Способ регистрации средней энергии и плотности потока направленного ионизирующего излучения

 

союз совктских социллистичкских Рвлпвлик

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ госуюРствкннок плткнтнок

ВедОмстВО сссР (ГОСПАткнт сссР) (21) 3217932/25 (22) 15.12.80 (46) 15.1293 Бк!л. Na 45-46 (72) Чукляев СВ, 6акулин Ю.П„. Терешкин ИС..

Яковлев МВ.

rs> SU ио ЯЯЛ63 Ь 1 (>) 01Т

2 (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СРЕДНЕЙ ЭНЕР-

ГИИ И ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО ИОНИЗИРИОЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ . (57) 963388

Изобретение предназначено для реги страции направленного ионизирующего излучения. Наиболее эффективно оно может быть использовано при излучении спектрально-временных характеристик импульсных полей.

Известен способ определенля средней энергии нейтронов двумя интегральными детекторами: S и Ро в экране из бора- О толщиной 1,1 г/см, По результатам измере2 ний флюенсов нейтронов детекторами Фя>з и Ф, .- 0,001 соответственно средняя энергия нейтронов Е определяется по формуле Е = п >3

=7,42 —,; + О,З. " и ) 0,001 з2

Виду того, что показания детекторов S и Ри2з не зависят от угла падения излучения, Оказывается невозможным выделить направленную составляющу1о плотности потока нейтронов, к тому же способ не может быть применен для токовых детекторов ввиду отсутствия последних с высокой (» МэВ) пороговой энергией регистрации нейтронов, Известен также способ определения флюенса нейтронов с энергией выше 0,1

МэВ тремя детекторами, например S 2, Np И Pu, B ЭхраНЕ IIS QOpa-1{) ТОЛщИНОй

1,8 г/см, По показаниям детекторов флю2 енса нейтронов с энергией выше O, I МэВ (Фп > 0,1) вычисляется по формуле

{ „2ЗО

0Л 233

Г7эФ I u где R р„2зв — скорость реакции в детекторе

Р„2зв. ор р„2 — эффективное сечение деления Рь2зв(определяется по отношени о скоростей реакции в детекторах Np и 3 на

237

Основании расчетной эмпирической зависиМОСТИ), Этот способ также не может быть осуществлен на токовых детекторах ввиду отсутствия таковых с пороговой энергией регистрации нейтронов выше 3 МэВ и ввиду

ToIo, чта детекторами PU, Np u S

239 237 нельзя выделить направленну о составляющую плотности потока нейтронов, поскольку показания детекторов изотропны по углу падения на них излучения, Наиболее близким по технической сущнОсти является способ регистрации средней энергии и плотности потока направленного ионизирующего измере»ия, заключающийся в Tow. что детектоо помещают в исследуемое поле излучения и определяют отношение сигналов от детекторов в каж дый момент времени, При этом предполага ют, что в каждый момент времени распределение электронов по энергиям представляет собой монолини о с энергией

Е, что приемлемо для установок типа

Hermes It, на которых осуществлен данный

10 способ.

Недостатком описанного способа является заведомое предположение, что энергетическое распределение электронов в каждый момент времени представляет собой монолиIIMIQ. Для нейтронов это предположение несправедливо, за исключением случая, когда нейтроны разделены по энергиям достаточно большой пролетной базой.

Другим недостатком известного способа яв2g ляется использование при обработке результатов двух отношений показаний трех детекторов, что снлжает точность определения энергии, Целью изобретения является обеспечение изменений импульсного излучения и его временно-энергетических характеристик; средней энергии и плотности ионизирующего излучения, распределенного по энергиям произвольным образом.

Поставленная цель достигается тем, что при способе регистрации средней энергии и г1лотности потока направленного иойизирующего излучения, заключающемся в том, что детекторы помещают в исследуемое поле излучения и определяют отношение сигналов от детекторов в каждый момент времени, берут два детектора, чувствительность от энергии излучения одного из

40 которых не зависит ни OT энергии излучения, vè от угла его падения на детектор, а

1увствительность От энергии излучения ВТо рого детектора пропорциональна энергии излучения и зависит от угла его падения

"5 ф на детектор. причем функция угловой зависимости Е (ф) та кова, что ! (V ) = — (1,{2+.7г), и определяют среднюю энергию Edir и плотность потока

pdir (+) направленного излучения по форМУЛGVI

l((1,2 ) -) — - -- 7 1 (t ) = mex

)2(Т) !

2(Т1 Il (l) 4;(т) diã(1 )I

7 { I 1

963388 отношение сигналов детектора на переднем фронте развития импульса излучения;

l 1(t),.lg(t) — сигналы 1-го и 2-го детекторов соответственно.

Предложенный способ измерения сред10 ней энергии и плотности направленного излучения может быть осуществлен, например. для излучения нейтронов импульсных ядерных Реакторов с помощью 15 двух детекторов: вакуумной камеры деления (ВКД) а. радиатором.Ри З9 в экране B и детектора с водородосодержащим рассеивателем (ДВР). Энергетическая чувствительность ВКД на энергетическом .20 диапазоне функции распределения нейтронов по энергиям для ядерных реакторов представима с точностью не ниже 6 константой

rli (Е) 0 =СОПЯ (1) где д — функция Дирака;

Й- единичный вектор направления;

Qo — единичный вектор распределения направленного излучения.

35 Пусть fdlr(E) и 1з(тд) — функции энергетического распространения направленного и рассеянного излучения, причем

fdlr(E)dE 1; / 4 (сл)бЕ = l.

Ъ(Е) = «4(V). (г) 40 где К вЂ” коэффициент пропорциональности (постоянная характеристика детектора); ф(ф) — функция зависимости чувствительности детектора.от угла падения излучения ф.

Причем функция ((ф) нормирована по максимуму на единицу и такова, что

4(V) =-4(V+ ) (3)

1 . 4

В дальнейшем параметры излученйя определяются по следующим формулам:

55 (4) Edir

К . Я(гр) 12 (Й) = К ДЪ (!) Ь д (В (4 а (Ч ) d а Х

) p ((? max (5) где ои К вЂ” постоянные характеристики 1-ro и 2-го детекторов соответственно; с эффективной пороговой энергией Елор.

Сигнал ВКД практически не зависит от угла падения излучения на детектор, Энергетическая чувствительность ДВР на энергетическом диапазоне функции распределения нейтронов по энергиям для ядерных реакторов пропорциональна энергии нейтронов при соответствующем выборе толщины полиэтиленового рассеивателя и выражается формулой дъ (ю) = д (le (t) — 1г (t)j (--г)lф(т) - тах, {6) где Fdlr и pdlr(t) — средняя энергия и плотность потока направленного излучения;

p, (t) — плотность потока рассеянного излучения;

l >(t) и (;-(т) — ток первого и второго детек-. тора

l1 С

lф(с) = fnax — означает, что отношение токов двух детекторов, берется при максимальной скорости нарастания плотности потока импульсного излучения (на переднем фронте развития импульса излучения).

Действительно, плотная плотность потока излучения rptot (t, Щ в телесный угол

0 в направлении Ипредставима в виде

p()g(t, И) = ir(g) д(Я, —,О)+ — „ (a), Сигна)г первого детектора Iz(t) согласно формуле 1 равен

Is (t) = f рц (i)d(Q, — O) о х

Х Г„, (,) d E d а+ (f p, (,) x с

Х fs (Е t) а d Е б Я = а(афпг (z) + уъ (()), (7)

Сигнал второго детектора согласно 2 равен

963388

При условии независимости от времени

Edlr (что имеет место для излучения ядерных реакторов), подставляя формулу 10 в выражение 8, получаем выражение для

)(d Q Е f® (г. ) d E (8)

Е

Согласно условию, выраженному формулой 3, <5 i ) = (ls ir) — Iz it)) <-т1/rp() = тах, 1 it й1 Отношение сигналов

При условии малой длительности нарастания фронта импульсного излучения по сравнению с временем релаксации излуче- 25 ния, что имеет место, например, для быстрых нейтронов импульсных ядерных реакторов в момент развития импульса излучения, а точнее в момент максимальной скорости нарастания плотности потока из- 30 лучения (p(t) = max), вкладом рассеянного излучения в пол ную плотность потока можно пренебречь, При этом формул- 9 принимает вид

Отсюда (56) Hurst G.S. et а1. Riv. Sci. inst 27, 3, (10) 153 (1956).

Walker I.

Еdir

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СРЕДНЕЙ

ЗНЕРГИИ И ПЛОТНОСТИ ПОТОКА НАПРАВЛЕННОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧ Е Н И Я, заключающийся в том, что детекторы помещают в исследуемое поле излучения и определя<от отношение сигналов от детекторов в каждый момент времени, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерений импульсного излучения и его временно-энергетических характеристик - средней энергии и плотности потока излучения, распределенного по энергиям произвольным образом, беру< Е4

Е 4л ц

$ g ly) d Q = o

<2 (t) = pdirф(ф ) 4<г(е) о E =

= K ЕД<т g (tP) Pg<г (t), )Я 1 < (<) = mBX = <<- - <- .

K< i ), )

<2Щ <1

r) и г (t) — 2,,(11) p(t ) =- max

Представляя формулу 11 и формулу 7 получим

Предложенный способ регистрации средней энергии, плотности потока направленного излучения, а также плотности потока рассеянного излучения по сравнению с наилучшими образцами аналогичных способов позволяет измерять временно энергетические характеристики импульсных полей нейтронного излучения ядерных реакторов, используя при этом блок регистрации, содержит два токовых детектора. Реализация предложенного способа обеспечивает измерение временно-энергетических характеристик направленного излучения и временной зависимости плотности потока рассеянного излучения. Становится возможным автоматизация процесса обработки результатов измерений и полу <ения характеристик поля излучения, что позволяет сократить трудозатраты - на 15;ь при массовых измерениях на адернь<х реакторах. два детектора, чувствительность от энергии излучения одного из которых не зависит ни от энергии излучения, ни от угла его падения на детектор., а чувствительность от энергии излучения второго детектора пропорциональна энергии излучения и зависит от угла его падения << на детектор, причем функция угловой зависимости ((< ) такова, что ((< )) = -<"„-(V+ ), и определяют среднюю энергию Е«<„и плотность потока

@<

963388 — max;

Составитель И.Терешкин

Редактор О.Кузнецова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Лисйна

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3349

Производств 1нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Б!г— руэгг(т) = J g Pt) = max, Jz(t) J>(0 где о К - постоянные характеристики 1-го и

2-го детекторов соответственно; — у p,t) = вах - отношение сигна,) 1гт1

Лг(т) лов детекторов на переднем фронте

5 развития импульса излучения;

J1(t) и J2(t) - сигналы 1-го и 2-ro детекторов соответственно.