γ－射線補償型中子電離箱的製作方法
2023-09-21 11:04:40
專利名稱：γ－射線補償型中子電離箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及在有γ-射線的條件下對反應堆中的中子計數用的γ-射線補償型中子電離箱。
圖7示出日本特開平4-363856號公報公開的一種在信號電極上設有孔的γ-射線補償型中子電離箱。在圖7中，1為圓筒狀高壓電極，2為按預定間隔設在高壓電極1內側、呈同心配置的圓筒狀信號電極，3為按預定間隔設在信號電極2內側、呈同心配置的圓筒狀補償電極，4為在高壓電極1上加以高電壓+VH用的高壓電源，5為在補償電極3上加以補償電壓-VC用的補償電源，6為對由信號電極2獲得的中子流進行放大用的放大器，7為塗覆在高壓電極1內側面(與信號電極2相對一側的表面)、諸如10B等中子敏感物質，8為塗覆在信號電極2外側面(與高壓電極1相對一側的表面)、諸如10B等中子敏感物質，10為構成位於高壓電極1與信號電極2之間的電離空間用的中子電離箱，11為構成位於信號電極2與補償電極3之間的電離空間用的補償電離箱，12為設置在信號電極2上的若干個孔。如圖8所示，這些孔12沿信號電極2的周緣方向和軸向配置。
在前述公報中公開了一種設有48個直徑為5毫米的孔12的實例，但對於孔12的直徑、個數和孔軸間的距離(相鄰接的孔和孔之間的距離)並沒有給出其它限制。然而由於由孔12產生的漏電場體積與γ-射線補償的幅度相當，所以希望能將漏電場體積減小至中子電離箱10體積的百分之幾以內。並且希望在中子和γ-射線不發生變化時，使得位於所用電壓附近的信號電流變化儘可能地小，比如說應為5％/100V(使用電壓的變動為100V時，信號的變化在5％以下)量級，但由於孔12面積增大時信號電流變化也將隨之增大，所以它是不能使用的。下面參考圖2說明中子電離箱10的飽和特性。圖2中的P為在信號電極2上未設置孔12時的數據，Q為設在信號電極2上的孔12面積的總和為信號電極2表面積5％時的數據，R為設在信號電極2上孔12面積的總和為信號電極2表面積10％時的數據。由圖2中可見，當設在信號電極2上的孔12面積的總和超過信號電極2表面積的5％時，飽和特性將明顯惡化，故存在實用性方面的問題。前述信號電極2的表面積表示與高壓電極1相對一側或與補償電極3相對一側中的一個側面的表面積。
由於上述這種現有技術的γ-射線補償型中子電離箱中的有如上結構之中子電離箱10和補償電離箱11不是密閉的，所以其飽和特性將與孔12的面積總和成比例地惡化。而且還存在當由孔12產生的漏電場體積增大時，採用增加γ-射線補償幅度的方式會使信號變化(信號誤差)隨之增大的問題。
又如圖9所示，對於將作為相鄰孔12與孔12之間距離的孔軸間隔W2設定為比信號電極2與補償電極3之間間隔、即補償電離箱11的厚度D小(W2＜D)的情況，由各個孔12產生的漏電場E2將呈連續的波形分布，故和可以對各個孔12產生的效果實施獨立估量的情況相比，還存在其漏電場體積增大，進而會使信號變化增大的問題。
另外如
圖10所示，對於作為錐形孔形成與前述孔12相當的孔13，並以使孔13的直逕自高壓電極1一側向補償電極3一側慢慢減小的方式形成孔13的情況，在孔壁面13a與信號電極2外側面(與高壓電極1相對一側的表面)2a相交的部分14a、孔壁面13a與信號電極2內側面(與補償電極3相對一側的表面)2b相交的部分14b處還分別形成有稜邊。特別是部分14b還呈與孔壁面13a及內側面2b之間夾角為銳角的尖稜。對於這種情況，在如圖11所示呈尖稜狀的部分14b處會產生電場E3集中，從而使孔13產生的漏電場變化劇烈，容易受補償電壓變化的影響。因此為了能獨立地估量各個孔13的效果，就必須要增大如圖9所示的孔軸間隔W2，而這又將產生不能嚴格地限制孔軸間隔W2的問題。
本發明就是為解決上述問題的，目的在於提供一種可將飽和特性的惡化抑制到實際上可以忽略不計的程度，進而使其受劑量、射線性質影響極小的γ-射線補償型中子電離箱。
作為如權利要求1所述的本發明γ-射線補償型中子電離箱，是一種γ-射線補償型中子電離箱，它按預定間隔依次同心地配置分別成為圓筒狀或平板狀的、加以高電壓用的高壓電極、取出中子流用的信號電極和加以補償電壓用的補償電極，並在所述信號電極的一部分處設有若干個孔，其特徵在於所述孔的面積總和設定小於或等於信號電極表面積的5％。
作為如權利要求2所述的本發明γ-射線補償型中子電離箱，其特徵在於在權利要求1所述γ-射線補償型中子電離箱基礎上，還將相鄰孔與孔之間的距離設定為大於或等於信號電極與補償電極之間的間隔的兩倍。
作為如權利要求3所述的本發明γ-射線補償型中子電離箱，其特徵在於在權利要求1或權利要求2所述γ-射線補償型中子電離箱基礎上，還使信號電極的孔與表面之間相交部分形成為曲面。
圖1為本發明一種實施方式的示意圖，其中圖1(a)表示γ-射線補償型中子電離箱的構造示意圖，圖1(b)表示一個孔周圍的信號電極剖面圖；圖2為本發明實施方式中的γ-射線飽和特性曲線圖；圖3為說明本發明實施方式中孔軸間隔所起作用的剖面圖；圖4為說明本發明實施方式中曲面所起作用的剖面圖；圖5為說明本發明實施方式的設計順序的流程圖；圖6為表示本發明實施方式中γ-射線補償特性的實測數據圖；圖7為現有技術γ-射線補償型中子電離箱的構造示意圖；圖8為現有技術的信號電極的孔的配置方式的斜視圖；圖9為說明現有技術的孔軸間隔所起作用的剖面圖；圖10為表示現有技術另一種信號電極的孔的形狀剖面圖；圖11為說明現有技術另一種信號電極的孔所起作用的剖面圖。
附圖中的參考標號的含義為1高壓電極，2信號電極，3補償電極，4高壓電源，5補償電源，6放大器，7、8中子敏感物質，9孔，10中子電離箱，11補償電離箱。
下面說明本發明的實施方式。圖1為本發明一種實施方式的示意圖，其中圖1(a)表示γ-射線補償型中子電離箱沿軸線剖開時的示意圖，圖1(b)表示這種γ-射線補償型中子電離箱的信號電極上一個孔周圍的放大示意圖。圖1中的高壓電極1、信號電極2、補償電極3、高壓電源4、補償電源5、放大器6、中子敏感物質7、8、中子電離箱10、補償電離箱11均與現有技術中的相應部分的結構成相同。9為設在信號電極2處的若干個孔，這種孔9的面積總和設定小於等於信號電極2表面積的5％。與前述的相類似，所述信號電極2的表面積表示與高壓電極1相對一側或與補償電極3相對一側中的一個側面的表面積。而且作為相鄰的孔9與孔9之間距離的孔軸間隔W1設定為大於等於信號電極2與補償電極3之間的間隔、即補償電離空間11的距離D的兩倍(W1≥2·D)。圖1(a)所示信號電極2沿軸向間隔的示意圖中，若干個孔9沿圓筒狀信號電極2的周緣方向和軸向配置，而前述孔軸間隔W1表示，如果取一個孔9為基準，當分析這一基準孔9與配置在其周圍的孔9之間的關係時，為沿圓筒狀信號電極2的周緣方向的間隔，或為沿周緣方向與軸向相交方向上的間隔。另如圖1(b)所示，孔9的孔壁面9a與信號電極2外側面2a及內側面2b雙方相交的部分呈曲面9b、9c的形式形成在孔9的全部周面上。這種曲面9b、9c可通過研磨方式使在外側面2a和內側面2b與孔壁面9a形成的稜邊分別成為平滑連續的結構形式。
在本發明的這種實施方式中，通過採用將孔9的面積總和設定為小於等於信號電極2表面積5％的這種附加限制方式，可使中子電離箱10的飽和特性位於比圖2所示曲線Q更在曲線P一側，從而可以確保其處於良好的狀態。
另外，在本發明的這種實施方式中，通過將作為相鄰的孔9與孔9之間距離的孔軸間隔W1設定為大於等於信號電極2與補償電極3之間的間隔D的兩倍(W1≥2·D)的方式，還可以單獨考慮各個孔9的漏電場，從而使其設計更容易，並使補償電壓與漏電場體積之間的關係近似呈線形，進而可將補償特性變化率抑制到相當低。下面利用圖3說明所稱的W1≥2·D。圖3示出本發明人進行的模擬及實驗的結果，它示出了在設定為W1≥2·D情況下孔9的漏電場E1。如圖3所示，各個孔9的漏電場E1呈獨立的分布形式。由此可見，通過將作為相鄰的孔9與孔9之間的距離的孔軸間隔W1設定為大於等於信號電極2與補償電極3之間的間隔D兩倍的方式，便可以單獨考慮各個孔9所產生的效果。
而且在本發明的這種實施方式中，在孔9的孔壁面9a與信號電極2外側面2a相交的部分、在孔9的孔壁面9a與信號電極2內側面2b相交的部分均形成為曲面9b、9c，所以電場不會發生急劇的變化，從而使其幾乎不受補償電壓變動的影響。下面利用圖4說明這種曲面9b、9c。圖4示出本發明人進行的模擬和實驗的結果，它表明電場E1未產生急劇變化。由此可見，通過採用使孔壁面9a與外側面2a和內側面2b的相交部分形成曲面9b、9c的方式，便可以使其不致受到補償電壓變動的影響。
圖5示出設計作為本發明這一實施方式γ-射線補償型中子電離箱時的順序。圖5中的步驟101中示出與前述高壓電極1相當的高壓電極HV(+)、與前述信號電極2相當的信號電極SIG(0V)、與前述補償電極3相當的補償電極CV(-)的模型。在該步驟101中，A與高壓電極HV(+)至信號電極SIG(0V)之間的距離相當，即與前述中子電離箱10的厚度相當，B與信號電極SIG(0V)至補償電極CV(-)之間的距離相當，即與前述補償電離箱11的厚度相當，C為由檢測傳感器、也即由前述高壓電極1、信號電極2及補償電極3所成的同心體的中心線至補償電極CV(-)之間的距離，d為孔9的直徑，L為高壓電極HV(+)、信號電極SIG(0V)和補償電極CV(-)的電極長度。在步驟102中，由HV-SIG的容積(前述中子電離箱10的容積)=SIG-CV的容積(前述補償電離箱11的容積)確定出C，再進至步驟103。在步驟103中，取加給高壓電極HV(+)的高電壓=HV，取加給補償電極CV(-)的補償電壓=CV，並在假設高壓電極HV(+)、信號電極SIG(0V)和補償電極CV(-)為分別平行的平板時，如果孔9部分的漏電場長度e可由步驟103所示的公式(1)表示，則進入步驟104。在步驟104中，當利用孔9的直徑d及孔穴數目N，可由步驟104中的公式(2)表示分別與高壓電極HV(+)和信號電極SIG(0V)之間的電位、信號電極SIG(0V)和補償電極CV(-)之間的電位對應的電極間電壓V時，進入至步驟105。在步驟105中，當分別與中子電離箱10和補償電離箱11相當的電離箱有效容積為，HV-SIG的有效容積=HV-SIG的容積+V,SIG-CV的有效容積=SIG-CV的容積-V時，進入至步驟106。在步驟106中，改變步驟101所示的距離B，求解出HV-SIG的有效容積=HV-SIG的有效容積時的點。採用如上所述的順序，便可以設計出當補償電位為-CV時可實現100％補償的γ-射線補償型中子電離箱。實際設計時，還可以加上對各電極厚度和f的計算，並可以利用同軸圓筒模型進行。而且可以用高壓電極HV(+)、信號電極SIG(0V)和補償電極CV(-)形成γ-射線補償型中子電離箱的檢測器。
圖6示出在本發明的這種實施方式中，用鈷60照射設有48個直徑為5毫米孔9的γ-射線補償型中子電離箱時所得的γ-射線補償特性的實測數據。圖6中的「標號口所示的60R/hr*」給出了在鈷放射源與探測器之間設置鉛塊、即為軟射線時的補償特性。由這些實測數據可知，即使在γ-射線的劑量率變化較大時，也可使補償特性的變化比較小，從而確實可以製作出受劑量、射線性質影響極小的檢測器。
如上所述，如果採用如權利要求1所述的發明，則通過採用將孔面積總和設定為小於等於信號電極表面積5％這種附加限制的方式，便可將飽和特性的惡化抑制到實際上可以忽略不計的程度，從而可以製作出受劑量、射線性質影響極小的γ-射線補償型中子電離箱。
如果採用如權利要求2所述的發明，則通過採用將相鄰接的孔與孔之間距離設定為大於等於信號電極與補償電極之間的間隔兩倍的方式，除可獲得如權利要求1所述發明所具有的效果之外，由於可以單獨考慮各個孔的漏電場，所以還具有使設計更容易，並使補償電壓與漏電電場的體積之間的關係近似呈線形，進而可將補償特性的變化率抑制在相當低的效果。
如果採用如權利要求3所述的發明，由於在信號電極的孔與表面之間相交的部分形成為曲面，所以除可獲得如權利要求1或權利要求2所述發明所具有的效果之外，還可以獲得電場不會產生急劇變化，從而使其幾乎不受補償電壓變動影響的效果。
權利要求
1．一種γ-射線補償型中子電離箱，它按預定間隔依次同心地配置有分別成為圓筒狀或平板狀的、加以高電壓用的高壓電極、取出中子電流用的信號電極和加以補償電壓用的補償電極，而且所述信號電極的一部分還設有若干個孔，其特徵在於上述孔的面積總和被設定為小於等於信號電極表面積的5％。
2．一種如權利要求1所述的γ-射線補償型中子電離箱，其特徵在於相鄰的孔與孔之間的距離被設定為信號電極與大於等於補償電極之間間隔的兩倍。
3．一種如權利要求1所述的γ-射線補償型中子電離箱，其特徵在於在信號電極的孔與表面之間相交的部分形成曲面。
全文摘要
一種γ－射線飽和特性不發生明顯惡化的γ－射線補償型中子電離箱。採用將孔9的面積總和設定為小於等於信號電極2表面積5%的附加限制。如果將相鄰的孔9與孔9之間的距離W1設定為大於等於信號電極2與補償電極3之間的間隔D的兩倍,則還可以單獨考慮對各個孔9的漏電場。而且如果使信號電極2上的孔9與表面2a、2b之間相交的部分形成曲面9b、9c,還可使電場不會產生急劇的變化。
文檔編號H01J47/12GK1220400SQ98115149
公開日1999年6月23日 申請日期1998年6月9日 優先權日1997年12月17日
發明者後藤豐一, 深草伸二 申請人:三菱電機株式會社