Активный счетчик нейтронных совпадений

Вид материала

Документы

Содержание Состав АСНС и принцип работы 1 Состав счетчика 2 Принцип работы В каких областях производства возможно его применение Основные влияющие факторы 2) влияние замедления нейтронов. 3) эффект стенок контейнера. 4) геометрия образца.

Подобный материал:

• Зао «радио и микроэлектроника» Счетчик электрической энергии однофазный, активный,, 170.51kb.
• Германии (1941 1945 г г.) Вдвух выпусках. Выпуск 1 Москва 2002г счётчик 1ч liveintenet, 3838.17kb.
• Доклад посвящен импульсным нейтронным генераторам на вакуумных нейтронных трубках,, 30.47kb.
• Виды активного отдыха на Урале, 2976.56kb.
• Исследование аккрецирующих нейтронных звёзд с сильным магнитным полем по данным космических, 813.68kb.
• Целлюкапс биологически активный комплекс Описание: Биологически активный комплекс целлюкапс,, 99.88kb.
• Существуют два основных варианта набора средств проведения политики занятости: активный, 124.13kb.
• Природа никогда не заблуждается. Ненавистна природе всякая подделка, и всего лучше, 4596.35kb.
• Библиотека нейтронных констант программы mcu-fcp, предназначенной для решения уравнения, 109.99kb.
• И. К. Разумов, e-mail: iraz [@] k66. ru Канун великого солнцестояния в «Пророчествах», 1035.21kb.

Активный счетчик нейтронных совпадений


Полищук Д.А., Жданов Д.Г., Хмелев В.Р.

ОАО «Сибирский химический комбинат», г. Северск


Основы нейтронной природы и способы регистрации

Ядерные материалы, используемые в атомном производстве, излучают нейтроны. Образование нейтронов, используемых в нейтронном анализе, происходит при спонтанном и вынужденном делении ядер урана, плутония и других тяжелых элементов, а так же в (,n)-реакции.

Для большинства изотопов интенсивность нейтронного излучения чрезвычайно низка. Но есть изотопы, для которых интенсивность нейтронного излучения достаточно высока для образования легко измеримого сигнала.

Ядерные материалы излучают нейтроны в широком диапазоне энергий. Однако нейтронные детекторы не сохраняют информацию об энергии регистрируемых нейтронов. Поэтому метод нейтронного анализа заключается в регистрации количества испущенных нейтронов.

Существует два основных вида регистрации нейтронов:

- регистрация полного потока нейтронов;

- регистрация нейтронов, коррелированных во времени (нейтронных совпадений).

Регистрация полного потока нейтронов включает в себя как регистрацию нейтронов испущенных при делении, так и нейтроны (,n)-реакций и фоновые нейтроны. Наиболее важным для неразрушающего анализа является регистрация нейтронов коррелированных во времени, т.к. они испускаются, только делящимися изотопами, что позволяет получить уникальную характеристику зависимости от массы делящегося изотопа. При регистрации нейтронных совпадений практически исключается влияние внешнего нейтронного фона, а также исключается регистрация нейтронов, испущенных источниками «подсветки», т.к. они являются одиночными.


Состав АСНС и принцип работы

АСНС – активный счетчик нейтронных совпадений (AWCC – Active Well Coincidence Counter (активный колодезный счетчик нейтронных совпадений)).

1 Состав счетчика

Активный счетчик состоит из устройства детектирования, анализатора импульсных сигналов и ПЭВМ.

Устройство детектирования выполнено в виде цилиндрического кольцевого замедлителя-отражателя нейтронов из полиэтилена. В нем по кругу размещены два кольца ³He-счетчиков, что дает высокую эффективность регистрации нейтронных совпадений. В качестве источника нейтронов «подсветки» служат два Am-Li-источника, расположенных внизу и вверху измерительной полости. Внутри и снаружи детектора расположены кадмиевые экраны.

Блок анализатора используется для анализа поступающей последовательности импульсов и выделения пар сигналов, которые могут принадлежать актам деления ядер.

ПЭВМ используется для управления процессом измерений и для обработки данных анализатора.

2 Принцип работы

Разберем работу счетчика на примере измерения массы изотопа ²³⁵U.

В полость помещается образец высокообогащенного урана. Два Am-Li-источника за счет (,n)-реакции образуют поток нейтронов, которые вызывают вынужденное деление ядер изотопа ²³⁵U. Мгновенные высокоэнергетические нейтроны, полученные в результате деления, проходя сквозь полиэтилен, теряют свою энергию. Полученные, таким образом, тепловые нейтроны попадают в ³He-счетчики и при взаимодействии с ядрами ³He образуют протоны высоких энергий, которые образуют отдельные электрические импульсы. Полученные импульсы поступают на анализатор, который по их количеству определяет полный поток нейтронов (синглеты) и количество нейтронных совпадений (дуплеты). С анализатора обработанные сигналы поступают на ПЭВМ, где при помощи соответствующего программного обеспечения производится пересчет полученных сигналов в массу изотопа ²³⁵U.

Кадмиевый экран внутри колодца детектора поглощает тепловые нейтроны из нейтронного потока подсветки и улучшает экранирование между ³He-счетчиками и Am-Li-источниками. Кадмиевый экран с внешней стороны детектора уменьшает влияние фона низкоэнергетических нейтронов в помещении. При установленном на место кадмиевом экране режим работы АСНС называется «быстрым». В этом случае нейтронный спектр имеет относительно высокую энергию и установка хорошо подходит для анализа больших количеств ²³⁵U. Конфигурация установки при удаленных кадмиевых экранах называется «тепловой». В этом случае спектр облучающих нейтронов имеет сравнительно низкую энергию, а чувствительность установки значительно повышается, но при этом проникающая способность таких нейтронов крайне низка. В данной конфигурации установка применяется для анализа небольших или низкообогащенных урановых образцов.


В каких областях производства возможно его применение

АСНС лучше всего подходит для анализа массивных образцов из высокообогащенного урана и ее не следует использовать для образцов с низким обогащением по ²³⁵U, исключая анализ в тепловом режиме образцов с хорошо известными свойствами. Установка АСНС может также быть использована в пассивном режиме для контроля плутония, при этом Am-Li-источники должны быть удалены.

АСНС обеспечивает решение многих измерительных задач. Список измеряемых материалов включает:

- высокообогащенный уран в металлических блоках весом от 1 до 4 кг, который является исходным материалом для производства топлива;

- контейнеры с уран-алюминиевыми отходами производства топливных элементов;

- контейнеры с порошком оксида урана;

- смесь окиси урана и графита;

- уран-алюминиевые слитки и топливные стержни;

- топливные элементы для материаловедческих реакторов.

На СХК разработана уникальная методика работы с АСНС JCC-51 по измерению оборотных продуктов СЗ и ХМЗ. Так же ведется разработка методик измерения отходов производства ХМЗ и оборотных продуктов ХМЗ с малым содержанием высокообогащенного урана.


Основные влияющие факторы

При работе со счетчиком нужно учитывать и влияющие факторы. При работах с АСНС JCC -51, проведенных на СХК были выявлены и изучены следующие влияющие факторы:

1) (,n)-загрязнения.

В измеряемом материале могут содержаться примеси легких элементов (F, O и др.), которые могут вызвать (,n)-реакции, являющиеся дополнительным источником нейтронов «подсветки». Если их концентрации известны, то можно учесть их влияние в виде соответствующих поправок. В результате проведенных на СХК работ было выявлено, что влияние (,n)-загрязнений составляет единицы процентов;

2) влияние замедления нейтронов.

Присутствие в матрице образца таких элементов, как водород, фтор, кислород, натрий и кремний приводят к замедлению нейтронов. Присутствие в матрице водорода вызывает увеличение счета дуплетов на десятки процентов. А содержание остальных перечисленных выше элементов (за исключением водорода) приводит к систематической погрешности в единицы процентов;

3) эффект стенок контейнера.

Если образец помещен в контейнер (например, стальной), то он может влиять на поток нейтронов «подсветки» от (,n)-источников. В ходе ряда экспериментов было выявлено, что стальные контейнеры могут ослаблять нейтронный поток «подсветки» на единицы процентов;

4) геометрия образца.

Если эффективность регистрации непостоянна по объему образца, тогда отклик совпадений может меняться с изменением его геометрии. Для АСНС расстояние «источник-образец» очень важно, и поэтому согласованное расположение образца весьма существенно. Исследования показали, что скорость счета дуплетов в зависимости от расположения измеряемого образца в полости счетчика может достигать нескольких десятков процентов.

Выводы


АСНС является прибором, который открывает много новых возможностей для применения в неразрушающем контроле. В России пока мало изучены факторы, влияющие на его работу. В этом плане СХК является уникальным предприятием, на котором ведется работа на АСНС JCC-51. На СХК разработана уникальная методика по работе на JCC-51, а так же ведется разработка новых методик.

К минусам АСНС можно отнести:

- ограниченный объем полости сужает круг решаемых задач;

- невозможность оперативно менять «быстрый» и «тепловой» режимы работ счетчика;

- много влияющих факторов, которые необходимо учитывать;

- достаточно высокая стоимость.

Плюсы АСНС:

- стабильность работы;

- достаточно высокая чувствительность;

- практически не подвержен влиянию гамма-излучения;

- высокая эффективность;

- достаточно большой круг решаемых задач;

- возможность измерения как урана, так и плутония.