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

32437. НЕПРЕРЫВНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ 157.5 KB
  Пусть Х случайная величина с функцией распределения Fx. Если функция распределения дифференцируема то ее производная Fx = fx называется плотностью распределения а сама случайная величина Х непрерывно распределенной случайной величиной. Отсюда следует что функция распределения непрерывной случайной величины является первообразной от плотности распределения: Утверждение 8. Вероятность того что случайная величина Х принимает значения из отрезка [а b] равна интегралу по этому отрезку от плотности распределения случайной величины Х.
32438. CИCТЕМЫ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН 144.5 KB
  CИCТЕМЫ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН. Пусть Х = Х1 Х2Хn совокупность или система случайных величин. Функцией распределения системы случайных величин называется вероятность совместного выполнения неравенств k = 1 2 .
32439. ЗАВИСИМОСТЬ И КОВАРИАЦИЯ 87.5 KB
  Для доказательства необходимости продифференцируем по x и y обе части равенства из определения независимых случайных величин. Дискретные случайные величины независимы тогда и только тогда когда для любых пар значений случайных величин X и Y. Для независимых случайных величин X и Y ковариация равна 0. Из утверждений 2 и 3 следует что для независимых случайных величин X и Y MXY = MX  MY если MX и MY существуют.
32440. НЕКОТОРЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ 106.5 KB
  Пусть X1X2Xn взаимно независимые случайные величины с одной и той же функцией распределения Fx. Характеристической функцией распределения Fx или случайной величины X называется математическое ожидание случайной величины Замечание. В данном случае под случайной величиной будем понимать пару действительных функций Если X имеет плотность fx то Например характеристическая функция стандартного нормального распределения Если X дискретная случайная величина где xi значение...
32441. ЗАКОН БОЛЬШИХ ЧИСЕЛ 83 KB
  ЗАКОН БОЛЬШИХ ЧИСЕЛ. Закон больших чисел позволяет установить новую точку зрения на вероятность случайных событий и математическое ожидание случайной величины. Cуть закона больших чисел состоит в том что конкретные особенности каждого отдельного случайного явления почти не сказываются на среднем результате множества таких явлений случайные отклонения от среднего неизбежные в каждом отдельном случае в массе таких случаев почти всегда взаимно погашаются и выравниваются. Для доказательства закона больших чисел нам потребуется Лемма...
32442. CЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ 48.5 KB
  В случае с монетой это число P = 1 2. Естественно было бы это число Р и принять за вероятность некоторого исхода. Но проблема заключается в том что на практике мы имеем дело не со всей последовательностью частот а только с конечным числом ее членов и следовательно не можем судить о ее пределе. В этом случае вероятность события определяется формулой: P = N N где N число элементарных событий которые приводят к наступлению события .
32443. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕРОЯТНОСТИ 186 KB
  Cогласно классическому определению в опытах с конечным числом равновозможных исходов вероятность события А это доля исходов которые приводят к наступлению события А в общем количестве исходов. Определять вероятность как долю благоприятных исходов можно и в опытах с бесконечным числом исходов. Какова вероятность что пассажир пришедший на платформу отправится с нее не позже чем через 15 минуты Пространство элементарных исходов состоит из бесконечного множества точек отрезка [АВ] см. Пространство элементарных исходов...
32444. УСЛОВНЫЕ ВЕРОЯТНОСТИ 81 KB
  Если в одном эксперименте могут произойти события А и В то возникает вопрос как влияет возможность наступления события А на наступление события В. Если вероятность события А можно рассматривать как долю элементарных исходов приводящих к наступлению события А среди всех элементарных исходов пространства то условную вероятность события А при условии что событие В произошло можно рассматривать как долю исходов приводящих к событию А во множестве элементарных исходов образующих событие В. Условная...
32445. ДИСКРЕТНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ 115 KB
  СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ. ДИСКРЕТНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ. Cлучайные величины будем обозначать большими латинскими буквами а значения которые они принимают соответствующими малыми. Различают дискретные непрерывные случайные величины и случайные величины с сингулярным распределением.