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

70117. Подсчет суммы элементов квадратной матрицы, полученной из клавиатуры 55.5 KB
  Написать одну программу, с помощью которой можно задать размер квадратной матрицы. При этом размер должен быть нечётным числом и больше 7. При помощи генератора случайных чисел инициализировать матрицу целыми числами в диапазоне от -20 до +5.
70118. Изучение оператора цикла For 53 KB
  Это условие проверяется перед началом выполнения цикла, а затем—после каждого прибавления шага к счётчику цикла в операторе Next. Если оно выполнено, управление передается на оператор, следующий за Next, нет—выполняются операторы из тела цикла.
70119. Применение текстовых и календарных функций 40.5 KB
  Дан список сотрудников фирмы, содержащий паспортные данные (фамилию, имя, отчество, дату рождения, дату зачисления в состав фирмы). По этому списку составить список, содержащй следующие данные (фамилию и инициалы, возраст, рабочий стаж в фирме).
70121. ЭЛЕКТРОННАЯ ТАБЛИЦА EXCEL. ДИАГРАММЫ. ЗАДАЧА О ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА 2.07 MB
  Перед вызовом Мастера диаграмм предпочтительно выделить диапазоны ячеек содержащих информацию которая должна использоваться при создании диаграммы.2 Мастер диаграмм осуществляет пошаговое руководство процессом создания диаграммы.
70124. Плагины 162 KB
  Плагины стали неотъемлемой частью больших коммерческих приложений. С их помощью можно наращивать функциональность приложений без повторной компиляции или быстро изменять бизнес-правила, на основе которых работает приложение.
70125. АЛГОРИТМЫ ЦИКЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЯЗЫКЕ PASCAL 172.5 KB
  Цель работы. Изучить приемы составления схем алгоритмов циклической структуры, операторы организации циклов и условных переходов. Уметь составлять программы реализации алгоритмов циклической структуры и проводить по ним расчет на компьютере.