23322

Защита от быстрых нейтронов

Лабораторная работа

Физика

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является исследование железоводной защиты от быстрых нейтронов и измерение величины сечения выведения для железного поглотителя. ОСНОВНЫЕ ТОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо что процесс захвата и поглощения эффективен для тепловых медленных и резонансных нейтронов благодаря большому десятки сотни барн сечению их взаимодействия с веществом см. Энергетический спектр нейтронов деления ядра тепловыми нейтронами.

Русский

2013-08-04

209 KB

12 чел.

Лабораторная работа

Защита от быстрых нейтронов.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является исследование железо-водной защиты от быстрых нейтронов и измерение величины сечения выведения для железного поглотителя.

ОСНОВНЫЕ ТОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо, что процесс захвата и поглощения эффективен для тепловых, медленных и резонансных нейтронов благодаря большому (десятки, сотни барн) сечению их взаимодействия с веществом (см. рис. 1). В связи с этим быстрые нейтроны деления должны быть предварительно замедлены.

Рис.  Энергетический спектр нейтронов деления ядра

тепловыми нейтронами. Линия - спектр Уатта.

Рассмотрение кинематики упругого столкновения нейтрона с атомным ядром, находящимся первоначально в состоянии покоя, показывает, что относительная потеря энергии при таком взаимодействии равна:

где  - начальная энергия нейтрона;

  - величина потерянной энергии в результате столкновения;

  - угол рассеяния;

  - параметр (- массовое число ядра замедлителя).

Видно, что потери энергии будут максимальными при обратном рассеянии () и при :

т.е. при рассеянии на водороде нейтрон может потерять всю энергию уже в одном столкновении. Для тяжелых ядер:

и потери энергии уменьшаются с ростом

Вероятность потери энергии при неупругом рассеянии возрастает на тяжелых ядрах и с увеличением энергии нейтрона. Таким образом, защита должна иметь в своем составе водород или другое легкое вещество для замедления (выведения из группы быстрых и промежуточных) нейтронов и тяжелые элементы для замедления быстрых нейтронов через неупругое рассеяние и ослабление захватного гамма – излучения.

Точный расчет прохождения нейтронов через многокомпонентную защиту сложен, т.к. они могут захватиться или рассеяться; рассеяние может быть упругим и неупругим, изотропным и неизотропным (анизотропным), сечение зависит от энергии и материала среды и т.д. В связи с этим, для упрощения рассмотрения пользуются различными приближенными подходами, одним из которых является теория выведения быстрых нейтронов. Эта теория позволяет производить расчет сложной (например, двухслойной) защиты, основываясь на экспериментальных данных, полученных для одного материала.

В нашем случае методика сечения выведения основана на том, что в большинстве водород содержащих сред при выполнении некоторых условий влияния других вводимых в защиту материалов, ослабляющих быстрые нейтроны, например, железо, можно учесть простым экспоненциальным множителем и доза нейтронного излучения на расстоянии () от источника может быть определена из формулы:

    (1)

 где  - доза в точке А (рис. 2) при наличии пластины из тяжелого материала толщиной ;

  - доза в точке А на расстоянии  от источника в легком материале при отсутствии пластины тяжело материала;

  - сечение выведения;

Рис. 2  Схема измерения сечения выведения.

Метод сечения выведения предложен Р. Альбертом и Дж. Велтоном в 1950 г.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Экспериментальная установка, которая реализует схему изображенную на рис. 2, состоит из бака с водой, набора стальных поглотителей и регистрирующего прибора типа СПУ-1 с детектором, позволяющим производить измерения в условиях полного погружения в воду. Плутоний – бериллиевый источник нейтронов типа ИБН с активностью  может размещаться как в воде, так и в полиэтиленовом ограждении. Следует обратить внимание на принципиальное отличие углового распределения в схеме измерения сечения выведения (рис. 2) и в лабораторной установке. В первом случае используется мононаправленный пучок нейтронов, в нашем – изотропный. Это приводит к тому, что при изменении толщины тяжелого поглотителя будет меняться и величина  пропорционально .

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Изучить инструкции по технике безопасности при работе в лаборатории и, выполняя их требования, приступить к измерениям с разрешения преподавателя.

  1.  Установить внутри полиэтиленовой защиты источник ИБН – 7 на продольной оси слоя воды на необходимом расстоянии от внешней поверхности бака. При измерениях с изотропным источником нейтронов необходимо принять меры либо для фиксации значения , либо для его измерения или вычисления.
  2.  Измерить интенсивность потока быстрых нейтронов на оси водяного поглотителя от  см и до максимально возможного с шагом около 10 см со стальным экраном толщиной 515 см и без него. Результаты измерений заносятся в таблицу.
  3.  Считаем в первом приближении, что доза в данной точке пропорциональна плотности потока быстрых нейтронов. Тогда выражение (1) преобразуется к виду:

     (2)

где  - интенсивность излучения в любых единицах.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

  1.  Результаты полученные при измерениях заносятся в таблицу следующего вида:

X

D

Nфона

N

Nист

  1.  Результаты таблицы обрабатываются методом наименьших квадратов.
  2.  Полученные зависимости используются для определения величины сечения выведения из соотношения (2).
  3.  Построить зависимость  от толщины водяного поглотителя.
  4.  Найти минимальную толщину слоя воды, при котором можно пользоваться методом выведения.
  5.  Рассчитать погрешность величины .

Для нахождения коэффициента  воспользуемся методом наименьших квадратов. Нам необходимо получить линейное уравнение вида:

Где коэффициент  будет являться коэффициентом поглощения . Для построения уравнения воспользуемся полученными данными: точка замера (), значение .

Поскольку в нашем уравнении неизвестны два коэффициента (), то для нахождения этих коэффициентов потребуется система уравнений второго порядка следующего вида:

где коэффициенты  находятся по формуле , а правые части  находятся по формуле (здесь соответствует толщине, а  соответствует количеству зарегистрированных частиц на координате  ). Получив численные значения , и подставив их в систему мы найдем неизвестные  нашей системы уравнений.

ЭЛЕМЕНТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

  1.  Обосновать выбор методики измерений п.1 раздела «порядок выполнения измерений».
  2.  Обосновать или указать область справедливости приближения в п. 3 раздела «порядок выполнения измерений».
  3.  Обосновать методику выполнения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  В чем заключается физический смысл сечения выведения?
  2.  Объяснить разницу в формировании поля излучения от мононаправленного или изотропного источника излучения.
  3.  Сформулировать и обосновать область применения понятия сечения выведения.
  4.  Какие особенности распространения нейтронов в железно-водной защите позволяет ввести понятие сечения выведения?

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Андреев О.В. Активационная радиометрия нейтронных полей. Методическое пособие. – 1988 г.
  2.  Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. – М., ЭАИ, 1987 г.
  3.  Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. – М., ЭАИ, 1986 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23084. Синхронний детектор 294.5 KB
  Якщо потенціал на вході такого детектора вище деякого рівня обумовленого відмиканням діода то цей сигнал накопичується на виході як правило на конденсаторі фільтра і таким чином фіксується. 7 Тоді коефіцієнт передачі детектора визначений як відношення амплітуди вихідної напруги до амплітуди вхідної напруги дорівнює: . 8 Таким чином частотна характеристика детектора з гармонійною модуляцією мал. Частотна характеристика детектора з гармонійною модуляцією Рис.
23085. ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ 352 KB
  Метод лічби одноелектронних імпульсів. Опис спектрофотометра СФ5 Тут Ви познайомитеся із можливістю виміру інтенсивності потоку випромінювання шляхом підрахунку кількості електричних імпульсів на виході приймача випромінювання здійснюючи таким чином цифрову обробку оптичної інформації. Теоретична частина Метод лічби одноелектронних імпульсів може бути застосований лише для дуже вузького кола приймачів випромінювання ПВ які мають внутрішнє підсилення фотоелектронних помножувачів ФЕП і лавинних фотодіодів ЛФД.
23086. Вимірювання форми імпульсу випромінювання 196 KB
  Якщо реєструємий імпульс однократний і більш того шуми в його присутності перевищують рівень корисного сигналу то проблема виділення сигналу із шуму стає практично нерозв'язною. У випадку ж повторюваних імпульсів у нас з'являється можливість у присутності нерегулярних перешкод застосувати метод накопичення тобто багаторазово і незалежно вимірювати миттєві значення амплітуди імпульсу в різних частинах періоду повторення для того щоб можна було знайти усереднені значення рівня сигналу що відповідають різним моментам часу. Ілюстрація...
23087. Реєстрація спектрів пропускання 137.5 KB
  Опис спектрофотометра СФ5 У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії спектрофотометрів – оптикоелектронних приладів призначених для вимірювання спектрів пропускання поглинання особливостями методики вимірювання цих спектрів а також способами визначення кольорових координат. Проходження світла через будьякі середовища завжди супроводжується втратами пов’язаними з поглинання та розсіюванням. Коефіцієнт екстинкції коефіцієнт поглинання.1 або словами потужність яка віднімається у паралельного пучка світла за...
23088. Реєстрація спектрів випромінювання 167 KB
  Вимірювання форми імпульсу випромінювання. Реєстрація спектрів випромінювання. Терміни та визначення Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла.
23089. Фотоелектронний помножувач 310 KB
  Опис спектрофотометра СФ5 У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з пристроєм принципом дії характеристиками фотоелектронного помножувача ФЕП особливостями методики вимірювання цих характеристик а також способами реєстрації слабких світлових потоків за допомогою ФЕП. Схема включення ФЕП показана на мал. Після nго динода електрони збираються на аноді ФЕП. Якщо струм катода ic то анодний струм ФЕП 1 де темновой струм mго динода.
23090. ФОТОДІОДИ 172 KB
  У рівноважному стані рівні Фермі обох напівпровідників вирівнюються а енергетичні зони утворять потенційний бар'єр для основних носіїв мал. Мал. При прикладанні до pnпереходу зовнішньої напруги в прямій полярності тобто до pобласті та до nобласті бар'єр знижується мал. При зворотному зміщенні pnпереходу зовнішнє поле складається з внутрішнім підвищуючи потенційний бар'єр мал.
23091. ЕЛЕКТРОМЕТР 319.5 KB
  Електрометричний вимірювач струму. Опис спектрофотометра СФ5 Ця лабораторна робота знайомить із принципами вимірювання і будовою електрометричних вимірювачів струму їхньою конструкцією і способами визначення основних характеристик що дозволяють використовувати такі прилади разом з фотоелектронними помножувачами ФЕП і фотодіодами ФД для реєстрації слабких потоків випромінювання. За допомогою електрометричних вимірювачів реалізується метод виміру постійного струму застосовуваний для таких приймачів випромінювання що мають малий рівень...
23092. Рівняння максвела як узагальнення експериментальних фактів 70.5 KB
  Рівняння максвела як узагальнення експериментальних фактів. Рівняння Максвела сформульовані на основі узагальнення емпіричних законів електричних та магнітних явищ. Ці рівняння зв’язують величини що характеризують електромагнітне поле з його джерелами та з розподілами в просторі електричних зарядів та струмів. Перше рівняння максвела є узагальненням емпіричного закону БіоСавара.