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

67173. Роздрібний товарооборот. Товарооборот роздрібних торгових підприємств 37.84 KB
  Товарооборот роздрібних торгових підприємств Соціально економічна характеристика роздрібного товарообороту Сутність значення товарообороту підприємства як економічної категорії та показника діяльності Склад і структура роздрібного товарообороту Товарооборот роздрібних торгових підприємств...
67174. Основы теории массового обслуживания 233.5 KB
  Рассмотрим сначала некоторые понятия которые характеризуют стохастическую неопределенность когда неопределенные факторы входящие в задачу представляют собой случайные величины или случайные функции вероятностные характеристики которых либо известны либо могут быть получены из опыта.
67175. КУЛЬТУРА ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОГО СРЕДНЕВЕКОВЬЯ 115.5 KB
  В условиях сословноиерархической структуры общества пронизанной сверху донизу сословной замкнутостью и отношениями вассального служения сюзерену; в процессе бесконечных войн которые несли голод разрушение смерть и ощущение трагизма человеческой жизни...
67176. Организация разработки требований к сложным программным средствам 139 KB
  Проекты программных средств различаются по уровню сложности масштабу и необходимому качеству. Чаще всего проблемами с которыми встретились не достигшие своих целей проекты программных продуктов являются: недостаток информации от пользователя...
67177. ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ГОСУДАРСТВО 138.5 KB
  Любое государство функционирует в определенной социальной среде зависит от экономики и культуры общества его структуры психологии и ценностных предпочтений граждан в свою очередь оказывая на них мощное воздействие.
67178. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ АНЕСТЕЗИОЛОГИИ. ИНГАЛЯЦИОННЫЙ НАРКОЗ 278 KB
  Универсальной и общепризнанной теории действия анестетиков нет. Ранние теории наркоза в настоящее время представляются полностью несостоятельными: Коагуляционная теория Кьюн 1864 коагуляция белка под влиянием эфира и хлороформа обнаружилось что коагуляция происходит только при концентрациях значительно превышающих терапевтические.
67179. Проблеми державного відтворення української культури у 1917-1920 рр. та особливості національно-культурного розвитку українських земель у 1920-1930-х рр. XX століття 133 KB
  Відкриття Української Академії наук УАН. відбулося територіальне роз'єднання українських земель завершилося формування української нації ускладнилася соціальна структура та політизувалося суспільне життя. Ця орієнтація зумовила вивчення проблем етнографії фольклору мови а також стимулювала бажання...
67180. Повернення об’єктів функціями. Потенційні проблеми 74.5 KB
  Якщо об'єкти можна передавати функціям, то з таким самим успіхом функції можуть повертати об'єкти. Щоби функція могла повернути об'єкт, по-перше, необхідно оголосити об'єкт, який повертається нею, типом відповідного класу. По-друге, потрібно забезпечити повернення...
67181. Асиметричні криптоперетворення та їх застосування для забезпечення конфіденційності 240.65 KB
  Найбільшою особливістю асиметричних перетворень є використання асиметричної пари ключів, які містить відкритий ключ, що відомий всім, та особистого ключа, що пов’язаний з відкритим ключем за допомогою певного математичного перетворення.