 расстояниями 1 и 2, на котором устанавливаются экраны в устройстве. Это позволяет оценить возможные варианты получения различных значений плотности потоков нейтронов, проведя градуировку устройства во всех допустимых диапазонах изменения 1, 2, 1, 2. И,таким образом, избежать утомительного экспериментального подбора этих значений для различных материалов. Устройство работает следующим образом, пластины 13 замедлителя быстрых нейтронов перемещаются вдоль подвижного стержня 15 с винтовой резьбой, который размещен в сменном экране. Вращая стержень с помощью шлица 17, производят перемещение гаек с закрепленными на них пластинами замедлителя 13. Пластины замедлителя плавно перемещаются вдоль оси стержня 15, в зависимости от направления вращения стержня. Если вращение производится по часовой стрелке, то пластины перемещаются к детекторам и источнику быстрых нейтронов, а если вращение производится против часовой стрелки, то пластины перемещаются от источника и детекторов нейтронов. Причм все установленные в экране пластины одновременно перемещаются вдоль оси стержня. Толщины 1, 2, или число установленных пластин замедлителя, задают максимальный и минимальный достижимые уровни плотностей потоков(число зарегистрированных детекторами нейтронов в единицу времени). При получении экспериментальных зависимостей были применены в качестве замедлителя - материал капралон (полиамид 6-блочный), в качестве поглотителя - листовой кадмий толщиной 1 мм. Суммарный размер пластин замедлителя 13 сменных экранов 10 и 11 составляет, соответственно,50 мм и 60 мм. В качестве источника быстрых нейтронов был использован источник ИБН-6 на основе изотопов плутония Р. В качестве детектора нейтронов были использованы газоразрядные счтчики типа СНМ-18-1, заполненные гелием - 2 Не 3. При этом плотности потоков однозначно связаны с числом нейтронов, регистрируемых детекторами в единицу времени. С выходов детекторов снимаются электрические импульсы, соответствующие числу зарегистрированных нейтронов в секунду (имп/с). При анализе видов зависимостей 11(1,2),22(1,2), приведенных на фиг. 4 и фиг. 5, можно сделать вывод о том, что наклон графиков 11(1, 2 ), круче на фиг. 4 (скорость изменения от изменения 1 выше) по сравнению с графиком 11(1, 2), изображенном на фиг. 5 (от изменения 2) при практически одинаковых наклонах зависимостей 22(1, 2) и 22(1, 2). Такой характер зависимостей дает возможность проводить, в определенной степени, независимую регулировку плотности потоков нейтронов 1 и 2. Выбирается такой диапазон 1 , 1 , 2 ,2 , при которых зависимости 11(1,2), 22(1,2) можно считать линейными. Для указанных 4 геометрии и толщины замедлителя этот диапазон находится от 1 до 5 см. На фиг. 6 и фиг. 7 изображены зависимости 1, 2 для диапазона 1 , 1 и 2 , 2 . Используя приведенные зависимости, можно подобрать и установить необходимые плотности потоков нейтронов. С этой целью на оси 1, 2 делается отсчт значений и параллельно осипроводятся параллельные линии, которые пересекают графики зависимостей. Предположим, что требуется подобрать три пары плотностей потоков тепловых 1 и надтепловых 2 нейтронов в минимальной, средней и максимальной областях возможных плотностей потоков 1650 имп/с, 2200 имп/с 1900 имп/с, 2300 имп/с 11100 имп/с, 2450 имп/с. Для заданных 1650 имп/с, 2200 имп/с параллельно оси 1 проводят параллельные линии,пересекающие линию 11(1, 250 мм) в точке с координатами 140 мм, 250 мм, а линию 212(1, 250 мм) в точке с координатами 38 мм, 250 мм (см. фиг. 6). Таким образом, в качестве диапазона изменения значения 1 выбирают диапазон от 40 до 50 мм, то есть диапазон, в котором одновременно будут воспроизводиться заданные значения 1 и 2 . Для зависимости 22(1, 2) (см. фиг. 7) также проводят параллельно оси 2 линии, соответствующие 1650 имп/с и 2200 имп/с. Выделяют область значений 2 в диапазоне от 140 мм до 150 мм. Находят диапазон допустимых значений 2, определяя точки пересечения проведенных линий с графиками зависимостей 22(140 мм,2) и 22(150 мм, 2). Координаты точки пересечения будут соответственно 238 мм и 246 мм. Таким образом, изменяя значения 1 в диапазоне 40-50 мм, а 2 в диапазоне от 38-46 мм, осуществляют регулировку 1 и 2 для установки заданных значений 1 и 2 . При этом, регулируя сначала 1 в найденных диапазонах, при неизменном 2, устанавливают 1 ,затем, регулируя 2, при неизменном 1, добиваются требуемого значения 2 . Согласно фиг. 7, значения 1, при регулировке 2, изменяются незначительно, что позволяет достаточно быстро добиться установки требуемых значений. Аналогичным образом находят диапазоны значений 1 и 2 для средних и максимальных значений плотностей потоков (фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11). Так, для 1900 имп/с, 2300 имп/с находят диапазоны изменения 1 - от 19 до 35 мм,2 - от 32 до 44 мм. Для 11100 имп/с, 2450 имп/с, находим диапазоны изменения 1 - от 10 мм до 21 мм,2 - от 10 мм до 21 мм. В найденных диапазонах, регулируя 1 и 2, устанавливают необходимые 1 и 2. Техническим преимуществом предлагаемого устройства является то, что применение его сокращает время регулировки при подготовке контрольно-калибровочного устройства для градуировки,поверки и калибровки двухканальных нейтронных 13076 влагоплотномеров. Кроме того, всегда можно не только оценить возможные диапазоны воспроизведения плотностей потоков нейтронов по графикам,но и определить направление изменений 1, 2. Это позволяет целенаправленно, а не вслепую осуществлять регулировку устройства и, таким образом,уменьшать дополнительные временные затраты на экспериментальные исследования. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Контрольно-калибровочное устройство для нейтронных влагоплотномеров, содержащее корпус с замедлителем быстрых нейтронов и поглотителем медленных нейтронов, канал, расположенный по центру устройства, первый и второй сменные экраны, выполненные в виде каркаса с пластинами, причм сменные экраны расположены по обе стороны канала, отличающееся тем, что в каждый сменный экран введены стержень с нарезанной винтовой резьбой и гайки, с помощью которых крепится группа пластин, выполненных из замедлителя быстрых нейтронов, причм гайки жстко закреплены на пластинах, а стержни свободно вращаются относительно оси, а на втором сменном экране первая к центру устройства пластина из замедлителя покрыта поглотителем тепловых нейтронов.