Детектор для измерения нейтронных сечений

Союз Советских О П И С А Н И Е(1814081ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сооналистических Республик,61 (22 1) М. Клз6 01 Т 3066 01 Т 1/34 Государственный комит 23) Приоритет -СССР по делам нзобретени и открытийАвторыизобретени Щепкин В, Адамчук, Г. В. Мурадян и Ю 71) Заявитель 4) ДЕТЕКТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕ НЕЙТРОННЫХ СЕЧЕНИЙдлительности цикла пзмерешш 1Изобретение 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 111. Однако точности измеренных на этих детекторах нейтронных сечений н их отношений невысоки, поскольку сечение захвата получается с большоц 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 10. 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 Блпжаишпм к заявляемому по технической сущности является детектор для пз меренпя нейтронных сечений, содержащийсветопзолпрованные сцпнтплллторы, регистрирующие у-кванты и нейтроны, детектор Ромашка 12, В этом детекторе в качестве сциптплляторов используют- О сл кристаллы Ма 5(Т), Детектор Ромашка имеет 4 п-геометрп 10 идвух одинаковых частей. В каждой части шесть светоизолп роваппых кристаллов с;10 ж 110 й конфигурации, которые жестко 5 связаны мехкду собой. Этп кристаллы расположены по окружности таким Образом, что соседние Вплотпу 0 прпмыка 10 т дру 1 и друг а между протнволсжащпк 1 П имеется свобод 11 ал полость (внутреннял полость 21 детектора). Вход и выход этой полостислужат входом и выходом длл нейтронного пучка. Метод измереппл нейтронных сечений с помощью детектора такого типа основан на спектрометрпп множественности 25 у-квантов и нейтронов, образующихсяпри взаимодействии падающих нейтронов с лдрамп исследуемого образца, который помещается во ьнутренней полости детектора. Детектор Ромашка позволяет одно повременно измерить сечения деления, захвата, 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 светоизолированными кристаллами и их форма, Жесткая связь между кри сталламн не позволяет варьировать пи число кристаллов, пи размеры внутренней полости детектора, Однако в зависимос 1 от рода измеряемых сечений, исследуемой энергетической области, количества исследуемого образца и степени его радиоактивности измерение нейтронных сечений с высокой точность 0 требует использования нескольких детекторов Ромашка с различным 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 измерений, проводимых с помощью детектора Ромашка, объясняется тем, что эффективность регистрации детектором актов захвата и д.леппя меньше 1001 о ( 85,4 и 96/о соответственно прн нулевом пороге дискриминаци;1 энергии у-квантОВ). Зто яВл 51 стс 51 с 1 сдстВнеы малой толщины сциптилляторов, Однако увеличить толщину сцинтилляторов невозможно из-за цилиндрической формы пх внешней поверхности и конструкционных материалов общего кожуха сцинтплляторов.Целью изобретения является повышение точности измерения нейтронных сечений и их отношений, умеВьшгнис длительности цикла измерений.Поставленная цель достигается тем, что В известном детекторе для измерения нейтронных сечений, содержащем светопзолированные сцинтилляторы, последние выполнены в виде нс связанных между собой многогранников, например прямоугольных параллелепипедов.Выполнение светоизолированных сцинтилляторов в виде отдельных секций ука. Ванной формы позволяет оперативно варьи 5 1 О 5 20 25 ЗО 35 4) 45 5;) 50 65 рова 1 ь число сцинтилл 51 торов, их общ)ю толщину и размеры внутренней полости детектора, оптимизируя эти параметры в ходе конкретного эксперимента, и собрать детектор с такими значениями этих пара 11 е гров, которые обеспечивают высокую ;очиосгь измерений. Кроме того, оптимизация параметров детектора в ходе экспсриме 11 та приводит к уменьше 11 и 10 длительности цикла измерения, так как В процессе оптимзаци 11 одновременно минимизируется д,ятельность цикла измерс 1 И 51, По Окончании эксперимента детектор можно разобрать и те жс секцш 1 исн 0,1 ьзовать д 151 соста Влс Н 51 НОВОГО и а р 11 а 1с дс 1 сктор а, Требуемоо для выполнения следующего эксперимента. В зависнмоси от требова. ий эксперимента Во Внутреннюю полость детектора можно Вводить соответствующий конвертор, датчики мя кого у-излучен 115 Осколков деления, нейтронов и т. д.1-1 а фиг. 1 представлен общий Вид детектора; на фпг. 2 - разрез Л - Л на апг, 1; на фиг. 3разрез Ь - Ь на 1 риг. 1; фиг. 4 поясняет работу детектора и принцип его использования.Детектор включает секции 1 детектора, кристаллы 2 ХаЯ (Т 1), внутреннюю полость 3 детектора, исследуемый образец 4, образцедержатель 5, фотоумножитель 6, систему 7 анализа и контроля и пучок 8 падающих нейтронов.Предлагаемый детектор состоит из одинаковых не сьязанных между собой сцинтплляционных секций 1 из кристаллов Ха 8(Т 1) 2, запакованных в алюх 1 иниевые кожухи, Секции 1 выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов. Детектор соорап так, что соседние секции 1 расположены вплотную друг к другу, а между противоположными секциями 1 имеется Внутренняя полость 3. В собранном Виде детектор имеет 4 л геометрию.Принцип использования и работы детектора следующий,Исследуемы 1 образец 4 вводится в центральную часть внутренней полости 3, , апрнмер, прп помощи образцедержателя 5. Кристаллы 2 каждой секции 1 опти:.еск 11 сосдин 51 ютс 51 со сВОим фотоумножителем 6, Все фотоумножители 6 соединяются с системой анализа и контроля 7. Детектор устанавливается на коллимированный 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 кристаллы 2 секции 1 и вызывают в кристаллах 2 световые вспышки, фотоумножители 6 преобразуют световые вспышки В электрические сигналы, которые поступают на систему анализа и контроля 7, Система анализа и контроля 7, состоящая пз многовходового измерителя временных 1.нтервалов, ЗВМ и т. д по сложным кри814081 30 териям анализирует поступающую на цее 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 числе сцинтилляторов, их общую толщину и размеры внутренней полости детектора, оптимизировать эти параметры в ходе конкретного эксперимента, Последнее позволяет за короткий промежуток времени добиться высокой точности измерения нейтронных сечений и их отношений.1-1 а предлагаемом детекторе отношение сечения захвата к сечению деления уранаи плутонияв области нейтронов до 30 Кэв впервые было измерено с той высокой точностью, которая необходима для оптимизации реакторов на быстрых нейтронах 5 о). Имеющиеся в настоящее время два детектора типа Ромашка уже це 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 ХаЯ (Т 1)16, 32 и . 64 (объемом каждого кристалла4,5 л) и различными размерами внутренней поло. сти. Разработка и создание только одного такого детектора с числом кристаллов, равным 64, стоит 622,4 тыс, руб из которых стоимость кристаллов составляет 64224 тыс. руб. (стоимость каждого кристалла составляет 6600 руб,), Если даже це 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(Т 1), 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 до больше, поскольку здесь указаны нецсе типы измерений, которые необходимо выполнить, Причем число задач, требующих своего решения, постоянно растет, а сами задачи усложняются ц 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 ц получить существенный экономический эффект от его внедрения. Формула изобретения Детектор для измерения нейтронныхсечений, содержащий светоцзолцрованные сцинтилляторы, отличающийся тем, то, с целью повышения точности измереЗ 5 ния нейтронных сечений и цх отношений,уменьшения длительности цикла измерений, светоизолцроваццые сццнтплляторы выполнены в виде не связанных между собой многогранников, например прямоуголь 4 ц цых параллелепипедов. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе45 1. бМп 5., Жез 1 оп 1, Ю., де 5 ацззпге Я. е, а., Хцс 1. Яс 1, Епрп, 40, 306, 1970.2. Адамчук 10. В. и др. Труды 1 Ч Всесоюзной конференции по нейтронной физике, Киев, Москва, 1927, ч, 3, с. 113, 1977814081 а орректор А, Степанова Изд, л;"а 111 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного комигета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5каз 128 пис ипография Упрполпграфиздата Мособлисполкома Загорска Составитель В. Макаров Редактор О, Филиппова Техред А. Камышникова