Счетчик нейтронов

р р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 511.1;:; ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Власов Н.В. Нейтроны, М.: Наука,1971, с. 207-209,Еавг 1 Ч., Уа 1 гоп К.В. Ро 1 уегЬу -1 епе шойегагед Не пецггоп дегесгогв. - К 1 И, 72, 1969, р. 161 - 166.Беркурц К., Виртц К. Нейтроннаяфизика. М.: Атомиздат, 1968, с, 62,(57) Изобретение относится к областинейтронной физики и может быть использовано для измерений потоков нейтронов и их спектральных характеристик в радиационной медицине, физических исследованиях. Цель изобретенияповьппение информативности счетчикаэа счет определения спектральных ха"рактеристик исследуемых потоков нейтронов и числа всех нейтронов, попавших на мишень счетчика, в диапазоне 801392523 А 1 энергии нейтронов от 0 до нескольких мегаэлектронвольт. Счетчик нейтронов содержит многослойную мишень. Слои чередуются в направлении градиента потока нейтронов, каждый из слоев состоит из комбинации замедляющего и поглощающего нейтроны веществ. 11 ри этом в поглощающем материале происходит реакция (и,), мгновенное гамма- излучение которой регистрируется гамма-спектрометром. Содержание замедляющих и поглощающих веществ в,слое выбирается из условия 1.Ь , где Ьл и 1, - соответственйо длина дифэфузии тепловых нейтронов в 1-м слое и длина замедления нейтронов в 1-м слое, а отношение общего объема мише- ф ни Ч к общей поверхности мишени Б = фЬ . С помощью гамма-спектрометра из 5меряется число гамма-квантов, обравованных в каждом слое, и пересчитывается в спектральные характеристики исследуемых потоков нейтронов. 5 ил., 1 табл.айт.е, ее главный определитель отличенот 0 и она имеет единстненное решение,Кроме системы уравнения (1) может быть записано очевидное выражение для0с -полного числа нейтроновИ., попавших в мишень при известной э ективности регистрации-квантов Я, и числе -квантов, излучаемых в одной ядерной реакции 1:1 и 111 Е н1 ВРт, 1фГ = ,(1-Р,), (2)15 где й - альбедо мишени для нейтроновГ 1энергетической группыИз выражений (1) и (2) следует, что полное число нейтронов с исполь 20 зованием предлагаемого устройства можно измерить при любом исходном спектре нейтроновЗначения коэффициентов Ы; в системе уравнений (1) могут быть опреде 25 лены экспериментально с использованием моноэнергетических нейтронов, по" лучаемых, например, в реакциях (р, п) на .ускорителях типа генератора Ванде-Граафа, ампульных источников нейтронов с известными спектральными рас-З 0 пределениями или квазимоноэнергетических нейтронов, получаемых при помощи различных резонансньж рассеивателей и резонансных фильтров на исследовательских реакторах. При этом 35 экспериментальные значения коэффициентов могут быть найдены из выражения1 = Рфв(3) 40 где согласно выражению (2)1 11;(4)1 - 1-;,., Ед,.45Значения в мишени предлагаемой конструкции, содержащей в первом слое вещества, эффективно поглощающие нейтроны, не превьппают 2-37 для любых энергетических групп.50Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано для восстановления полного спектра нейтронов реактора, который может быть разбит на три энергетические группы с известной аналитической формой: распределение Максвелла для тепловых нейтронов, распределение ферми и распределение нейтронов деления. П р и м е р. П 1 еци аем , гтранство было испытана при нам 1 ениях г выведенным из касательного гаризнтальнога канала пучком нейтронн. Энергетические спектры ней гранин пучка формировались при помощи различньж фильтров.Схема устройства представлена на фиг.5, где приняты следующие обозначения: 1 - мишень, имеющая форму куба размерами 300 х 300 х 300 "мм (Ч /Б,=018816, где 15=57 м ейтранав спектра деления со средней знергией 2 МэВ), состоящая из двух слоев слоя полиэтилена размерами 300 х 300 х х 120 мм (1. =0,48 1, ) и слоя барированного полиэтилена размерами 300 х х 300 х 180 мм (1, с 1, ), в мишени со стороны слоя полиэтилена имеется отверстие для ввода исследуемого потока нейтронов глубиной 0=60 мм и диаметром р=30 мм (Я и =0,221,), 2 - полупроводниковый германиевый детектор ОКТЕС СМХ 20 90 объемам 100 см, который преобразует энергию зарегистрированных-квантов в электрические сигналы с амплитудой, пропорциональной энергии регистрируемого -излучения;4 - экран из 1,1, защищающий детектор от тепловых нейтронов; 5 - защита детектора от нейтронов и внешнего -излучения; 6 - высоковольтный блок питания детектора; 7 - основной усилитель, усиливающий и формирующий электрические сигналы с детектора;8 - аналого-цифровой преобразователь, преобразующий электрические сигналы с усилителя в одномерное цифровое распределение сигналов по амплитуде, 9 - буферная память, запоминающая цифровую информацию, поступающую с аналого-цифрового преобразователя;10 - миниЭВМ с набором периферийных устройств, обрабатывающая цифровую информацию в соответствии с заданными алгоритмами и обеспечивающая наблюдение цифровой информации, ее запись на долговременные носители и печать результатов измерений; 11 выведенный пучок нейтронов, спектр которого формируется при помощи различных фильтров.Блоки 7-10 представляют собой устройство обработки электрических сигналов. Использование такого прецизионного спектрометрическага абаруднания необязательно. В устрйстте жет быть применена более прагта);нццоццан, НГ)пх)ааемо у 11)о)1 тво быО исцсь:)ован) для и)учния характеристи 5 ки пот) ков цй гроцов при испол ь зовации следующих ф)гльтров в выведецном из касательного канала реактора приц)мощи бриллиеного конвертера пучкацйтронов: пучок без фильтра, кадмийто:шиной 1 мм, В толщиной 1 г/см1 О - гфильтр, состоящий из 200 мм железа,.300 мм алюминия и 50 мм серы, кварцто.ищиной 116 и 212 мм, В таблице приляется отношением полного исследуемого потока нейтроцов к потоку нейтронов с. энергией, првышающей 0,5 эВ;Е - средняя энергия нейтронов приусреднении по потоку и сечению упругого рассеяния на водороде Е=Е 1)(Е)с)(Е)дЕ/с(Е)о(Е)с 1 Е,(5) 40 где Е - энергия цс йтрона;С(Е ) - дид)ферецциал.Ная плотностьпотока нейтронов;О(Е) - сечение упругого рассеяниянейтронов ца водороде;45Е - п.рогово значение энергииоцйтРРцов.Среднее значни ,нергии нейтронов, определяемое согласцо формуле (5), имеет большо .)Начни в медико-био 50 логических исслцовациях. Оно является измеряемой спктра.)ьной характеристикой иссидумых потоков нейтроНов в данном примре применения устройства.Для измерения средней энергии55 нейтронов в ис.Цуемых пучках была проведца кс)либров. устройства, )1 ля эТого были посч цы )к пс римецтальные ведены измеренцые характеристики исслдованцых потоков нейтронов, где с 1,"1/ЛГ - число-квантов с энергией 2223 кэВ из реакции Н (п,у)гН, регистрирумое детектором в единицу времени в основном из првого слОЯ 20 мишени; 1) /с 1 Г - число-квантов изтреакции юй (п)2) ЕГ с энергией )78 кзВ, регистрируемое детектором в динипу врмени из второго слоя мише)ци; с)М /1 Г - число нейтронов в данном 25 слое; К - измеряемая кратность ослабления полного исходного потока цейтронов данным фильтром; )с кадмиевое отношение для исследуемого потока нейтронов, которое при исполь- З 0 зовации предлагаемого устройства яврезультаты дця зависимс)стц (11/1 У 1гот средней эцер иц нейтронов. Нучки нейтронов с различной .редцей эцерией были пс)лучены при помощи водородсодержащцх фильтров различцой толщинь 1, Среднюю энергию нейтроновопределяли по кривой поглощения, измеренной при помощи предлагаемого устройства. Для калибровки был использован также фильтр, состоящий из железа, алюминия и серы, пропускающий нейтроны с энергией 24 кэВ. Лля опр- деления средней энергии нейтронов была найдена функция1 пЕ =А 1 п("1 /И,)+В, (б)где константы А и В были определеныметодом наименьших квадратов,Изобретение позволяет проводитьследуюкие измерения: полных потоковнейтронов независимо от их спектрального состава; кадмиевых отношенийисследуемых потоков нейтронов, которые при использовании счетчика, являющегося всеволновым во всем измеряемом диапазоне энергии нейтронов от0 до нескольких мегаэлектронвольт,равны отношениям полных потоков кпотокам нейтронов с энергией, превышавшей 0,5 эВ; кратностей ослабленияполного потока нейтронов различнымифильтрами; средней энергии нейтроновпучка при различных формировках энергетического спектра, что в сочетании с измеренным полным потоком позволяет, например, определить компоненту дозы от упругого рассеяния нейтронов на поверхности облучемого объекта.Хорошее совпадение экспериментальных и расчетных значений средней энергии нейтронов для пучков нейтронов, полученных при помощи фильтровОиз кадмия и В, указывает на правильность выбора формы спектра нейтроцов.Таким образом, полученные резуль"таты позволяют полностью восстановитьисходный спектр нейтронов пучка,формула изобретенияСчетчик нейтронов, содержащий мишень, детектор мгновенного-излучения и средство обработки сигналов детектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативностии счетчика эа счет определенияспектральных характеристик исследу1392523 мых поток 1 н н 1 йтронон н числа всех 1. - длина замедления сйтроовнейтронов, 1 опавших н мишен счетчп- в зам 1.дляющем веществе;ка, независимо от пх энергии н изме - индекс слоя,ряемом диапазоне от энергии ультрахо- причем общий объем мишени У выбран5 млодных нейтронон до нескольких мега- Р соответствии с зависимостьюэлектронвольт, мишень выполнена многослойной с числом слоев и В 2, слои Мм 5чередуются в направлении градиентапотока нейтронов в мишени, при этом 10 где Бм - общая площадь поверхностикаждый из слоев состоит из комбинации мишени,замедляющего и поглощающего нейтроны а все материалы слоев мишени удовлетвеществ, содержание которых в каждом воряют условию: все ядерные реакциислое вЫбрано из условия и мишени, протекающие с поглощением1, ( 1, нейтронов , с оп р о нождают с я излучениемгде Е - длина диффузии тепловых н е й- У - к в ан то в различных энергий в ра зли ч 3тронов в слое: ных слоях мишени.Характеристики потоков нейтронов реактора, получаемых припомощи различных фильтров, измеренные с использованиемпредлагаемого счетчика нейтронов Фильтр дй,й, 0111 Йй,13 92523 Составитель С.КондратенкоТехред Л.Сердюкова ектор В.Бутяга Типаж 522 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, РаушПодписноеСР графическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна эводственно Редактор А.ОгЗаказ 1888/51 омитета открытий ая наб