Детектор для измерения нейтронных сечений

Детектор для измерения нейтронных сечений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соеналистических

Республик

,61) Дополнительное к авт. сви -ву— (22) Заявлено 01.04.80 (21) 2902508/18-25 (51) М 1.л з

6 01 Т 306

G 01 Т 1/34 с присоединением заягкц . А—

Государственный комитет (23) Приоритет— по делам изобретений и открытий

Опмбл11ковано 23.02.82. !зю !летень х!о 7 (53) УДК 621.387.464 (088.8) Дата опубликования описания 23.02.82 (72) Авторы изобретения Ю. В. Адамчук, Г. В. Мурадян и Ю. Г. Щепкин (71) Заявитель (54) ДЕТЕКТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НЕЙТРОННЫХ СЕЧЕНИЙ

2 длительности цикла пзмерешш.

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений и может быть использовано для получения нейтронных сечений, необходимых для создания более экономичных ядерных энергетических реакторов, особенно реакторов-размножителей на быстрых нейтронах, для более точных расчетов защит от нейтронного излучения и т. п.

Известны детекторы для измеренич нейтронных сечений, содержащие сцинтилляторы, регистрирующие у-кванты и нейтроны 1). Однако точности измеренных на этих детекторах нейтронных сечений и их отношений невысоки, поскольку сечение захвата получается с большой примесью сечения деления и рассеяния, а в полное сечение входят погрешносги, связанные с переходом от величины пропускаппя к величине сечения. Кроме того, акты деления и захвата регистрируются с низкой эффективность!о. Ни на одно.;. из этих детекторов нельзя одновременно измерить сечения захвата, деления, рассеяния и полное сечение. Для измерения даже неполной совокупности этих сечений необходимо использовать несколько различных установок, что снижает точность получаемых данных. К тому же неодновременное измерение сечений приводит к увеличению

Ближайшим к заявляех1ому по технической сущности явллстся детектор для измерения нейтроцпы . сечений, содержащий светопзолпрованные сцпнтпл:1 лторы, регистрирующие у-кванты и нейтроны, детектор «Ромашка» f2), В этом детекторе в качестве сцинтплляторов используютсл кристаллы х1аЗ(Т1). Детектор «Ромашка имеет 4п-геометршо и состоит пз двух оди частей. В каждой части шесть светоизолпроваппых кристаллов сложной конфигурации, которые жестко

15 связаны между собой. Этп кристаллы расположены по окружности таким образом, что соседние Вплотпуlо прпмыкаlот друг и другу, а между IIpOTIIBОлсжащ11мп имеется свобод !ал полость (внутреннял полость ор детектора). Вход и выход этой полости служат входом и выходом длл нейтронног пучка. Метод измереппл нейтронных сечений с помощью детектора такого типа основан на спектрометрпп множественности

25 у-квантов и нейтронов, образующихся при взаимодействии падающих нейтронов с лдрамп исследуемого образца, которьц! помещается во ьнутренней полости детектора. Детектор «Ромашка» позволяет од3р повременно измерить сечения деления, зах.

814081 вата, рассеяния и полное нейтронное с чение.

Однако точности измерения нейтронных сечений и их отношений с помощью детектора «Ромашка» недостаточно высоки, а длительность цикла измерений Велика.

Причиной этого является жесткая связь между светоизолированны»и кристаллами и их форма. 5Кесткая связь между кристалламн не позволяет варьировать пи число кристаллов, пи размеры внутренней полости детектора. Однако в зависимости от рода измеряемых сечений, исследуемой энергетической области, количества исследуе»ого образца и степени его радиоактивности измерение нейтронных сечений с высокой точность!0 требует использования нескольких детекторов «Ромашка» с ра;личным числом сцинтилляторов и различными размерами внутренней полости. Причем для получения высокой точности измерения и уменьшения длительности цикла измерений эти параметры необходимо оптимизировать в ходе конкретного эксперп мента. Если использовать детектор «Ромашка» в таких экспериментах, как, например, измерение сечения захвата делящихся ядер и сечения деления в области энергий нейтронов до нескольких Мэв, измерение отношения сечения захвата к сечению деления В области энергий нейтронов до нескольких Мэв, измерение сечения захвата высокоактивных ядер и т. д., то точность получаемых данных будет низкой, поскольку ни число кристаллов, ни размеры внутренней полости детектора нс являются оптимальными для решения этих задач.

С другой стороны, недостаточно высокая точность измереш!й, проводимых с помощью детектора «Ромашка», объясняется тем, что эффективность регистрации детектором актов захвата и д!. лен!1!! меньше

100 /о (85/о и 96/о соотв етств ен и О при нулевом пороге дискриминаци;I энергии у-квантов) . Зто явг!ястся следствием малой толщины сциптилляторов. Однако увеличить толщину сцинтилляторов Iicaoaможно из-за цилиндрической формы iix внешней поверхности и конструкционных материалов общего кожуха сцинтплляторов.

Целью изобретения является повышение точности измерения нейтронных сечений и их отношений, уменьшение длительности цикла измерений.

Поставленная цель достигается тем, что

В известном детекторе для измерения нейтронных сечений, содер каще1! светопзолированные сцинтилляторы, последние выполнены в виде нс связанных между собой многогранников, например пря Ioyl.o:1 »isis т араллелепипедов.

Выполнение светоизолированных сцинтилляторов в виде отдельных секций указанной формы позволяет оперативно варьи5 !

i5

25 зо

4)

5;)

4.

ЧИСЛО толщину н размеры внутренней полости

1етектора, оптимизируя эти параметры в холе конкретного эксперимента, и собрать детектор с такими значениями этих пара11е гров, которые обеспечивают высокую ,оч iucгь измерений. 1 роме того, оптимизация параметров детектора в ходе эксперт!е!!та приводит к у1!еньше!!и!о длительности цикла измерения, так как В процессе оптим!!заци1! OpiioBpeiiciiilo минимизируется длительность цикла измерс1!!!11, ПО Окончании эксперимента детектор»ожно разобрать и ге iiic cLI4lillli испо,1ьзовать для сОставлс1пl!1 lloBoi 0 Вapllall с! дс1сктОра, требуе»o! о для выполнения следующего экспери»еита. В зависнмос!и от требова. ий эксперимента Вo Внутреннюю полость детектора мож!!о Вводить соответствующий конвертор, датчики»al кого у-излучени!

Осколков деления, нейтронов II т. д.

11а фиг. 1 представлен общий Вид детектора; на фиг. 2 — разрез Л вЂ” Л на апг. 1; на фиг. 3 -- разрез Ь вЂ” Ь i!a риг. 1; фиг. 4 поясняет работу детектора и принцип его использования.

Детектор включает секции 1 детектора, кристаллы 2 iaS (Т1), внутреннюю по;!Ость 3 детектора, исследуемый образец 4, образцедержатель 5, фотоумножитель 6, систему 7 анализа и контроля и пучок 8 падающих нейтронов.

Предлагаемый детектор состоит из одиíаковых не сьязанных между собой сцинтплляциоиных секций 1 из кристаллов

Ха8 (Т1) 2, запакованных в алюминиевые кожухи, Секции 1 выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов. Детектор сооpaí так, что соседние секции 1 расположены вплотную друг к другу, а между противоположными секциями 1 имеется

Внутренняя полость 3. В собранном Виде детектор имеет 4л геометрию.

Принцип использования и работы детектора следующий.

Исследуемы!! образец 4 вводится в

i.åíòðàëüíóþ часть внутренней полости 3, например, прп помощи образцедержателя 5. Кристаллы 2 каждо!1! секции 1 опти -.".СКI! C(. СДИН>1!ОТСЯ CÎ СВОИМ фОТОУМНО"КИ-!

Сле51 6, Все фотоумножители 6 соединяются с системой анализа и контроля 7. Детектор уc l aiiaBливается па коллимирован ый пучок нейтронов 8, который падает на исследуемый образец 4. При этом в образце 4 образуются у-кванты и нейтроны, которые вылетают из образца 4, попадают

В I

Система анализа и контроля 7, состоящая из миоговходового измерителя временных

1!Итерва 10В, ЗВМ и т. д., по с,!01кным кри814081

30 териям анализирует поступающую на нее информацию, контролирует правильность работы детектора и достоверность поступающей информации, производит обработку этой информации и выдает нейтронные сечения.

Детектор позволяет повысить точност измерения нейтронных сечений и их отношений, уменьшить длительность цикла измерений, Выполнение светоизолированных сцинтилляторов в виде отдельных не связанных между собой многогранников, например прямоугольных параллелепипедов, позволяет оперативно варьировать числс сцинтилляторов, их общую толщину и размеры внутренней полости детектора, оптимизировать эти параметры в ходе конкретного эксперимента. Последнее позволяет

sa короткий промежуток времени добиться высокой точности измерения нейтронных сечений и их отношений.

На предлагаемом детекторе отношение сечения захвата к сечению деления урана-235 и плутония-239 в области нейтронов до 30 Кэв впервые было измерено с той высокой точностью, которая необходима для оптимизации реакторов на быстрых нейтронах ((5 ).

Имеющиеся в настоящее время два детектора типа «Ромашка» уже не подходят для решения многих задач, возникших после их создания, таких, как измерение отношения сечения захвата к сечению деления в области энергий нейтронов до нескольких Мэв, измерение сечения захвата делящихся ядер в области энергий нейтронов до нескольких Мэв, измерение сечения захвата высокоактивных ядер и т. д.

1 сли идти по пути создания детекторов типа «Ромашка», то для измерения с высокой точностью только лишь указанных нейтронных сечений необходимо разработать и создать три детектора с числом кристаллов KaS (Tl) . 16, - 32 и 64 (объемом каждого кристалла 4,5 л) и различными размерами внутренней полости. Разработка и создание только одного такого детектора с числом кристаллов, равным 64, стоит 622,4 тыс. руб., из которых стоимость кристаллов составляет

4224 тыс. руб. (стоимость каждого кристалла составляет 6600 руб.), Если даже не принимать во внимание стоимость разработки остальных двух детекторов (примерно 400 тыс. руб.), то стоимость трех детекторов составит 9392 тыс. руб. Требуемую совок „; пность экспериментов можно выполнить с помощью предлагаемого детектора, собираемого из 64 секций на основе таких же кристаллов ХаЬ(Т1), что и детектор типа «Ромашка». Тогда решение поставленных задач обойдется в 4224 тыс. руб. и будет сэкономлено минимум 48 кристаллов общей стоимостью 3168 тыс. руб.

В действительности экономия будет гораз 5 до больше, поскольку здесь указаны не все типы измерений, которые необходимо выполнить. Причем число задач, требующих своего решения, постоянно растет, а сами задачи усложняются и требования

20 к точности их измерения возрастают.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно расширить круг решаемых задач по измерению нейтронных сечений, повысить точность измерения этих

25 сечений и их отношений и получить существенный экономический эффект от его внедрения.

Формула изобретения

Детектор для измерения нейтронных сечений, содержащий светопзолированные сцинтилляторы, отличающийся тем, то, с целью повышения точности измере35 ния нейтронных сечений и их отношений, уменьшения длительности цикла измерений, светоизолпрованные сцпнтплляторы выполнены в виде не связанных между собой многогранников, например прямоуголь4п ных параллелепипедов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Gwin S., teston 1. %., de Saussure S. е. à., Nucl. Sci. Engin, 40, 306, 1970.

2. Адамчук IO. В. и др. Труды IV Всесоюзной конференции по нейтронной физике, Киев, «Москва», 1927, ч, 3, с. 113, 1977 (прототип) .

814081 фиг. 2 фиг 7

b-b фиг 5 Риг 4

Составитель В. Макаров

Редактор О, Филиппова Техред А. Камышникова Корректор А. Степанова

Подписное

Заказ 1288

Изд. ¹ 111 1ираж 719

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Загорская типография Упрполпграфиздата Мособлисполкома