Аналитический активационный комплекс на основе портативного нейтронного генератора для анализа примесей в металлах

Вид материала

Документы

Содержание Выбор метода определения ДМ в багаже Пассивные методы контроля ДМ Метод циклического облучения и регистрации Разработан алгоритм принятия решения

Подобный материал:

• Апряжения для малогабаритного, транспортабельного генератора рентгеновских квантов, 12.72kb.
• Токи смещения в металлах, диэдектриках и в вакууме Геннадий Ивченков, 336.87kb.
• Правила приемки лрс и методы отбора проб для анализа на складах, базах и промышленных, 204.41kb.
• Аннотация дисциплины «Физика рентгеновских лучей и основы рентгеноструктурного анализа», 10.94kb.
• Ия некоторых примесей в отдельных водоемах и водотоках может превышать величину предельно-допустимых, 136.44kb.
• Под действием нейтронного облучения конструкционные материалы оболочек твэлов реакторов, 169.68kb.
• Реферат отчета по нир на тему: Развитие и сопровождение информационно-аналитического, 19.31kb.
• Програма фахового вступного випробування для навчання за освітньо-професійною програмою, 63.8kb.
• Е. а чвертко московский инженерно-физический институт (государственный университет), 18.26kb.
• Новая технология очистки воды кандидат медицинских наук В. Барабанов, 116.04kb.

Выбор метода определения ДМ в багаже

Делящиеся нуклиды обладают характерными ядерными свойствами, среди которых для аналитических целей важнейшими являются процесс деления и естественная радиоактивность [1,2]. Признаками делящихся материалов могут быть:

- альфа, бета и гамма излучение;

- инфракрасное излучение (тепловыделение);

- нейтронное излучение;

- большое сечение деления тепловыми нейтронами с испусканием мгновенных и запаздывающих нейтронов и  - квантов.

Ядерно-физические методы неразрушающего контроля основаны на регистрации собственного или индуцированного излучения исследуемого объекта, а также на измерении поглощения излучения от внешнего источника, проходящего через исследуемый объект. Для контроля ядерных материалов могут быть использованы как пассивные методы, использующие регистрацию собственных излучений объекта, так и активные – с использованием внешнего источника излучений.

В табл. 1 приведены пассивные и активные методы, применяемые для контроля ДМ. В ней не указаны методы, основанные на непосредственной регистрации –излучения, как неприменимые для контроля ДМ, находящихся в контейнерах, из-за малого пробега -частиц.

Таблица 1

Ядерно-физические методы неразрушающего контроля делящихся материалов

Пассивные методы контроля ДМ
Регистрация  - и рентгеновских лучей	Сцинтилляционная спектроскопия и радиометрия
	Полупроводниковая спектроскопия
Регистрация нейтронов	Интегральный счет
	Счет совпадений

Активные методы контроля ДМАнализ  - и рентгеновских лучейАбсорбциометрияРегистрация вторичного излученияРегистрация нейтроновАбсорбциометрияРегистрация нейтронного откликаВременная дискриминация Дискриминация совпаденийЭнергетическая дискриминация



Отметим, что задача обнаружения высокообогащенного урана (ВОУ) в полной мере не может быть решена с использованием пассивных методов контроля, так как собственные излучения ДМ можно замаскировать с помощью специальных экранов. Поэтому в данной работе были рассмотрены возможности активных методов.

Глубина проникновения зондирующего излучения до взаимодействия с ДМ может составлять от единиц до нескольких десятков г/см². Такой же проникающей способностью должно обладать исходящее из ДМ излучение-признак. Поэтому мы ограничили свое рассмотрение ядерно-физическими методами, использующими в качестве зондирующего излучения и отклика быстрые нейтроны и -излучение с энергией не ниже 0,1 МэВ.

Главной отличительной особенностью ВОУ и плутония, на основе которой строится большинство методов обнаружения, является их реакция деления под действием быстрых и тепловых нейтронов, а также под действием – квантов с энергией выше 5 МэВ (фотоделение). Реакция деления сопровождается образованием мгновенного и запаздывающего нейтронного и  -излучений, которые могут быть использованы в качестве признаков наличия ДМ. В табл. 2 приведена краткая характеристика методов, использующих признаки наличия ДМ на основе вынужденного деления ядер.

В данной работе при обзоре методов обнаружения ДМ мы ориентировались на технологии, реально используемые на практике. Например, в последние годы компанией SAIC интенсивно разрабатывается метод импульсного анализа быстрыми нейтронами (Pulsed Fast Neutron Analysis – PFNA). Он основан на зондировании объекта пучком нейтронов наносекундной длительности и измерении отклика в наносекундной области с помощью времяпролетной методики. Основное назначение метода, требующего использования дорогостоящей прецизионной аппаратуры (ускорителя дейтронов), связывается с задачами обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков при контроле багажа и грузов в аэропортах. Также рассматриваются возможности расширения метода PFNA для контроля различных отходов в контейнерах объемом 200 л, в том числе содержащих делящиеся материалы. Однако недостаточная проработка метода и сложность аппаратуры препятствует широкому распространению метода PFNA в практике стандартного контроля.

Таблица 2

Краткая характеристика методов контроля ДМ на основе вынужденного деления ядер

Зондирующее излучение	Излучение – признак	Краткие комментарии
Нейтроны	Мгновенные нейтроны деления	Использование мгновенных нейтронов деления в нейтрон– нейтронных методах основано на применении специальных приемов по разделению зондирующего и вторичного излучений. На практике получили распространение следующие методы:. - метод дифференцированного затухания, использующий деление термализованными первичными нейтронами. Метод требует наличия импульсного источника нейтронов; - метод счета нейтронных совпадений, выделяющий нейтроны мгновенного деления за счет их множественности. Метод требует наличия источника нейтронов непрерывного действия; - метод подсветки нейтронами с низкоэнергетическим спектром, энергия которых должна быть существенно меньше средней энергии нейтронов спектра деления
	Запаздывающие нейтроны деления	Метод используется для решения разнообразных задач контроля ДМ и требует наличия импульсного или осциллирующего источника нейтронов
	Мгновенные -кванты деления	Обнаружение ДМ в сложном объекте по мгновенным и запаздывающим - квантам деления представляется мало реальным из-за большого количества фоновых  -квантов, возникающих в результате
	Запаздывающие  - кванты деления	неупругого рассеяния и радиационного захвата первичных нейтронов ядрами материалов, входящих в матрицу объекта
Гамма- кванты	Мгновенные нейтроны деления	Методы, основанные на регистрации мгновенных и запаздывающих нейтронов деления, используются для решения разнообразных задач контроля ДМ. Требуется применение ускорителя электронов с энергией
	Запаздывающие нейтроны деления	8 МэВ, что существенно усложняет и удорожает установку
	Мгновенные - кванты деления	Не используется из-за практической невозможности разделения зондирующего излучения и излучения – признака
	Запаздывающие - кванты деления	Практически не используется из-за низкой селективности

При контроле малых количеств ДМ в твердых и жидких отходах широкое распространение получил метод дифференцированного затухания. При этом регистрируются эпитепловые нейтроны деления, вызванные термализованными нейтронами источника облучения. Данный метод реализован в качестве основного в нашей установке контроля. Аналогами такого подхода являются системы для измерения ДМ в промышленных отходах [3, 4] и установка, разрабатываемая в ЛАНЛ для контроля ДМ в багаже [5].

На основании проведенного анализа для разработки технологии обнаружения ДМ был проработан и решен ряд задач, основные из которых перечислены ниже:

- выбран способ обнаружения ДМ в багаже - метод дифференцированного затухания;

- исходя из этого, для создания поля тепловых нейтронов в объеме багажа была предложена измерительная камера. С целью оптимизации ее конструкции были поведены расчеты для энергий первичных нейтронов 2 и 14 МэВ. Была реализована конструкция камеры для энергий нейтронов 14 МэВ.

- выбран импульсный метод облучения нейтронами измерительной камеры. Метод циклического облучения и регистрации отклика объекта между нейтронными импульсами генератора обладает в практических установках несомненными преимуществами по сравнению с методом непрерывной экспозиции;

- в качестве источника зондирующих нейтронов были использованы импульсные нейтронные генераторы (ИНГ) с тритиевой и дейтериевой мишенями; для экспериментальной установки были созданы модификации портативных генераторов ИНГ-06DT и ИНГ-17DD;

- обоснована методика регистрации процессов в измерительной камере – временной анализ нейтронных полей. С этой целью был разработан 16-канальный временной анализатор;

- выбран тип нейтронных счетчиков и на их основе разработаны нейтронные детекторы; анализ различных счётчиков, которые можно использовать в такой системе обнаружения ДМ, показал, что газонаполненные гелиевые (Не³) счётчики остаются основными счётчиками для регистрации тепловых и медленных нейтронов, которые пока выдерживают конкуренцию со стороны вновь разрабатываемых детектирующих устройств;

- разработана методика измерений и обработки результатов с учетом минимизации времени контроля единицы багажа и радиационной нагрузки на багаж, персонал и пассажиров;

- создана компьютерная программа обработки сигналов с детекторов. Разработан алгоритм принятия решения о наличии в багаже ДМ или маскирующих экранов;

• выработаны рекомендации по созданию промышленного прототипа аппаратуры обнаружения ДМ в багаже.