Активационный метод

Облучают детектор (тонкую фольгу) потом нейтронов, затем исследуют наведенную активность в детекторе. Её измеряют с помощью ППД или сцинт. гамма-спектрометров. Это позволяет выделить нужную активность из фоновых реакций на примесях и других нуклидах.

Пусть толщина детектора мала, то есть захватывается малая часть нейтронов, проходящих через него, и активируется малая часть ядер детектора. Тогда наведенная активность А:

где φ(Е) – спектр нейтрона; Σ_а – сечение активации; V – объем детектора; f(t) учитывает временные условия проведения измерения (t_обл, t_счета).

Если в одной и той же точке реактора облучить набор фольг с разными зависимостями Σ_а от энергии, то можно найти потоки нейтронов в определенных интервалах энергии, которые определяются набором детекторов и методом измерения.

Активационные детекторы, три группы:

- детекторы тепловых нейтронов – сечение активации пропорционально . Измерен ия в этой области необходимы для определения параметров спектра нейтронов (определяем эффективную температуру спектра Максвелла);

- резонансные детекторы – применяются для измерения спектра нейтронов в промежуточной области энергий (от 0,5 эВ до энергий порядка кэВ). Сечение характеризуется наличием сильных резонансов, но в некоторых особо удлбных случаях активация детектора обусловлена всего одним пиком;

- пороговые детекторы – измеряют спектры нейтронов с энергией более 100 кэВ. Работают на реакциях (n,p), (n,α), (n,2n), сечения которых малы (при энергии нейтрона меньше пороговой). При числе нуклидов более 100 используем различные детекторы для различных условий.

Методы оценки спектра нейтронов:

Для тепловых нейтронов:

- априорные методы (то есть существует априорная информация о спектре нейтронов, а измерение наведенной активности используется для определения параметров, которыми характеризуется предполагаемый спектр);

- решение интегральных уравнений (более хороший подход). Спектр представляют в виде суммы спектров Максвелла и Ферми:

где Т_эф – эффективная температура; r – доля надтепловых нейтронов. Эти два параметра характеризуют спектр. Т_эф рассчитывается из соответствующих активностей A₁ и А₂ двух тонких детекторов с разными Σ ~ E.

Параметр r – метод кадмиевой разности (кадмиевого отношения. То есть отношение A детектора, облучаемого без кадмиевого фильтра к А окруженного тонким слоем кадмия.

Для резонансных нейтронов:

Сложности при оценке спектра данного вида нейтронов заключаются в необходимости:

- выделения эффекта, обусловленного поглощением в основном резонансе, на фоне поглощения в других резонансах и в тепловой области;

- учет так называемой самоэкранировки фольги (снижение чувствительности по отношению к нейтронам более высокой энергии).

Для оценки спектра испльзуют априорный метод. Спектр близок к спектру Ферми, нужно определить поправки к этому способу. Например, в отличие от где m – экспериментальный фактор.

Другой метод заключается в использовании набора резонансных детекторов, у которых вклад в общий резонансный интеграл от побочных/тепловых мал и его можно исключить. То есть, в области узкого изолированного резонанса:

где Г – ширина резонанса; σ _i – сечение активации.

Тогда А облученного детектора, обусловленная резонансным поглощением:

где <Ф> - средний поток по интервалу Г_i; B_i – определяется свойствами системы регистрации и определяется измерением в потоке нейтронов известного спектра, обычно – в тепловой колонне.

Для выделения из общей активности детектора A_i вклада A_резi используют метод резонансной самоэкранировки: сравниваются активности неэкранированного детектора с активностью детектора, окруженного фильтрами разной толщины. При достаточной толщине эти фильтры «съедят» нейтроны основного резонанса, почти не поглотив остальные.

Примеры ядер, имеющих один основной резонанс в области поглощения:

Из данных материалов можно делать детекторы.

Сложность и неоднозначность восстановления спектров по наведенной активности вынуждают использовать косвенные методы экспериментальной проверки точности спектра.

Метод спектральных индексов:

Данный метод используется для оценки точности расчетных спектров в ВВЭР.

Спектральный индекс: S_ij – отношенеие активностей двух реакторов, один из которых имеет сильный резонанс в сечениии активации при Е>E_T, а Σ_а другого пропорциональна . Детекторы облучаются как в исследуемом, так и в калибровочном потоках нейтронов сечения активации i и j дет.

Значения S_ij сравниваются с расчетными и, если они хорошо совпадают, спектр нейтронов признается удовлетворительно описаным теоретически.

Оценка спектра быстрых нейтронов:

Пороговые детекторы – детекторы, Σ_а которых имеет такие пороговые значения, ниже которых оно равно 0.

Реакции - (n,p), (n,α), (n,2n) на пороговых ядрах (материал детектора) (²³⁶U, ²³⁷Np, ²³²Th,???). При Е>Е_пор сечение реакции сначала плавно возрастает ~ , а затем практически не меняется в неком ∆Е.

Если Е>E_эфф, то Σ_а=0.

Если Е<E_эфф, то Σ_а= Σ_эф.

B включает в себя концентрацию ядер в детекторе, размер детектора – все величины, связанные с измерительной установкой. Определяется из измерений на калибровочном пучке с известным спектром нейтронов.

Для определения Σ_эф и Е_эф надо знать спектр нейтронов, но он неизвестен. Однако Σ_а есть плавная функция Е, а спектр быстрых нейтронов мало отличается от спектра нейтронов деления, поэтому определим Σ_эф и Е_эф по спектру нейтронов деления. Введем:

где i – номер детектора, . Определив F_i для разных детекторов, можно определить поток нейтронов в различных интервалах энергии:

где φ_i – средний поток в интервале от .

Данное уравнение позволяет очень приближенно, в виде гистограммы, оценить спектр нейтронов. Для большей точности нужно решать интегральные уравнения.

Уравнения решаются двумя методами:

- групповой метод – весь интервал энергий разделяют на отдельные участки. В их пределах поток считается постоянным. Интегральные уравнения заменяются системой алгебраических уравнений → М.НК!

- неизвестную φ (E) аппроксимируют степенным рядом или суммой экспонент, после чего определяются коэффициенты в этих рядах.

Особенности метода пороговых детекторов заключается в том, что необязательно, чтобы ядра и продукты реакции были радиоактивными – реакции (n,p) и (n,α) могут быть зарегистрированы в камерах/счетчиках по заряженным частицам. Этот метод можно применить при измерениях со слоями делящихся нуклидов или проводить внутререакторные измерения, когда потоки нейтронов измеряются во времени.

Характеристики некоторых пороговых детекторов:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: