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

13 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

34976. Теория сравнительных преимуществ 14.31 KB
  Внешнеторговый баланс страны соотношение стоимости товаров экспортированных и импортированных за один и тот же период времени. Внешнеторговый баланс включает фактически оплаченные и осуществленные в кредит товарные сделки. Внешнеторговый баланс составляется по отдельным странам и по группам государств. Торговый баланс имеет сальдо.
34977. НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ 25.5 KB
  Демографическая проблема порождена тем что во второй половине XX столетия начался демографический взрыв стремительный рост населения Земли. При этом возникла необычайная асимметрия в его динамике: 80 прироста мирового населения приходится на Азию Африку и Латинскую Америку. Быстрый рост населения в развивающихся странах вызывает ряд серьезных социальноэкономических осложнений. Здесь в национальных границах некоторых государств так быстро увеличивается численность населения что обнаруживаются признаки абсолютного перенаселения...
34978. Основные экономические проблемы общества 38 KB
  Что производить проблема выбора это принятие решений о том какие именно блага какого качества в каком количестве должны быть произведены. Как производить проблема эффективности это принятие решений о том с помощью каких ограниченных ресурсов и их комбинаций с помощью каких технологий будут произведены блага. Для кого производить проблема распределения это проблема связанная с распределением благ: кому достанутся произведенные блага и в каком количестве будет располагать ими экономический субъект. Количество созданных товаров...
34979. Экономика – особая сфера общественной жизни 28.5 KB
  Нормативная экономика это направление в экономической науке основанное на оценочных суждениях относительно того какой должна быть экономика цели экономического развития и экономическая политика. Позитивная экономика означает анализ фактов на основе которых формулируются принципы экономического поведения. Теоретическая экономика учит понимать сложный экономический мир вырабатывает экономический тип мышления.
34980. Функции экономической теории 31 KB
  Практическая рекомендации по совершенствованию текущей экономической ситуации снижению уровня инфляции увеличению валового национального продукта и т. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА система методов инструментов и форм государственного воздействия на социальноэкономические процессы реализующая тот или иной тип экономической стратегии. Сложная структура развитой рыночной экономики требует применения разнообразных инструментов и мер экономической политики.
34981. Производство и потребности 27 KB
  Потребности человека в самом широком смысле можно определить как состояние нужды неудовлетворенности которое он стремится преодолеть. По своей биологической природе потребности вытекают из взаимодействия живого организма с окружающей средой. Это так называемые физиологические потребности человека потребности в пище одежде жилище и т.
34982. Ресурсы и факторы производства 27.5 KB
  Ресурсы производства это совокупность различных природных социальных и духовных сил которые могут быть использованы в процессе создания товаров услуг и иных ценностей. Многие природные ресурсы редки а их запасы с каждым днем уменьшаются; 2 материальные все созданные человеком рукотворные средства производства и предметы труда которые сами являются результатом производства; 3 трудовые трудоспособное население; 4 финансовые денежные средства которые общество в состоянии выделить на организацию производства; 5 информационные ...
34983. Крива́я произво́дственных возмо́жностей 24 KB
  Попасть в эту точку можно если увеличить количество используемых ресурсов или улучшить технологию производства например сменить ручной труд на машинный. Тенденции роста альтернативных издержек производства в условиях увеличения производства одного из товаров. Уровень эффективности производства.
34984. Экономическая система 38.5 KB
  Во всех экономических системах для производства требуются экономические ресурсы а результаты хозяйственной деятельности распределяются обмениваются и потребляются. В то же время в экономических системах есть также элементы которые отличают их друг от друга: социальноэкономические отношения; организационноправовые формы хозяйственной деятельности; хозяйственный механизм; система стимулов и мотиваций участников; экономические связи между предприятиями и организациями. ТЭС Отличительные черты: крайне примитивные технологии; преобладание...