Радиохимический газовый нейтронный детектор неразрушающего контроля расщепляющихся материалов
| Вид материала | Документы |
СодержаниеЯдерная реакция |
- Аннотация дисциплины «методы неразрушающего контроля», 12.16kb.
- 1. основные положения, 349.47kb.
- Новыe приборы для неразрушающего контроля и технической диагностики материалов, 137.79kb.
- Методика и техника для контроля прочности бетонов и других искусственных каменных материалов, 164.95kb.
- Технологический институт энергетических обследований, диагностики и неразрушающего, 149.15kb.
- Методика электронной спекл-интерферометрии для контроля качества многофункциональных, 89.41kb.
- І. П. Основи дефектоскопії-К.: «Азимут-Україна», 2004. 496 с. Ермолов И. Н., Останин, 1049.75kb.
- Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности , 23.73kb.
- Предложен метод неразрушающего акустического контроля многофазных макрооднородных композитных, 14.58kb.
- Курсовой проект по курсу «Проектирование и конструирование приборов и систем неразрушающего, 108.93kb.
Радиохимический газовый нейтронный детектор неразрушающего контроля расщепляющихся материалов
Руководитель проекта: с.н.с., к.ф.-м.н. ЛЕБЕДЕВ СЕРГЕЙ ГРИГОРЬЕВИЧ, тел.:(496)7510714, Факс: (496)7510711, e-mail: lebedev@inr.ru коллектив состоит из 6 человек: 1-с.н.с., 1-н.с., 3-инженеры. 1-студент МГУ.
На волне растущего экстремизма и терроризма возникает необходимость тотального контроля над местами производства и хранения, а также возможностями перемещения ядерных материалов. Опасность появления «ядерных» террористов заставляет подумать о быстром и даже скрытном поиске ядерных материалов в багаже пассажиров в метро, аэропортах, на вокзалах, таможенных терминалах, а также среди грузов в движущихся потоках ж/д и автомобильного, морского и трубопроводного транспорта. Для решения указанных проблем предложены высокочувствительные и дешевые детекторы ядерного излучения, работающие в реальном масштабе времени.
Детекторы неразрушающего контроля делящихся материалов можно разделить на два основных класса. Первые основаны на регистрации гамма излучения, образующегося при распаде радиоактивных материалов, вторые – на регистрации нейтронов распада. Последний класс подразделяется на два основных подкласса: пассивный и активный методы регистрации нейтронов. Активный метод подразумевает первоначальное облучение исследуемого материала потоком нейтронов, создаваемых автономным нейтронным источником, который создает наведенную активность в облучаемом материале, а затем уже нейтроны, излучаемые из области наведенной активности, регистрируются детектором. Основная проблема, существующая при решении задач неразрушающего анализа материалов активным методом, состоит в очень высокой загрузке трактов вторичного излучения, обусловленного взаимодействием нейтронов с конструктивными элементами самого нейтронного источника, исследуемого объекта, а также с веществом всего окружающего источник и исследуемый объект пространства. Высокий уровень фоновой загрузки до последнего времени не позволял говорить о сколько-нибудь значимом практическом применении активных методов для реального поиска малых количеств веществ, находящихся, например, внутри пассажирского багажа или грузовых контейнеров, заполненных различными грузами. Другой немаловажной проблемой указанного способа регистрации является радиационное загрязнение исследуемого материала и окружающей среды. Пассивный метод регистрации не требует первичного облучения исследуемого объекта и основан на регистрации излучения, образующегося непосредственно при распаде делящихся и радиоактивных материалов. В частности, уран и все трансурановые элементы распадаются с испусканием альфа-частиц, которые имеют очень короткий пробег и взаимодействуют с легкими ядрами конструкционных материалов и окружающей атмосферы с образованием быстрых нейтронов. Вот эти то быстрые нейтроны и позволяет эффективно регистрировать предлагаемый нами метод. Регистрация нейтронного излучения в режиме реального времени (мониторирования) осуществляется проточным газовым радиохимическим методом (ПГРМ) (см. Рис.1).
Рис. 1 Принцип работы ПГРМ – нейтронного детектора
Особенность ПГРМ состоит в использовании свойства свободного выхода атомов инертных радиоактивных газов, образующихся в результате ядерных реакций, из кристаллической решетки некоторых твердых веществ (см. Таблицу 1). Образовавшийся в ампуле детектора инертный радиоактивный газ транспортируется газом – носителем в пропорциональный газовый счетчик проточного типа (см. Рис.2), где производится измерение скорости распадов ядер радиоактивного инертного газа, однозначно связанной с плотностью потока ионизирующего излучения в ампуле детектора
Таблица 1.Ядерные реакции, производящие инертные радиоактивные газы
| ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ | СОДЕРЖ, ИЗОТОПА | ПЕРИОД ПОЛУРАСП. | ПОРОГ ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ | СЕЧЕНИЕ ПРИ 14.5 МЭВ |
| 9Be(n,α)6He | 100% | 0.8 sec | 0.7 MeV | 10 mb |
| 23Na(n,p)23Ne | 100% | 37 sec. | 3.8 MeV | 60 mb |
| 39K(n,p)39Ar | 93.3% | 269 years | 1.0 MeV | 385 mb |
| 40Са(n,α)37Ar | 96.94% | 35 days | 1.0 MeV | 130 mb |
| 48Ca(n,α)45Ar | 0.19% | 21.5 sec. | 14 MeV | 1.6 mb |
| 26Mg(n,α)23Ne | 11.1% | 37 sec. | 7.0 MeV | 85 mb |
Рис.2. Ампула детектора и бокс счетчика распадов
ПГРМ был применен (см. Рис. 3) для мониторирования нейтронного потока импульсной нейтронной мишени «РАДЭКС» с подсветкой от линейного протонного ускорителя Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН, а также нейтронов от изотопного Pu-Be источника. Скорость счета составила ~10 имп/сек при массе активного вещества 30 г. Минимальный поток на ампуле составил ~3-5х103н/см2сек. Чувствительность ПГРМ детектора такова, что при массе активного вещества в рамке детектора 10 кг. на расстоянии 0,5 м от контейнера можно зарегистрировать 1 г. U-235, 0,04 г. Th-230, 0,02 г. Pu-239, 0,002 г. Pu-240, 0,0002 г. Am-241, 0,000004 г. Cf-250 за 1 минуту экспозиции.
Рис.3. Мониторирование нейтронного потока на импульсной нейтронной мишени РАДЭКС с подсветкой от 200- МэВ линейного протонного ускорителя ИЯИ РАН. По горизонтальной оси отложена продолжительность сеанса облучения, по вертикальной оси – счет нейтронов, рожденных в мишени. Цветная закраска соответствует попаданию протонного пучка на мишень.
ПГРМ детекторы могут быть использованы для
- неразрушающего контроля расщепляющихся материалов,
- мониторирования степени выгорания ТВЭЛ,
- дозиметрии и спектрометрии быстрых нейтронов и заряженных частиц,
- термометрии термоядерной плазмы,
- мониторирования ядерных реакций в недрах звезд
Проект основан на результатах исследований, опубликованных в статье:
S.G.Lebedev, S.V.Akulinichev, A.S.Iljinov, V.E.Yants, A Gaseous Radiochemical Method for Registration of Ionizing Radiation and Its Possible Applications In Science and Economy, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, v. A561(2006)90-99.
На разработку получен патент РФ №2286586 с приоритетом от 19 апреля 2005 г.
ПГРМ детектор неразрушающего контроля расщепляющихся материалов является победителем Всероссийского конкурсного отбора инновационных проектов аспирантов и студентов «Безопасность и противодействие терроризму» в номинации «Антитеррористическое и досмотровое оборудование». В 2006 г. проект вышел в финал Конкурса русских инноваций. В 2008 г. проект был удостоен серебряной медали на 11 Международном салоне промышленной собственности –изобретений, промышленных образцов, товарных знаков «Архимед-2008», а также бронзовой медали на 8-м Международном салоне инноваций и инвестиций.