Способ определения искажений величины потока и формы энергетического спектра нейтронов

 

Союз Советских

Социалистичесмих

Республик

ОПИСАНИЕ оч896587

К АВТОИЖОМУ С ТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 0 0780 (21) 2951366/18-25 с присоединением заявки ИУ(23) ПриоритетОпубликовано 0731.82. Бюллетень Мя 1

Дата опубликования описания 070132 рц („З

G 01 T 3/00

Государственный комитет

СССР ио мелам изобретений и открытий (53) УДК 621. 387. .426 (088. 8) (72) Авторы изобретения

t0.A. Селицкий, С.M. Соловьев, В.Б. Фунш и С.В. Хлебников (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСКАЖЕНИЙ ВЕЛИЧИНЫ

ПОТОКА И ФОРМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА

НЕЙТРОНОВ

Изобретение относится к радиационной технике, точнее к технике измерений потоков и энергетических спектров нейтронов, а именно к технике прецизионных измерений потоков и энергетических спектров нейтронов, образующихся в реакции D(d,n) Íå при работе на ускорителях дейтронов.

Современное реакторостроение предьявляет высокие требования к точности экспериментально определяемых значений ядерно-физических констант. Техника измерения ядерно-физических констант требует, в свою очередь, точного знания как полною потока, 15 так и энергий, падающих на образец нейтронов. Нейтроны получаются в реакции D(d,n) Не, при этом пучком дейтронов облучаются твердые дейтеросодержащие мишени. В результате 20 реакции дейтерия на дейтерии могут образоваться как нейтроны, так и протоны, причем вероятности (d,n) .и (d,р)-каналов известны с высокой точностью (1). 25

Промышленные твердые мишени состоят из слоя Ti с абсорбированным в нем дейтерием, нанесенного на подложку из Мо, w. Из-за торможения дейтронов в материалах и наличия за- 30 висимости энергии образующихся нейтронов от энергии дейтронов необходи-. мо использование мишеней с минимально возможной толщиной дейтеросодержащего слоя Ti. При этом толщина дейтеросодержащего слоя может составлять малую долю от величины пробега дейтронов. Тогда в процессе облучения происходит непрерывное накопление дейтронов пучка в глубине подложки.

Это приводит к тому, что поток. нейтронов постепенно обогащается низкоэнергетической компонентой, обязанной D(d,n) He-реакции дейтронов меньшей энергии с накопившимся дейтерием, так как происходит постепенное искажение формы спектра нейтронов.

Известны методы для измерения спектров и потоков нейтронов (2)и(3).

Эти методы не обладают разрешением, необходимым для выделения низкоэнергетической компоненты нейтронного потока (не лучше 63 при удовлетворительной эффективности регистрации). Методы измерения энергией нейтронов по времени пролета обладают достаточным разрешением, но требуют импульсного потока частиц, что резко снижает средний ток пучка.

8)6587

Кроме того, импульсное прерывание пучка технически реализовано не на всех ускорителях.

Известен метод сопутствующих гелионов, возникающих в реакции

D(d,n)3 Не(4).

Он может быть использован лишь при энергиях дейтронон, не превышающих сотен кэВ. Применение его при энергиях порядка нескольких МэВ требует использования дейтеросодержащих мишеней из материала с малым Е, что резко ограничивает ток пучка на мишени.

Известны метод регистрации нейтронов.при помощи ядерных расщеплений (5) и метод пороговых радиоактивных 15 индикаторов (6).

Однако эти методы имеют совершенно недостаточное энергетическое разрешение.

Наиболее близким к предлагаемому Я является способ определения искажений величины потока и формы энерге-. тического спектра нейтронов и реакции D(d,р)3 Не н процессе облучения твердых дейтеросодержащих мишеней с толщиной дейтеросодержащего слоя менее пробега дейтронов путем регастрации протонов, образующихся в реакции D(d,р) Н. Способ заключается в

3 том, что мишень переворачивают подложкой к пучку и проводят повторное облучение. При этом образующиеся в повторном облучении нейтроны обяза- ны (d,n)-реакции лишь на дейтерии, накопившемся в материале подложки (7). 35

Недостатком этого метода является удвоение времени измерений. Кроме того, абсолютное повторение таких условий облучения, как острота фокусировки пучка, степень охлаждения 40 мишени, количество нагара на поверхности мишени и пр., является практически невозможным. Поэтому точность этого метода не может считаться удовлетворительной. 45

Цель изобретения — повышение точности измерения характеристик. потока нейтронов эа счет определения количества и спектрального состава нейтронов, образующихся в результате накопления дейтронов пучка в подложках мишеней, а также удешевление способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения искажений величины потока и формы энергетического спектра нейтронов из реакции

D(d,n)3 Не в процессе облучения твердых дейтеросодержащих мишеней с толщиной дейтеросодержащего слоя менее пробега дейтронов путем регист- g} рации протонов, образующихся в реакции D(d,р) Н, детектор протонов

3 располагают под углом 114-120 к направлению пучка дейтронов, падающих на мишени, измеряют энергетический спектр протонов, образующихся по всей глубине пробега дейтронов.

Величину потока и форму спектра нейтронов получают из спектра протонов путем расчета с использованием известных данных по величинам сечений (d,р) и (d,n)-реакций и энергетических потерь для дейтронов и протонов °

Угол расположения детектора выбран из требования наилучшего разделения двух пиков, соответствующих протонам из реакции D(d,p)3 Н, на содержащемся н слое титана и на накапливающемся н глубине подложки дейтерии, а также максимального отделения их от частиц из реакций С(d,р)

С и "О О(й,р)" О.

На фиг. 1 представлена схема регистрации протонов из твердых мишеней при энергии Ed = 1,2 МэВ; на фиг. 2 — спектры протонов, образующихся при облучении дейтеротитановой мишени на молибденовой подложке с толщиной титанового сорбента и подложки 0,001 мм и 0,3 мм соответственно дейтронами с энергией

1,2 МэВ; на фиг. 3 и фиг. 4 - рассчитанные из спектров нейтронов потока и распределение по энергии нейтронов, образующихся в процессе накопления дейтерия в подложке мишени в зависимости от времени облучения.

Протоны, образующиеся н мишени 1 по всей глубине пробега дейтронов, пройдя коллимирующие диафрагмы 2, тормозной фильтр 3, регистрируются полупроводниковым детектором 4 (фиг. 1). Сигналы с детектора 4 поступают на регистрирующую аппаратуру 5. Толщина фильтра выбрана так, чтобы затормозить дейтроны, рассеянные на поверхности мишени. Изображенный сплошной линией спектр на фиг. 2 измерен через 19.5 час работы, а штриховой линией изображена меняющаяся часть его н начале облучения.

В спектрах протонов отчетливо выделяются пики следующих реакций: 6 и 7—

""О(d,р) 7 О на кислороде, находящемся н материале мишени; 8 — D(d,р) Н на дейтерии, накопившемся в подложке мишени; 9 — D(d,ð) Н на дейтерии, сорбиронанном н слое титанау

10 - С (d,р) 3C на углероде нагара.

Индексы а и б на фиг. 3 и 4 соответствуют различным температурным режимам работы мишени. За 100% принята величина потока нейтронов от стандартной мишени с толщиной титанового сорбента 0,001 мм.

Использонание предлагаемого способа определения величины потока и формы спектра нейтронов, образующихся из реакции D(d,n)3 Не н результа- те накоплений дейтерия н подложке твердой дейтеротитаноной мишени, обеспечинает по сравнению с известными следующие преимущества.

896587

Получение указанных данных непосредственно в процессе облучения ми- . шени позволяет повысить точность результатов за счет автоматического учета таких меняющихся факторов, как, например ток и фокусировка пучка.

Кроме того, устраняется необходимость проведения самостоятельного эксперимента по определению фона, т.е ° полное время эксперимента сокращается в 2 раза.

Возможность определять в процессе облучения толщину нагара углерода на мишени и величину потока фоновых нейтронов от реакции «C(d,п) 9й(0=

= -0,28 МэВ), оказывающих заметное влияние в условиях реального экспе- 15 римента.

Возможность осуществлять в ходе работы одновременный контроль величины н спектра потока нейтронов из реакции D(d,n)- He в титановом слое.

Метод может быть применен в тех областях науки и техники, где необходимо значение точных величин потока и спектра нейтронов, например в технике измерений сечений ядерных реакций относительным способом при различной энергетической зависимости сечений сравниваемых ядер.

Формула изобретения

Способ определения искажений величины потока и формы энергетического спектра нейтронов из реакций

D(d,n)> Не в процессе облучения твердых дейтеросодержащих мишеней с толщиной дейтеросодержащего слоя менее пробега дейтронов путем регистрапии протонов, образующихся в реакции

D(dр) Й, отличающийся

3 тем, что, с целью повыаения точности измерения характеристик потока нейтронов за счет определения количества и спектрального состава нейтронов, образующихся в результате накопления дейтронов пучка в подложках мишеней, а также с целью удешевления способа, располагают детектор протонов под углом 114-120 к направлению пучка дейтронов, падающих на мишень, и измеряют энергетический спектр протонов, образующихся по всей глубине пробега дейтронов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Sehulte R.L. et аl. Nucl Physics 1972, A. 192,609.

2. Патент США 9 3581091 кл.250-

831, опублик. 1971.

3. Патент США Р 2767324 кл.250831, опублик 1956.

4. Андреев Е.А. и др.- Приборы и техника эксперимента, 1972, Ф 1, с, 72.

5. Патент CMA В 3129329 кл.25083.1, опублик. 1964.

6. Патент США 9 3029343 кл. 25083.1, опублик. 1962.

7. Бабенко Ю.A. и др.- Ядерная физика, 1970, 11, вып. 5, с. 1006 (прототип).

896587

Ю

-У Р 4 Ed rue Фуад zy

Ерове в уд i р <

ФмР

Р1 40 gP Ф,У

Редактор н. Безродная

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 11693/36

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

f /àl Х

4

Ь.

У

Ф 4У Щ ФО Ф1

Зиераия мвйтромоВЯ4

Рое 4

Составитель С. Кондратенко

Техред Е. Харитончик Корректор М. Шарощи