Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов

Изобретение относится к области измерения характеристик излучения ядерно-физических установок и может быть преимущественно использовано для измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов дополнительно содержит этапы, на которых регистрацию нейтронов с обоих направлений проводят на одном детекторе, при этом по одному из направлений регистрацию нейтронов осуществляют путем упругого рассеяния нейтронов на рассеивателе, а дифференциальный детектор и рассеиватель устанавливают под различающимися углами по отношению к оси источника нейтронов. Технический результат – уменьшение погрешности измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области измерения характеристик излучения ядернофизических установок и может быть преимущественно использовано для измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, в частности коэффициента анизотропии излучения импульсных источников нейтронов типа «плазменный фокус», Z-пинч.

Кроме того изобретение может найти применение при измерении характеристик излучения источника при отсутствии прямой видимости источника излучения из места размещения детектора.

Результаты многочисленных исследований, в частности [1, 2], указывают на то, что излучение импульсных источников нейтронов, например источника типа «плазменный фокус», обладает четко выраженной пространственной (угловой) анизотропией. В качестве параметра анизотропии выхода нейтронов используется значение коэффициента анизотропии Ка=Y(α)/Y(90°), где функция выхода Y задает число нейтронов за импульс в узком конусе вокруг направления, определяемого углом α. Наиболее широко используется в качестве параметра анизотропии отношение выхода нейтронов (Y) по оси источника (0°) и перпендикулярно оси (90°) Ка=Y(0°)/Y(90°).

Коэффициент анизотропии сильно варьируется для разных установок и режимов их работы, что связывается с одновременным сосуществованием термоядерного и нетеплового (механизм «пучок-мишень») процессов генерации нейтронов. «Поскольку распределение нейтронов в термоядерном процессе является изотропным, тогда как результатом второго механизма должен быть узконаправленный пучок нейтронов, то степень участия каждого процесса и определяет фактор анизотропии, причем не только пространственной, но и энергетической» [2].

Известен способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов [1], в котором измерение характеристик нейтронного излучения осуществляют посредством регистрации нейтронов с помощью дифференциального сцинтилляционного детектора.

В отличие от заявляемого изобретения в указанном способе измерение угловой анизотропии нейтронного излучения источника (плазмофокусной камеры) проводится тремя дифференциальными сцинтилляционными детекторами, один из которых установлен перпендикулярно оси плазмофокусной камеры (90°), остальные под другими углами.

Известный способ не позволяет достичь высокой точности измерения Ка, так как в работе используются несколько измерительных каналов, элементы которых обладают значительными индивидуальными погрешностями.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, присуща известному способу измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, а именно способу измерения коэффициента анизотропии нейтронного излучения, описанному в работе [3].

В известном способе (наиболее близком аналоге) измерение угловых характеристик нейтронного излучения осуществляют посредством регистрации нейтронов по 2-м отличающимся направлениям с помощью дифференциального сцинтилляционного детектора, сигнал которого пропорционален плотности потока выходящих из источника нейтронов.

Величиной, пропорциональной выходу нейтронов Y в импульсе длительностью Δt, является заряд q, регистрируемый измерительным каналом.

Измерительный канал (ИК) дифференциального сцинтилляционного детектора (СД) на основе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) состоит из собственно детектора (сцинтиллятор + ФЭУ), источника питания ФЭУ, линии связи детектора с регистратором, делителя входного сигнала, исключающего перегрузку регистратора, сопротивления нагрузки, регистратора.

В отличие от заявляемого изобретения для измерения величины анизотропии выхода нейтронов из источника используют два детектора, установленных под разными углами к оси источника - плазмофокусной камеры. Измерение отношения выхода нейтронов (Y) по оси камеры (0°) и перпендикулярно оси (90°) Ka=Y(0°)/Y(90°) проводится двумя детекторами, установленными под соответствующими углами.

Известный способ не позволяет достичь высокой точности измерения Ка и при этом сократить число измерительных каналов.

Указанные недостатки обусловлены тем, что в известном способе, принятом за наиболее близкий аналог, используются два измерительных канала, элементы которых обладают значительными индивидуальными погрешностями. Детекторы, как правило, обладают различной чувствительностью и значительными погрешностями градуировки, с ними суммируются погрешности других элементов ИК, что приводит к значительным погрешностям измерений коэффициента анизотропии.

Погрешность измерения заряда, снимаемого с детектора, складывается из погрешности, связанной с погрешностью напряжения питания ФЭУ δV=7% [4], погрешностью измерения амплитуды сигнала, определяемую техническими характеристиками регистратора (δU=2%), погрешностью делителя входного сигнала (δk=2,5%), погрешностью сопротивления нагрузки (δR=2%). Суммарная погрешность составляет по каждому измерительному каналу 8%. [4,5].

Погрешность коэффициента анизотропии Ка=Y0/Y90 - это погрешность отношения результатов измерения выхода Y по двум различным детекторам, установленным под углами 0 и 90 градусов к оси источника. Она определяется квадратичным суммированием погрешностей измерений по каждому направлению и составляет 11,3%.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение точности измерения угловых характеристик импульсного источника нейтронов, в частности коэффициента анизотропии нейтронного излучения Ка.

Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, в частности коэффициента анизотропии, путем замены абсолютных измерений значения выхода нейтронов в двух направлениях измерением отношения площадей импульсов, зарегистрированных одним и тем же дифференциальным детектором. Другим техническим результатом является сокращение числа измерительных каналов в эксперименте.

Технический результат изобретения обеспечивается тем, что измерение угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, осуществляют посредством регистрации нейтронов по двум отличающимся направлениям с помощью дифференциального детектора, сигнал которого пропорционален плотности потока выходящих из источника нейтронов, согласно изобретению регистрацию нейтронов с обоих направлений проводят на одном детекторе, при этом по одному из направлений регистрацию нейтронов осуществляют путем упругого рассеяния нейтронов на рассеивателе, а дифференциальный детектор и рассеиватель устанавливают под различающимися углами по отношению к оси источника нейтронов.

Суть предлагаемого способа состоит в регистрации одним дифференциальным детектором выхода нейтронов из источника по двум различающимся направлениям, например 0° и 90°, и определении коэффициента анизотропии выхода нейтронов из источника относительным способом с учетом соответствующих геометрических соотношений и с использованием известного сечения упругого рассеяния нейтронов на веществе рассеивателя.

Величиной, пропорциональной выходу нейтронов Y в импульсе длительностью Δt, является заряд q, регистрируемый измерительным каналом. Значение регистрируемого заряда q равно площади импульса, определяемой как интеграл зависимости тока дифференциального детектора от времени I(t) по интервалу длительности нейтронного импульса Δt.

При определении Ка измеряют отношение площадей импульсов, зарегистрированных одним и тем же дифференциальным сцинтилляционным детектором на одной осциллограмме.

При регистрации предлагаемым способом погрешность измерения Ка складывается из случайной погрешности измерения площадей импульсов на одной осциллограмме (менее 1%), отвечающих нейтронам, пришедшим на дифференциальный сцинтилляционный детектор с двух направлений, и погрешности сечения рассеяния, имеющей небольшое значение <1%. [6]. Погрешность измерения Ка в этом случае не превышает 2%.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами.

На Фиг. 1 приведена схема геометрии постановки измерений по предлагаемому способу, где:

1 - дифференциальный детектор;

2 - источник излучения;

3 - рассеиватель;

4 - регистратор;

5 - линия связи;

L - расстояние от источника излучения до дифференциального детектора;

L1 - расстояние от источника излучения до рассеивателя;

L2 - расстояние от рассеивателя до дифференциального детектора.

Измерения проводятся с помощью измерительного канала (ИК), блок-схема которого представлена на Фиг. 2, где:

1 - дифференциальный детектор;

4 - регистратор;

5 - линия связи;

6 - источник питания ФЭУ;

7 - делитель входного сигнала;

8 - сопротивление нагрузки.

Для осуществления способа располагают дифференциальный сцинтилляционный детектор 1 под выбранным углом (90°) к оси источника нейтронов 2, а под другим углом (0°) размещают рассеиватель нейтронов 3 с определенными массогабаритными характеристиками, выполненный из материала с хорошо известным сечением упругого рассеяния нейтронов, например из углерода (графита). Расстояние от источника до детектора (L) и сумма расстояний от источника до рассеивателя (L1) и от рассеивателя до детектора (L2) должны позволять регистрацию разделенных по времени пролета импульсов нейтронов, выходящих под углом 90° к оси источника 2 и прямопрошедших от источника 2 до детектора 1, и нейтронов, рассеянных от рассеивателя 3, установленного под углом 0° к оси источника 2. Выход нейтронов в каждом направлении определяется площадью соответствующего импульса с применением соответствующих геометрических и кинематических соотношений и с использованием известного сечения упругого рассеяния нейтронов на веществе рассеивателя 3.

Измерительный канал (ИК) сцинтилляционного детектора 1 (СД) на основе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) используемый для измерений по прямому направлению под углом 90° к источнику, состоит из собственно детектора 1 (сцинтиллятор + ФЭУ), источника питания ФЭУ 6, линии связи 5, связывающая детектор 1 с регистратором 4, делителя входного сигнала 7, исключающего перегрузку регистратора 4, сопротивления нагрузки 8 и регистратора 4 (обычно цифровой осциллограф).

Вещество рассеивателя выбирают исходя из его ядернофизических характеристик. В области энергии нейтронов, генерируемых источником, нейтроны должны взаимодействовать с веществом рассеивателя преимущественно упругим образом, а указанное сечение упругого взаимодействия должно быть известно с высокой точностью. Для нейтронов с энергией около 2,5 МэВ (ДД-нейтронов) этим требованиям в максимальной степени соответствует углерод (графит).

Предлагаемый способ позволяет сократить число измерительных каналов в эксперименте, а также исключить в окончательном значении коэффициента анизотропии ряд составляющих погрешности измерений, связанных с различной чувствительностью детекторов и погрешностями их градуировки, погрешности элементов ИК, за счет измерения выхода нейтронов одним и тем же детектором и одной и той же измерительной аппаратурой и тем самым уменьшить погрешность измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Time Integrated and Time Resolved Neutron Measurements in a Plasma Focus Device, авторов M. Milanese, R. Moroso, F. Castillo, J. J.E. Herrera, J.I. Golzarri, and G. Espinosa, AIP Conference Proceedings 875, 423 (2006); https://doi.org/10.1063/1.2405979.

2. Дубинов A.E., Сенилов Л.А. Исследования на плазменных фокусах в развивающихся странах,- Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013.

3. КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАЗРЯДА ТИПА "ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС", авторов В.Е. Аблесимов, Ю.Н. Долин, О.В. Пашко, З.С. Цибиков, ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2010, том 36, №4, с. 1-4.

4. РД 95 3470-91 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Детекторы гамма-излучения сцинтилляционные токовые. Методы измерения чувствительности.

5. РД 95 3468-91 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Детекторы нейтронов сцинтилляционные токовые. Методы измерения чувствительности.

6. ENDF- В8, Файл оцененных ядерных данных МАГАТЭ.

1. Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, заключающийся в том, что измерение характеристик нейтронного излучения осуществляют посредством регистрации нейтронов по двум отличающимся направлениям с помощью дифференциального детектора, сигнал которого пропорционален плотности потока выходящих из источника нейтронов, отличающийся тем, что регистрацию нейтронов с обоих направлений проводят на одном детекторе, при этом по одному из направлений регистрацию нейтронов осуществляют путем упругого рассеяния нейтронов на рассеивателе, а дифференциальный детектор и рассеиватель устанавливают под различающимися углами по отношению к оси источника нейтронов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дифференциальный детектор по отношению к оси источника нейтронов располагают под углом 90 град, а рассеиватель располагают под углом 0 град, по отношению к оси источника нейтронов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средству диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком для измерения нейтронных потоков в присутствии интенсивного гамма-излучения.

Группа изобретений относится к подсчёту импульсов. Способ подсчёта множественности импульсов с коррекцией времени нечувствительности содержит этапы, на которых осуществляют генерирование для каждого канала оценки потерянных импульсов в канале с соответствующим предполагаемым периодом времени нечувствительности для каждого канала, а также получение для каждого канала его относительной эффективности по отношению к сумме эффективностей для всех каналов и выведение для каждого канала поведения времени нечувствительности.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам радиационного детектирования в нейтрон-захватной терапии. Система детектирования излучения для системы нейтрон-захватной терапии содержит пучок заряженных частиц, вход пучка заряженных частиц, выполненный с возможностью пропускания пучка заряженных частиц, модуль нейтронной генерации, генерирующий нейтронный пучок после осуществления ядерной реакции между модулем нейтронной генерации и пучком заряженных частиц, формирователь пучка, используемый для регулировки потока и качества нейтронного пучка, генерируемого модулем нейтронной генерации, и выход пучка, примыкающий к модулю нейтронной генерации, при этом система детектирования излучения содержит устройство детектирования излучения, используемое для детектирования в реальном времени γ-лучей, мгновенно испускаемых при излучении нейтронного пучка, и выполнена с возможностью вычисления величины концентрации бора по детектированному сигналу γ, причем концентрация бора рассчитывается по формуле А: где B(t) - это концентрация бора во время t, единицей B(t) является ppm (миллионная доля), единицей времени t является секунда, k - это измеренная величина, GC(t) - это величина, полученная после того, как число фонового γ вычтено из общего числа γ предустановленной энергетической зоны, детектированного во время t, причем k рассчитывается по формуле В: где B(t0) - это концентрация бора во время t0, единицей B(t0) является ppm, единицей времени t0 является секунда, GC(t0) - это величина, полученная после того, как число фонового γ вычтено из общего числа γ предустановленной энергетической зоны, детектированного во время t0, причем B(t0) рассчитывается по формуле С: где Bblood(t0) - это концентрация бора в крови, измеренная во время t0, единицей Bblood(t0) является ppm и RT/N - это отношение концентрации бора, которое может быть получено на основе ПЭТ или экспериментальных данных или на теоретической основе, к концентрации бора в нормальной ткани.
Изобретение относится к способу изготовления нейтронного конвертера из карбида бора или пленки бора на прозрачной для нейтронов металлической подложке. Прозрачную для нейтронов металлическую подложку на первом этапе полируют путем тонкого шлифования, а на следующем этапе покрывают карбидом бора или пленкой бора путем напыления (катодное распыление).
Изобретение относится к области радиационных исследований. Спектрометр высокоинтенсивного импульсного нейтронного излучения содержит металлический корпус, внутри которого последовательно расположены мишень из материала, содержащего водород, и металлические коллиматор, плоские различной толщины фильтры-поглотители протонов отдачи и коллекторы заряда, сопряженные и равной площади с фильтрами-поглотителями протонов, коллекторы подключены к электроизмерительным приборам, все элементы спектрометра изготовлены из материалов с близким атомным номером, причем толщина мишени из материала, содержащего водород, выбирается менее пробега протонов отдачи с энергией, равной минимальному значению энергии нейтронов в составе анализируемого спектра, коллиматор имеет сотовую структуру с поперечным размером сот менее продольного размера, а соотношение продольного и поперечного размеров сот и толщина фильтров-поглотителей протонов определяются из условий по точности измерения распределения нейтронов по энергии и чувствительности измерительных трактов.

Изобретение относится к области технической физики, а точнее - к области регистрации нейтронов. Способ определения потока быстрых нейтронов содержит этапы, на которых в зону облучения помещают детектор, нейтроночувствительный элемент в котором содержит ядра 237Np, и измеряют поток быстрых нейтронов энергией выше пороговой энергии деления ядер 237Np, при этом в зону облучения дополнительно помещают детектор, нейтроночувствительный элемент в котором содержит ядра 238U, измеряют поток быстрых нейтронов энергией выше пороговой энергии деления ядер 238U, а поток быстрых нейтронов пороговой энергией ниже пороговой энергии деления ядер 237Np определяют линейной комбинацией потока нейтронов энергией выше пороговой энергии деления ядер 237Np и потока быстрых нейтронов энергией выше пороговой энергии деления ядер 238U.

Изобретение относится к устройствам определения нейтронных характеристик полей исследовательских ядерных установок (ИЯУ) в реальном масштабе времени. Устройство для определения нейтронных характеристик полей исследовательских ядерных установок содержит измерительные каналы, кремниевые транзисторы, генератор эталонного тока, согласующее устройство, генератор опорного напряжения, генератор приращения эмиттерного тока, аналоговый демультиплексор, аналоговый ключ, блок управления, компаратор пределов, блок нагрузок, интегратор, преобразователь напряжения в ток, измерительный усилитель, при этом в состав устройства введен многоразрядный аналогово-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу измерительного усилителя, а выходы - к блоку управления, выполненному на основе микроконтроллера с внутренней памятью и программным обеспечением, включающим выполнение функций автоматического переключения пределов измерения, автоматического выбора канала измерения, а также вычислений абсолютных значений флюенса нейтронов на каждый момент времени и хранения результатов, блок управления соединен с универсальным интерфейсом, обеспечивающим связь с вычислительным устройством верхнего уровня.

Группа изобретений относится к области обнаружения медленных нейтронов. Конвертер медленных нейтронов содержит подложку, содержащую множество каналов, простирающихся вдоль первого направления, и изолирующие стенки между упомянутым множеством каналов; и слой бора, покрывающий по меньшей мере подвергаемую воздействию поверхность упомянутого множества каналов; причем упомянутое множество каналов представляют собой сквозные каналы, причем слой бора содержит natB, причем слой бора имеет массовую толщину в диапазоне от 0,232 до 0,694 мг/см2.

Изобретение относится к нейтронному детектору, включающему: корпус, ограничивающий внутренний объем; металлическую часть, служащую в качестве катода; центральную конструкцию, расположенную во внутреннем объеме и служащую в качестве анода; покрытие из бора на катодной части и электрический соединитель, функционально соединенный с центральной конструкцией для передачи сигнала, накапливаемого центральной конструкцией.

Изобретение относится к устройствам контроля ядерных реакторов, а именно к ионизационным камерам деления (ИКД) с электродами, на поверхности которых нанесен слой материала, делящегося при взаимодействии с нейтронами.
Наверх