Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)



Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)
Способ определения ядерного энерговыделения при возникновении реакции деления (варианты)

 


Владельцы патента RU 2586894:

Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к средствам охраны окружающей среды и объектов от загрязнений, анализа состояния радиоактивных веществ и может быть использовано при испытаниях ядерного оружия и других ядерно-физических установок (ЯФУ). Способ определения ядерного энерговыделения включает измерение наведенной активности содержащегося в почве Na-24, образовавшегося от потока нейтронов вследствие ядерной реакции деления (ЯРД) на исследуемом объекте, выполнение нейтронно-физических расчетов, определение величины энерговыделения по выведенным зависимостям. Нейтронно-физические расчеты включают корректировку измеренной активности Na-24 от нейтронного потока по глубине почвы, концентрации природного Na-23 и алгоритмы перехода к энерговыделению. Техническим результатом является возможность определения факта энерговыделения и его величины при возникновении внештатных аварийных ситуаций на ЯФУ в отсутствие предварительно установленных систем регистрации ионизирующих излучений при возникновении любых ЯРД. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и объектов от загрязнений, анализа состояния радиоактивных веществ, испытания ядерного оружия, мониторинга состояния ЯФУ (ядерно-физических установок) с делящимися материалами (ДМ).

Может быть использовано для регистрации энерговыделения и определения его величины на ЯФУ при возникновении любых ядерных реакциях деления (ЯРД).

Известно техническое решение: Заявка: 94020227/25, 01.06.1994. Способ обнаружения делящихся материалов.

Изобретение заключается в разработке метода обнаружения делящихся элементов. Сущность состоит в облучении исследуемого объекта импульсным потоком нейтронов с последующим измерением временного хода потока запаздывающих нейтронов, испускаемых осколками деления и по наличию характерной компоненты распада осколков деления с эффективным временем полураспада судят о содержании делящихся материалов в данном объекте.

Однако с помощью данного способа весьма сложно определить возможное энерговыделение ДМ и определить вероятность ошибки

Известно также техническое решение: Патент RU 2451348 С2. Способ определения энерговыделения в активной зоне по показаниям нейтронных детекторов в процессе эксплуатации реактора типа ВВЭР.

Сущность: энерговыделение определяют по показаниям нейтронных детекторов в процессе эксплуатации ЯФУ (реактора ВВЭР), выполняют нейтронно-физические расчеты для смоделированных и для реальных сборок, осуществляют аппроксимацию функции перехода от показаний детекторов к линейному энерговыделению.

Недостатками известного решения является то, что оно может использоваться при измерении линейного (стабильного во времени) энерговыделения. Необходима сложная система предварительно установленных и настроенных систем детектирования и предварительная корректировка их показаний. При импульсных формах ЯРД и внештатных ситуациях информация о величинах энерговыделения будет отсутствовать.

Указанное решение может рассматриваться в качестве прототипа к заявленному.

Решаемой технической задачей предлагаемого способа является универсальность и простота регистрация ядерного энерговыделения ДМ, достоверность определения его величины при любом виде ЯРД в отсутствии предварительно установленных систем детектирования ионизирующих излучений (ИИ).

Решение указанной технической задачи обеспечивается изложенной ниже совокупностью существенных признаков.

Использование в качестве детектора излучений образовавшегося в почве Na-24.

Нейтронно-физические расчеты с разработанными алгоритмами перехода от измеренной удельной активности Na-24 вследствие нейтронного потока исследуемой ЯФУ при возникновении ЯРД с рассчитанным распределением нейтронного потока по глубине почвы и концентрацш природного Na-23, к величине энерговыделения,

при этом

выведена зависимость, связывающая измеренное значение удельной активности Na-24 с величиной энерговыделения ДМ

где

q[кг.m.э] - величина энерговыделения;

Ауд - удельная активность Na-24, Бк/кг;

T - время, прошедшее с момента аварии, с;

α - среднее число нейтронов, испускаемых за один акт деления;

R - расстояние до исследуемого объекта;

K(R) - коэффициент, зависящий от расстояния между ЯФУ и местом отбора пробы.

Нейтронно-физические расчеты с разработанным алгоритмом перехода от измеренной поверхностной активности Na-24 вследствие нейтронного потока исследуемой ЯФУ при возникновении ЯРД, с рассчитанным распределением нейтронного потока по глубине почвы и концентрации природного Na-23, к величине энерговыделения,

при этом

выведена зависимость, связывающая измеренное значение поверхностной активности Na-24 с величиной энерговыделения ДМ

где

As - поверхностная активность Na-24, Бк/м2;

K(RS) - коэффициент, зависящий от расстояния между ИО и местом проведения измерений.

Описание сущности предложенного изобретения

При попадании нейтронного потока на поверхность почвы происходит множество процессов, в частности ядерные реакции [1, 4]. Одной из них является превращение природного стабильного Na-23 в нестабильный изотоп Na-24. Число нейтронов, поглощенных в грунте, определяется выражением [2]:

Флюенс поглощенных нейтронов на участке местности в декартовой системе координат:

Na-24 - γ активен. Гамма-кванты испускаются двух энергий: Ε1=1368 кэВ и Е2=2754 кэВ. Следовательно, гамма-излучение с энергиями Ε1 и Е2 являются характеристическими признаками наличия натрия в почве и прошедшего нейтронного потока.

Локальную наведенную активность с координатами (X,Y,h) от исследуемой ЯФУ можно представить в виде

а ядерное энерговыделение

Для проведения расчета величины ядерного энерговыделения, с использованием перечисленных выше соотношений, требуется определить гамма-спектрометрическим методом локальную активность выбранного изотопа Na-24, активируемого нейтронами.

В точках с координатами (Χ,Υ), определяющими место отбора пробы (или измерения поверхностной активности), активность излучения гамма-квантов с энергией Ε ΑΝа(i,k)(Χ,Υ,Ε):

Формула для расчета величины ядерного энерговыделения определяется из выражения:

где Aуд_Na - наведенная активность в грунте, Бк/см3,

q - величина ядерного энерговыделения, кг,

η(i,k)(E) - квантовый выход излучения,

ANa(i,k)(X,Y,E) - активность излучения гамма-квантов с энергией Ε радионуклида в пробе, определяемая спектрометрической аппаратурой, квант/с,

ρ - плотность грунта, г/см3,

ΝΑ - число Авогадро,

Μi - атомная масса i-го радионуклида,

Сi - доля активируемого i-го элемента в грунте, отн. ед.,

Ск - доля активируемого k-го изотопа в природной смеси изотопов i-го элемента, отн. ед.,

σk - сечение активации, см2,

λк - постоянная распада, с-1,

t - время с момента аварии, с.

При измерении поверхностной активности переносным спектрометром в точках с координатами (Χ,Y), определяющими положение детектора относительно центра аварии, плотность потока гамма-квантов с энергией Ε φNa(i,k)(X,Y,E) выбранного радионуклида:

где

µg(Ε) - линейный коэффициент ослабления в грунте от энергии (Е) фотонного излучения радионуклида;

µν(Ε) - линейный коэффициент ослабления в воздухе от энергии фотонного излучения радионуклида.

Отсюда формула для расчета величины ядерного энерговыделения, при измерении поверхностной активности с использованием переносного спектрометрического оборудования в зоне аварии:

где φNa(i,k)(X, Y,E) - плотность потока гамма-квантов с энергией Ε наведенного радионуклида, определяемая спектрометрической аппаратурой на высоте Н, квант/(с∗см2).

Решая представленные уравнения, получаем соотношения для определения величины энерговыделения.

Т.о., исследуя пробы гамма-спектрометрической аппаратурой, анализируя спектрограммы и проводя предлагаемые расчеты, получаем следующие результаты.

1. При отсутствии на спектре пиков полного поглощения (ППП) с Ε1=1368 кэВ и Е2=2754 кэВ энерговыделения не происходило.

2. Наличие ППП с Ε1=1368 кэВ и Ε2=2754 кэВ указывает на происшедшее нейтронное облучение проб и энерговыделение ЯФУ.

3. Анализируя счетность ППП вышеуказанных энергий, зная сечение нейтронов спектра деления с Na-23, определяем флюенс нейтронов, прошедших через исследуемую пробу.

4. По рассчитанной с помощью метода Монте-Карло модели распространения потока нейтронов по радиусу и глубине при возникновении ядерной РД, получаем алгоритм расчета с количеством распавшегося ДМ и его энерговыделением.

5. С помощью вышеприведенного алгоритма получаем зависимости, позволяющие определить искомое энерговыделение от результатов проведенных измерений.

При измерении удельной активности Na-24:

где

q[кг.m.э] - величина ядерного энерговыделения;

Ауд - удельная активность Na-24, Бк/кг;

t - время, прошедшее с момента аварии, с;

α - среднее число нейтронов, испускаемых за один акт деления;

R - расстояние до исследуемого объекта;

K(R) - коэффициент, зависящий от расстояния между ЯФУ и местом отбора пробы.

При измеренной поверхностной активности Na-24:

где

As - поверхностная активность Na-24, Бк/м2;

K(RS) - коэффициент, зависящий от расстояния между ЯФУ и местом проведения измерений.

Выбор натрия обусловлен его следующими свойствами [3]:

- высокая концентрация в почве ~2.5%,

- сечение взаимодействия σ=5 барн,

- два характеристических ППП, позволяющих идентифицировать этот элемент в смешанных полях гамма-излучений,

- удобный для анализа период полураспада, Т1/2=14.9 час.

Весь комплекс мероприятий от отбора пробы до получения величины ядерного энерговыделения занимает несколько часов при измерении удельной активности и гораздо меньшее время при измерении поверхностной активности, обеспечивает с вероятностью Р=0,95 суммарную погрешность анализа не более 30%.

В данном методе отсутствует влияние неравномерности разлета активного вещества в ближней зоне реакции деления и изменчивости метеорологических факторов на погрешность определения величины ядерного энерговыделения.

В процессе реализации предложенный способ заключается в том, что:

1. на известном расстоянии от исследуемого объекта измеряют наведенную поверхностную активность (отбирают пробу грунта);

2. гамма-спектрометрической аппаратурой измеряют спектры в области энергий Е1=1368 кэВ и Е2=2754 кэВ;

3. отсутствие ППП указанных энергий указывает на отсутствие или весьма незначительное энерговыделение ДМ ЯФУ;

4. при наличии ППП определяют поверхностную активность As (удельную активность пробы);

5. по предлагаемым в «способе…» зависимостям и полученным значениям (Аsуд вычисляют энерговыделение ДМ:

- при измеренной удельной активности Na-24:

где

q[кг.m.э] - величина энерговыделения;

Ауд - удельная активность Na-24, Бк/кг;

t - время, прошедшее с момента аварии, с;

α - среднее число нейтронов, испускаемых за один акт деления;

R - расстояние до исследуемого объекта;

K(R) - коэффициент, зависящий от расстояния между ИО и местом отбора пробы.

При измеренной поверхностной активности Na-24:

где

As - поверхностная активность Na-24, Бк/м2;

K(RS) - коэффициент, зависящий от расстояния между ИО и местом проведения измерений.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет определять величину энерговыделения при возникновении внештатных аварийных ситуаций на ЯФУ в отсутствии предварительно установленных систем регистрации ИИ при возникновении любых ядерных реакциях деления.

Литература

1. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. М., Наука, 1998.

2. Израэль Ю.А., Стукин Е.Д. Гамма-излучение радиоактивных выпадений. Атомиздат, М., 1967.

3. Войткевич Г.В., Кокин А.В. и др. Справочник по геохимии. М., Недра, 1990 г.

4. Левин В.Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. М., Атомиздат, 1975.

1. Способ определения ядерного энерговыделения в исследуемом объекте (ИО) при возникновении ядерной реакции деления, включающий измерение наведенной активности почвы около ИО, отличающийся тем, что около ИО отбирают пробы почвы, затем лабораторно-спектрометрическим методом измеряют удельную активность содержащегося в пробе природного изотопа Na-24, а величину энерговыделения определяют по зависимости, связывающей величину энерговыделения с измеренным значением удельной активности Na-24:

где
q[кг.т.э] - величина энерговыделения;
Ауд - удельная активность Na-24, Бк/кг;
t - время, прошедшее с момента аварии, с;
α - среднее число нейтронов, испускаемых за один акт деления;
R - расстояние до исследуемого объекта;
К(R) - коэффициент, зависящий от расстояния между ИО и местом отбора пробы.

2. Способ определения ядерного энерговыделения в исследуемом объекте (ИО) при возникновении ядерной реакции деления, включающий измерение наведенной поверхностной активности почвы около ИО, отличающийся тем, что измеряют поверхностную наведенную активность Na-24, а величину энерговыделения определяют по разработанной и рассчитанной зависимости, связывающей величину энерговыделения с измеренным значением поверхностной активности Na-24:

где
As - поверхностная активность Na-24, Бк/м2;
К(RS) - коэффициент, зависящий от расстояния между ИО и местом проведения измерений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам моделирования параметров гамма и нейтронного излучений ядерного взрыва на исследовательских ядерных реакторах с отражателями нейтронов.

Изобретение относится к области испытаний на радиационную стойкость крупногабаритных объектов военного или гражданского назначения, в том числе предназначенных для выполнения работ в радиационных полях ядерно-технических установок или при ликвидации последствий радиационных аварий.

Изобретение относится к средствам для диагностики и динамического мониторирования с виртуальным отображением органов пациента и процедуры разрешения проблемных диагностических и лечебно-реабилитационных ситуаций, а также при повышении квалификации и в научной деятельности.

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов для изменения их оптико-механических свойств, в частности повышения их ювелирной ценности. .

Изобретение относится к области методологии формирования полей гамма-нейтронного излучения на исследовательских реакторах и может быть использовано при испытаниях объектов, в первую очередь крупногабаритных, на радиационную стойкость.

Изобретение относится к устройствам для получения экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения из плазмы импульсно- периодического вакуумного разряда, инициируемого лазером между вращающимися электродами.

Изобретение относится к устройствам для получения экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения высокой средней мощности из плазмы импульсно-периодического вакуумного разряда, инициируемого лазером между вращающимися электродами.

Изобретение относится к генераторам разовых импульсов нейтронов и рентгеновского излучения и предназначено для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости и генерирования нейтронных пучков.

Изобретение относится к способу и устройству для вентиляции устройства для облучения пучком электронов по меньшей мере одной стороны полотна. .
Наверх