RU1766196C - Method of determination of nuclear-physical parameters of assembly containing fissionable substance - Google Patents
Method of determination of nuclear-physical parameters of assembly containing fissionable substance Download PDFInfo
- Publication number
- RU1766196C RU1766196C SU904850201A SU4850201A RU1766196C RU 1766196 C RU1766196 C RU 1766196C SU 904850201 A SU904850201 A SU 904850201A SU 4850201 A SU4850201 A SU 4850201A RU 1766196 C RU1766196 C RU 1766196C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- assembly
- pulse
- gamma
- nuclear
- determination
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
Изобретение относится главным образом к области исследования подкритических сборок, а также для исследования любых других конструкций, например тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), содержащих делящееся вещество. Изобретение может быть использовано для определения реактивности, продолжительности жизни нейтронов и других параметров сборок. The invention relates mainly to the field of research of subcritical assemblies, as well as for the study of any other structures, for example, fuel elements (fuel elements) containing fissile material. The invention can be used to determine reactivity, neutron lifetime, and other assembly parameters.
Известен способ измерения энергетических спектров нейтронов деления от подкритичных сборок с малой реактивностью. Согласно способу нейтронами от импульсного источника с длительностью импульса несколько микросекунд облучают сборку и относительно этого импульса измеряют по времени пролета заданной базы скорость нейтронов деления, временной спектр которых длится несколько сотен микросекунд. A known method of measuring the energy spectra of fission neutrons from subcritical assemblies with low reactivity. According to the method, the assembly is irradiated by neutrons from a pulsed source with a pulse duration of several microseconds, and the fission neutron velocity, the time spectrum of which lasts several hundred microseconds, is measured by the time of flight of a given base.
Недостатком способа является относительно большой фон, так как детектор, регистрирующий нейтроны из сборки, удален из сборки на несколько десятков метров (мала геометрическая эффективность регистрации), а время измерения относительно большое, так как нейтроны разных энергий имеют большой разброс времени пролета базы. The disadvantage of this method is the relatively large background, since the detector that detects neutrons from the assembly is removed from the assembly several tens of meters (the geometric registration efficiency is low), and the measurement time is relatively long, since neutrons of different energies have a large spread in the time of flight of the base.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения ядерно-физических параметров сборки, по которому создают импульс излучения длительностью несколько микросекунд, инициирующего деление в сборке, регистрируют нейтроны, образующиеся в сборке, измеряют временное распределение нейтронов относительно импульса излучения, по форме временного распределения определяют ядерно-физические параметры сборки такие, как реактивность и время жизни мгновенных нейтронов в сборке. Детектор нейтронов при этом помещен в непосредственной близости от сборки. Closest to the proposed one is a method for determining the nuclear physical parameters of an assembly, by which a radiation pulse of several microseconds is generated that initiates fission in the assembly, neutrons formed in the assembly are recorded, the temporal distribution of neutrons relative to the radiation pulse is measured, and the nuclear physical assembly parameters such as reactivity and lifetime of instant neutrons in the assembly. The neutron detector is placed in the immediate vicinity of the assembly.
Целью изобретения является повышение точности определения параметров сборки в условиях удаленности детектора от сборки путем исключения влияния разброса времен пролета базы частицами и уменьшения отношения фон-эффект. The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the parameters of the assembly in conditions of remoteness of the detector from the assembly by eliminating the influence of the dispersion of the time of flight of the base particles and reducing the background-effect ratio.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения ядерно-физических параметров сборки, содержащей делящееся вещество, включающем в себя создание импульса излучения, вызывающего процесс деления в сборке, регистрацию частиц, образующихся в сборке, измерение временного распределения регистрируемых частиц относительно импульса излучения, определение ядерно-физических параметров сборки по форме временного распределения, в качестве регистрируемых частиц используют гамма-кванты, которые отделяют от нейтронов деления по времени пролета заданной базы. This goal is achieved by the fact that in the method for determining the nuclear physical parameters of an assembly containing fissile material, which includes creating a radiation pulse that causes the fission process in the assembly, registering particles formed in the assembly, measuring the temporal distribution of the recorded particles relative to the radiation pulse, determining nuclear -physical parameters of the assembly in the form of a temporal distribution, gamma rays that are separated from fission neutrons by time are used as registered particles the passage of a given database.
Цель достигается также тем, что импульс излучения создают длительностью 5-50 нс, а временное распределение измеряют в течение 200-2000 нс. The goal is also achieved by the fact that a radiation pulse is created with a duration of 5-50 ns, and the time distribution is measured for 200-2000 ns.
Кроме того, в форме временного распределения совместно анализируют интенсивности мгновенного и запаздывающего гамма-излучения. In addition, in the form of a temporary distribution, the intensities of the instantaneous and delayed gamma radiation are jointly analyzed.
На чертеже условно изображены временные распределения гамма-квантов для различных сборок, т.е. зависимость интенсивности гамма-квантов в детекторе (в логарифмическом масштабе по ординате) от времени измерения, причем за ноль отсчета времени принят передний фронт импульса ускорителя, частицы которого направляют на сборку с делящимся материалом. Импульс ускорителя условно представлен с бесконечно крутыми передним и задним фронтами, его длительность выбирается существенно меньше времени измерения после импульса ускорителя. Кривые 1, 2 относятся к сборкам с размножением нейтронов в делящемся материале для двух различных реактивностей, кривые 3, 4 к сборкам без размножения нейтронов, содержащих различное количество делящегося вещества. Обозначенные уровни n1-n4 определяются мощностью импульса облучения и количествами делящегося и конструкционных материалов в сборке. Уровни 0,01n3 и 0,01n4 примерно соответствуют началу проявления запаздывающего гамма-излучения из осколков деления.The drawing conventionally shows the temporal distribution of gamma rays for various assemblies, i.e. the dependence of the intensity of gamma rays in the detector (on a logarithmic scale in the ordinate) on the measurement time, and the leading edge of the accelerator pulse, the particles of which are sent to the assembly with fissile material, is taken as a zero time reference. The accelerator pulse is conventionally represented with infinitely steep leading and trailing edges, its duration being chosen significantly less than the measurement time after the accelerator pulse.
Способ осуществляется следующим образом. Импульсы частиц ускорителя, допустим, протонов или дейтpонов с энергией 10-100 МэВ и длительностью 5-50 нс, направляют на исследуемую сборку. Эти частицы при взаимодействии с оболочкой или внешними конструкционными элементами сборки, образуют нейтроны и гамма-кванты с известными угловыми распределениями и энергетическими спектрами под каждым углом относительно направления пучка. Вторичные частицы вызывают процесс деления в делящемся материале, а также неупругие взаимодействия в конструкционных элементах и делящемся материале. The method is as follows. The pulses of accelerator particles, say, protons or deuterons with energies of 10-100 MeV and a duration of 5-50 ns, are sent to the assembly under study. These particles, when interacting with the shell or external structural elements of the assembly, form neutrons and gamma rays with known angular distributions and energy spectra at every angle relative to the direction of the beam. Secondary particles cause a fission process in fissile material, as well as inelastic interactions in structural elements and fissile material.
Таким образом, во время действия импульса ускорителя полное число Nуск гамма-квантов на детекторе определяется как различными неупругими взаимодействиями в материале сборки Nсб, так и процессом деления в делящемся материале Nдел, причем Nуск Nсб + Nдел.Thus, during the accelerator pulse action USH total number N of gamma rays on the detector is defined as inelastic interactions in different assembly Sat material N, and the fission process in the fissile material N cases where the Start N N + N sb cases.
Соотношение между Nсб и Nдел зависит от геометрического расположения детектора и пучка ускорителя, а также от конструкции сборки, количества и вида материалов в ней. Может быть как Nсб < Nдел, так и Nсб > Nдел.The ratio between N sat and N affairs depends on the geometric location of the detector and the accelerator beam, as well as on the assembly design, the quantity and type of materials in it. It can be either N sat <N div , or N sat > N div .
Детектор гамма-квантов (который, в принципе, может регистрировать и нейтроны) располагают на некотором расстоянии от сборки (базе). При пролете этой базы нейтроны запаздывают относительно гамма-квантов (например, при 10 и более, чем на 200 нс) и, следовательно, легко отделяются регистрирующей аппаратурой. Синхроимпульс от ускорителя запускает на 200-2000 нс временной анализатор непрерывного действия. Каждый гама-квант поступает на вход "Стоп" или счетный вход временного анализатора, который фиксирует момент прихода (регистрации) гамма-квантов. Соответствующий код анализатора передается в память ЭВМ. Для набора необходимой статистики импульсы ускорителя можно повторять необходимое число раз, например 103-105, при этом на каждый импульс ускорителя регистрировать только один или несколько гамма-квантов.A gamma-ray detector (which, in principle, can also detect neutrons) is located at a certain distance from the assembly (base). When this base passes, the neutrons are delayed relative to gamma rays (for example, at 10 or more than 200 ns) and, therefore, are easily separated by recording equipment. The clock from the accelerator starts for 200-2000 ns a time continuous analyzer. Each gamma-quantum is fed to the “Stop” input or the counting input of a temporary analyzer, which records the moment of arrival (registration) of gamma-quanta. The corresponding analyzer code is transferred to the computer memory. To obtain the necessary statistics, the accelerator pulses can be repeated as many times as necessary, for example 10 3 -10 5 , while for each accelerator pulse only one or several gamma-quanta can be recorded.
После окончания импульса ускорителя характер изменения интенсивности гамма-квантов будет иметь вид экспоненциальной или близкой к ней кривой распада из-за конечного времени жизни нейтронов или запаздывающего гамма-излучения осколков деления. Из приведенных выше временных распределений можно определить постоянную времени распада α ≈ 30-4000 нс (для времени измерения 200-2000 нс) количество гамма-квантов за время импульса и после и импульса ускорителя. After the accelerator pulse ends, the nature of the change in the intensity of gamma rays will have the form of an exponential or close to it decay curve due to the finite neutron lifetime or delayed gamma radiation of fission fragments. From the above time distributions, it is possible to determine the decay time constant α ≈ 30–4000 ns (for a measurement time of 200–2000 ns) the number of gamma quanta during and after the accelerator pulse and after.
Для двух сборок с различными реактивностями, т.е. для кривых 1, 2, указанные постоянные времени соответствуют малым значениям реактивностей ( ρ < -0,4, ρ1 > ρ2). Формулы для вычисления ρ совпадают с формулами для случая регистрации нейтронов в прототипе.For two assemblies with different reactivities, i.e. for
Для кривых 3, 4, т.е. сборок без размножения нейтронов, после окончания импульса ускорителя останется интенсивность, обусловленная только запаздывающими гамма-квантами деления. При этом под запаздывающими гамма-квантами подразумеваются гамма-кванты от изомерных состояний продуктов деления с периодами полураспада 100-1000 нс, доля которых k от количества мгновенных гамма-квантов составляет 5-10% т.е. k 0,05-0,1. For
Конструкция сборки считается известной, т.е. возможно проведение численных расчетов для моделирования временных распределений. Кроме того, доступны сборки с известными количествами делящегося материала и без него для калибровочных измерений. The assembly design is considered known, i.e. it is possible to carry out numerical calculations to simulate time distributions. In addition, assemblies with known amounts of fissile material and without it are available for calibration measurements.
Вычисление отношения k ˙Nдел/(Nсб + Nдел) позволяет исключить интенсивность пучка, это отношение может быть прокалибровано для различных количеств делящегося материала (калибровочные кривые могут быть получены и для случая кривых 1, 2).Calculation of the relationship k ˙N cases / (N + N sb cases) eliminates the beam intensity, the ratio can be calibrated for different amounts of fissile material (calibration curves can be obtained for the case of the curves 1, 2).
Метод калибровочных кривых является наиболее простым для практического осуществления способа. Конкретные аналитические формулы будут громоздкими и тем сложнее, чем больше требуемая точность измерения, поскольку будут включать много рассчитанных или экспериментально измеренных поправочных коэффициентов. The method of calibration curves is the simplest for the practical implementation of the method. Specific analytical formulas will be cumbersome and the more complicated the greater the required measurement accuracy, since they will include many calculated or experimentally measured correction factors.
Кривые 1, 2, как и 3, 4, имеют условный иллюстративный характер, т.е. масштабы между кривыми 1, 2 и 3, 4 не соблюдены как по оси ординат, так и по оси абсцисс. Кроме того, после импульса ускорителя кривые могут иметь не точно экспоненциальную форму, а на кривых 1, 2 может быть "ступенька" (разрыв производной) в момент заднего фронта ускорителя.
Положительный эффект получен за счет уменьшения отношения фон-эффект, что обусловлено сокращением времени измерения. Для иллюстрации этого эффекта допустим, что время измерения равно 1000 нс, а пролетная база равна 10 м. Временной спектр гамма-квантов не зависит от пролетной базы, а при регистрации нейтронов согласно прототипу измерительный интервал 1000 нс растягивается примерно в 3 раза из-за широкого энергетического спектра нейтронов деления. При этом отношение фон-эффект также увеличивается в 3 раза. Кроме того, кривая распада нейтронов сборки существенным образом трансформируется. A positive effect was obtained by reducing the background-effect ratio, which is due to the reduction of the measurement time. To illustrate this effect, let us assume that the measurement time is 1000 ns and the span base is 10 m. The time spectrum of gamma rays is independent of the span base, and when neutrons are detected according to the prototype, the measurement interval 1000 ns is stretched by about 3 times due to the wide energy spectrum of fission neutrons. In this case, the background-effect ratio also increases by 3 times. In addition, the neutron decay curve of the assembly is substantially transformed.
Истинное количество гамма-квантов после импульса ускорителя N находится как разность эффекта + фон и фона Nф, т.е. N(N + Nф) Nф. В случае нейтронов N (N + 3 Nф) 3Nф, при этом количество нейтронов и гамма-квантов деления примерно считаем одинаковым. Соответствую- щие статистические ошибки равны δN и δN при одинаковом времени измерения фона и эффекта + фон. Если N/Nф ≈ 1, то при регистрации гамма-квантов ошибка уменьшается в / ≈ 1,5 раза. Примерно во столько же раз вырастет точность определения параметра
Требование длительности импульса излучения 5-50 нс определяет конструктивные особенности ускорителя, которые, однако, можно реализовать. Применяют линейный резонансный ускоритель ионов водорода, работающий в пакетно-импульсном режиме: длительность ВЧ-импульсов в резонаторах 100-300 мкс, частота повторения 1-10 Гц. Необходимая длительность коротких импульсов (5-50 нс) выходящего пучка создается путем модуляции пучка в источнике в пределах каждого ВЧ-импульса, при этом короткие импульсы пучка повторяются с интервалом 1-2 мкс. Такой режим позволяет создать, например, за 1 с 103 импульсов пучка. Если принять, что ток в импульсе пучка порядка 10 мА, а для модуляции пучка необходимо напряжение 1-10 кВ, то импульсная мощность модулятора пучка составляет не более 100 Вт при средней мощности 100 мВт.The true number of gamma rays after the accelerator pulse N is found as the difference of the effect + background and background N f , i.e. N (N + N f ) N f . In the case of neutrons, N (N + 3 N f ) 3N f , while the number of neutrons and fission gamma rays is approximately assumed to be the same. The corresponding statistical errors are δN and δN at the same time for measuring the background and effect + background. If N / N f ≈ 1, then when registering gamma rays, the error decreases in / ≈ 1.5 times. The accuracy of parameter determination will increase by approximately the same amount
The requirement of a radiation pulse duration of 5-50 ns determines the design features of the accelerator, which, however, can be implemented. Apply a linear resonant accelerator of hydrogen ions operating in a burst-pulse mode: the duration of the RF pulses in the resonators is 100-300 μs, the repetition frequency is 1-10 Hz. The necessary duration of short pulses (5-50 ns) of the output beam is created by modulating the beam in the source within each RF pulse, while short beam pulses are repeated with an interval of 1-2 μs. This mode allows you to create, for example, for 1 with 10 3 pulses of the beam. If we assume that the current in the beam pulse is of the order of 10 mA, and a voltage of 1-10 kV is required for modulating the beam, then the pulse power of the beam modulator is not more than 100 W with an average power of 100 mW.
Характерное время квантования для временного анализатора 3-15 нс, разрешенное время обращения к памяти ЭВМ 5˙ 102-103 нс, что относительно легко реализуется на элементах современной электроники.The characteristic quantization time for the time analyzer is 3-15 ns, the allowed access time to the computer memory is 5˙10 2 -10 3 ns, which is relatively easy to implement on the elements of modern electronics.
Детектор гамма-квантов представляет собой, например, блок сцинтиллирующей пластмассы, просматриваемый временным ФЭУ, длительность импульса порядка 1-3 нс. The gamma-ray detector is, for example, a block of scintillating plastic, viewed by a temporary PMT, the pulse duration of the order of 1-3 ns.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение точности измеряемых параметров по крайней мере в 1,5 раза. Thus, the proposed technical solution provides an increase in the accuracy of the measured parameters by at least 1.5 times.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904850201A RU1766196C (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Method of determination of nuclear-physical parameters of assembly containing fissionable substance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904850201A RU1766196C (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Method of determination of nuclear-physical parameters of assembly containing fissionable substance |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1766196C true RU1766196C (en) | 1995-09-27 |
Family
ID=30441876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904850201A RU1766196C (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Method of determination of nuclear-physical parameters of assembly containing fissionable substance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1766196C (en) |
-
1990
- 1990-07-10 RU SU904850201A patent/RU1766196C/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Bergstrom A. t.a. Determination of neutron li Fetimes and reactivities in the Fast critical FR-O assembly.//Pulsed neutron research. Proc. Symp. Pulsed Neutron Res. Held by the IAEA at Karlsruhe 10-14 May 1965. Vol. II P.357. * |
Paterson W.I. e.a. Some measurements of fast reactor spectra by the time of - Flight technique using a pulsed neutron source.//Pulsed neutron research. Proc. Symp. Pulsed Neutron Res. Held by the IAEA at karlsruhe 10-14 May 1965. Vol. II, p.417. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bodek et al. | Experimental studies of the neutron and proton electromagnetic structure functions | |
Batty et al. | Measurement of kaonic and pionic X-rays from liquid helium | |
Bishop et al. | The energy dependence of the fissionability of neptunium isotopes and the level density of highly deformed nuclei | |
Hitlin et al. | Muonic atoms. i. dynamic hyperfine structure in the spectra of deformed nuclei | |
Tochilin et al. | Neutron beam characteristics from the University of California 60 in. cyclotron | |
Bowman et al. | Photodisintegration of U 235 | |
Makino et al. | Total reaction cross sections for 29 MeV protons | |
McKeown et al. | Beta-alpha angular correlations in mass 8 | |
Aschenbrenner | Low-Energy Protons from Targets Bombarded by 15-Mev Deuterons | |
Caldwell et al. | Experimental determination of photofission neutron multiplicities for eight isotopes in the mass range 232≤ A≤ 239 | |
CN109632837B (en) | Automatic time calibration method accompanied with particle neutron detection | |
Dzhilavyan et al. | Delayed Neutrons from the Photofission of 238 U at E γ max≈ 10 MeV in the Intervals between Pulses of Irradiation | |
RU1766196C (en) | Method of determination of nuclear-physical parameters of assembly containing fissionable substance | |
Brolley Jr et al. | The Angular Distribution of the Products of the T (d, n) He 4 Reaction | |
Sandifer et al. | Measurement of linac thick-target bremsstrahlung spectra using a large NaI scintillation spectrometer | |
Heidbrink | Tokamak diagnostics using fusion products | |
EP0042099A2 (en) | Self-regulating neutron coincidence counter | |
Honecker et al. | Neutron-neutron coincidence spectra from the 2H (n, 2n) 1H reaction at 14.1 MeV | |
Khan et al. | Cross section for the reaction 16O (γ, n0) 15O at giant resonance energies | |
Griffiths | Gamma rays from a 32 isospin level in 9Be | |
RU2130653C1 (en) | Method for determining nuclear physics parameters and elementary composition of fuel assembly containing fissionable material | |
Wakabayashi et al. | Some new applications of neutron slowing down time spectrometry | |
Krick et al. | The 16O (3He, n) 18Ne double-stripping reaction | |
Bond et al. | The polarization of MeV neutrons elastically scattered from 4He | |
Mcelroy Jr et al. | A Self-Irradiation Correction for the Hybrid K-Edge Densitometer |