RU2065181C1 - Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов - Google Patents
Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065181C1 RU2065181C1 RU94010909A RU94010909A RU2065181C1 RU 2065181 C1 RU2065181 C1 RU 2065181C1 RU 94010909 A RU94010909 A RU 94010909A RU 94010909 A RU94010909 A RU 94010909A RU 2065181 C1 RU2065181 C1 RU 2065181C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystal
- neutrons
- neutron
- thermonuclear
- fluence
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: в технике измерения параметров ионизирующих излучений, в частности при радиационных исследованиях на генераторах термоядерных нейтронов, для повышения точности измерений оперативности получения конечных результатов, а также для упрощения процесса измерений. Сущность изобретения: с помощью сцинтилляционного спектрометра с органическим кристаллом измеряют аппаратурные спектры без разделения нейтронного и гамма-излучений при размещении кристалла под углами по отношению к направлению на источник, соответствующими максимальному и минимальному значениям эффекта угловой анизотропии световыхода кристалла. При этом дискриминируют все сигналы с амплитудами меньшими, чем от протонов отдачи с максимальной энергией Ер = 14 МэВ. Флюенс термоядерных нейтронов определяют из математического выражения, основанного на поканальном суммировании разности полученных аппаратурных спектров. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерения параметров ионизирующих излучений и может быть использовано при радиационных исследованиях с применением источников термоядерных нейтронов нейтронных генераторов.
Известен широкий набор способов регистрации нейтронов различных энергий, которые используют в том числе и для измерения флюенса нейтронов с Еn 14 МэВ. К ним относятся, например, применение пропорциональных счетчиков, камер деления [1] всеволнового счетчика Мак-Киббена [2] и др.
Недостатки способов низкая точность измерения нейтронов с энергией Еn 14 МэВ из-за чувствительности к нейтронам других энергий и сопутствующему гамма-излучению. Поэтому их использование для решения ряда задач, например для мониторирования выхода генераторов термоядерных нейтронов в условиях размещения вокруг мишенного блока разнотипных исследуемых объектов, практически невозможно.
Очевидно, что наиболее точным способом измерения флюенса термоядерных нейтронов является такой, при котором на фоне сопутствующего гамма-излучения выявляется пик нейтронов с энергией Еn 14 МэВ и регистрируется число нейтронов в этом пике.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному способу является способ, в котором используется сцинтилляционный спектрометр с органическим кристаллом [3] Суть известного способа заключается в следующем.
При упругом рассеянии нейтронов и гамма-квантов в органическом кристалле возникают протоны отдачи и электроны соответственно, которые в свою очередь вызывают в веществе детектора сцинтилляции световые вспышки, амплитуда которых однозначно связана с энергиями протонов и электронов. Световая вспышка преобразуется с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЗУ) в электрический импульс, который усиливается и регистрируется затем многоканальным амплитудным анализатором. Существуют специфические особенности световой вспышки, вызванной протоном или электроном, используя которые разделяют нейтронную и гамма-компоненту излучения. В многоканальном амплитудном анализаторе получают аппаратурные спектры нейтронного и гамма-излучений. Затем, используя достаточно сложные математические методы обработки, из аппаратурных спектров восстанавливают нейтронные и гамма-спектры. По площади пика нейтронов с энергией Еn 14 МэВ определяют флюенс термоядерных нейтронов в месте размещения детектора.
Недостатком этого способа является использование сложной математической обработки для восстановления нейтронного и гамма-спектров, что понижает точность измерений и оперативность получения конечных результатов. Кроме того, многоканальный амплитудный анализатор имеет ограничение по интенсивности загрузки. В данном способе интенсивность загрузки в основном определяется сигналами, вызванными нейтронами более низких энергий, поэтому часть аппаратурного спектра, соответствующая нейтронам с энергией Еn 14 МэВ, имеет малую статистику, что также понижает точность конечных результатов и значительно увеличивает время, необходимое для проведения измерений.
Изобретение направлено на повышение точности и оперативности получения конечных результатов, упрощение процесса измерений.
Технический результат достигается тем, что измеряют аппаратурные спектры без разделения нейтронного и гамма-излучений при размещении кристалла под углами по отношению к направлению на источник, соответствующими максимальному и минимальному значениям эффекта угловой анизотропии световыхода кристалла, дискриминируют при этом все сигналы с амплитудами меньшими, чем от протонов отдачи с максимальной энергией Ер 14 МэВ, а флюенс термоядерных нейтронов определяют из выражения:
где φ флюенс термоядерных нейтронов;
к постоянный коэффициент, зависящий от геометрии размещения, размеров и анизотропных свойств кристалла, определяется при калибровке спектрометра;
N , N - аппаратурные спектры при размещении кристалла под углами по отношению к направлению на источник, соответствующими максимальному и минимальному значениям эффекта угловой анизотропии световыхода кристалла;
i номер канала анализатора;
iпор номер канала анализатора, соответствующий порогу дискриминации.
где φ флюенс термоядерных нейтронов;
к постоянный коэффициент, зависящий от геометрии размещения, размеров и анизотропных свойств кристалла, определяется при калибровке спектрометра;
N
i номер канала анализатора;
iпор номер канала анализатора, соответствующий порогу дискриминации.
Cущность способа поясняется чертежом.
На чертеже представлены аппаратурные спектры исходящего гамма-нейтронного излучения, измеренного с помощью сцинтилляционного спектрометра вблизи мишенного блока генератора термоядерных нейтронов. Кривая 1 соответствует размещению кристалла под углом 90 o, а кривая 2 под углом 0o по отношению направлению на источник. При этом измерения проводятся за одно и тоже время и на одинаковом уровне мощности. Различие хода кривых объясняется эффектом угловой анизотропии световыхода кристалла зависимостью световыхода от угла движения ионизирующих частиц в кристалле относительно главной оси. Этот эффект для нейтронов в области энергии Еn 14 МэВ составляет 18.20%
Для сцинтилляционного спектрометра эффект угловой анизотропии носит характер изменения амплитуды импульсов на аноде ФЗУ, а следовательно, и коэффициента усиления. Поскольку интенсивность излучения в обоих случаях одинакова, то очевидно, что площади под кривыми 1 и 2 будут равны. Выбирают порог дискриминации таким образом, чтобы выделить импульсы, соответствующие протонам отдачи с максимальной энергией Eр 14 МэВ (на фиг.1 справа от точки А). В этом случае загрузка регистрирующей аппаратуры анализатора будет вызвана только сигналами от нейтронов с энергией Еn 14 МэВ. Вычитая аппаратурный спектр Nmin при размещении кристалла под углом 0o (эффект угловой анизотропии кристалла минимальный) из аппаратурного спектра Nmax при размещении кристалла под углом 90 o (эффект угловой анизотропии кристалла максимальный) по отношению к направлению на источник соответственно получают колоколообразный пик, площадь которого пропорциональна флюенсу термоядерных нейтронов. На чертеже она заштрихована. Коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии размещения, размеров и анизотропных свойств кристалла, определяют при градуировке спектрометра.
Для сцинтилляционного спектрометра эффект угловой анизотропии носит характер изменения амплитуды импульсов на аноде ФЗУ, а следовательно, и коэффициента усиления. Поскольку интенсивность излучения в обоих случаях одинакова, то очевидно, что площади под кривыми 1 и 2 будут равны. Выбирают порог дискриминации таким образом, чтобы выделить импульсы, соответствующие протонам отдачи с максимальной энергией Eр 14 МэВ (на фиг.1 справа от точки А). В этом случае загрузка регистрирующей аппаратуры анализатора будет вызвана только сигналами от нейтронов с энергией Еn 14 МэВ. Вычитая аппаратурный спектр Nmin при размещении кристалла под углом 0o (эффект угловой анизотропии кристалла минимальный) из аппаратурного спектра Nmax при размещении кристалла под углом 90 o (эффект угловой анизотропии кристалла максимальный) по отношению к направлению на источник соответственно получают колоколообразный пик, площадь которого пропорциональна флюенсу термоядерных нейтронов. На чертеже она заштрихована. Коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии размещения, размеров и анизотропных свойств кристалла, определяют при градуировке спектрометра.
Возможность использования аппаратурных спектров без разделения нейтронной и гамма-компонент излучений объясняется следующим. Поскольку при мониторировании выхода термоядерных нейтронов спектрометр размещают вблизи от источника и доля гамма-квантов, от которых амплитуда импульса сравнима с амплитудой импульса от нейтронов с энергией Еn 14 МэВ, в суммарном спектре невелика и составляет менее 10% а эффект угловой анизотропии от гамма-квантов составляет 1.3% то гамма-компонентой излучений в области, лежащей выше порога дискриминации (правее т.А), можно пренебречь.
Данный способ позволяет:
исключить операции разделения нейтронной и гамма-компонент излучений и формирования управляющего сигнала, тем самым упростить процесс измерения;
увеличить загрузку регистрирующей аппаратуры анализатора по нейтронам с энергией Еn 14 МэВ, тем самым уменьшить время набора аппаратурных спектров и повысить точность измерения за счет уменьшения статистической составляющей погрешности конечных результатов;
исключить математическую обработку аппаратурных спектров, тем самым по совокупности с п.2 повысить точность измерений и оперативность конечных результатов.
исключить операции разделения нейтронной и гамма-компонент излучений и формирования управляющего сигнала, тем самым упростить процесс измерения;
увеличить загрузку регистрирующей аппаратуры анализатора по нейтронам с энергией Еn 14 МэВ, тем самым уменьшить время набора аппаратурных спектров и повысить точность измерения за счет уменьшения статистической составляющей погрешности конечных результатов;
исключить математическую обработку аппаратурных спектров, тем самым по совокупности с п.2 повысить точность измерений и оперативность конечных результатов.
Cпособ осуществляется следующим образом. C помощью сцинтилляционного спектрометра, состоящего, например, из монокристалла стильбена размером 40х40 мм, ФЭУ-93 и многоканального амплитудного анализатора АИ-1024-95, измеряют аппаратурный спектр при размещении кристалла под углом 0o по отношению к направлению на источник. При этом выставляют уровень дискриминации такой, чтобы загрузка анализатора производилась сигналами с амплитудами, соответствующими протонам отдачи с максимальной энергией Eр=14 МэВ (окончание плато аппаратурного спектра). Затем за тоже время и при том же уровне дискриминации измеряют аппаратурный спектр при размещении кристалла под углом 90 o по отношению к направлению на источник. Используя выражение (1), определяют флюенс термоядерных нейтронов. Коэффициент пропорциональности (к), используемый в выражении (1), определяют перед началом измерений в процессе калибровки спектрометра для конкретного его месторасположения.
Claims (1)
- Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов, основанный на регистрации нейтронов и сопутствующего гамма-излучения с помощью сцинтилляционного спектрометра с органическим кристаллом, получении сигналов в виде импульсов тока с амплитудой, пропорциональной энергии нейтронов и гамма-квантов, дискриминации импульсов с амплитудами, пропорциональными более низким энергиям нейтронов и гамма-квантов, отличающийся тем, что измеряют аппаратурные спектры без разделения нейтронного и гамма-излучений при размещении кристалла под углами по отношению к направлению на источник, соответствующими максимальному и минимальному значениям эффекта угловой анизотропии световыхода кристалла, дискриминируют при этом все сигналы с амплитудами меньшими, чем от протонов отдачи с максимальной энергией Ер=14 МэВ, а флюенс термоядерных нейтронов определяют из выражения
где Ф флюенс термоядерных нейтронов;
К постоянный коэффициент, зависящий от геометрии размещения, размеров и анизотропных свойств кристалла, определяется при калибровке спектрометра;
N
i номер канала анализатора,
iп о р номер канала анализатора, соответствующий порогу дискриминации.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94010909A RU2065181C1 (ru) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94010909A RU2065181C1 (ru) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2065181C1 true RU2065181C1 (ru) | 1996-08-10 |
RU94010909A RU94010909A (ru) | 1997-05-10 |
Family
ID=20154083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94010909A RU2065181C1 (ru) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2065181C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701189C1 (ru) * | 2019-01-21 | 2019-09-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ определения величины выхода термоядерных нейтронов импульсного источника |
-
1994
- 1994-03-29 RU RU94010909A patent/RU2065181C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1.Л.С.Горн, Б.И.Хазанов. Избирательные радиометры. М.: Атомиздат, 1975, с.301-358. 2. А.И.Абрамов, Ю.А.Казанский, Е.С.Матусевич. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М.: Атомиздат, 1970, с.157. 3. Ю.И.Колеватов, В.П.Семенов, Л.А.Трыков. Спектрометрия нейтронов и гамма-излучения в радиационной физике, М.: Энергоатомиздат, 1990, с.128-174. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701189C1 (ru) * | 2019-01-21 | 2019-09-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ определения величины выхода термоядерных нейтронов импульсного источника |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94010909A (ru) | 1997-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4217496A (en) | Portable instrument for measuring neutron energy spectra and neutron dose in a mixed n-γ field | |
US3124679A (en) | Nuclear determination of | |
US4217497A (en) | Portable instrument for measuring neutron energy spectra and neutron dose in a mixed n-γ field | |
US4075480A (en) | Quench determination in liquid scintillation counting systems | |
Berick et al. | Elastic Scattering of 14-MeV Neutrons by Deuterons | |
Halpern et al. | A Neutron Detection System for Use with Pulsed Accelerators | |
RU2065181C1 (ru) | Способ измерения флюенса термоядерных нейтронов | |
Miller et al. | Application of fast neutron spectroscopy/radiography to airport security | |
Halbert | Fluorescent response of CsI (Tl) to energetic nitrogen ions | |
RU2701189C1 (ru) | Способ определения величины выхода термоядерных нейтронов импульсного источника | |
US4060728A (en) | Method of measuring the disintegration rate of beta-emitting radionuclide in a liquid sample | |
RU2073888C1 (ru) | Устройство для измерения потока термоядерных нейтронов | |
JPH0392790A (ja) | シンチレーションパルス波高データの組合わせ方法および装置 | |
Hewitt et al. | A facility for photoneutron angular distribution measurements with high neutron energy resolution | |
Nilsson et al. | Array detectors and extended source used in a double focusing beta spectrometer | |
US3499151A (en) | Apparatus for eliminating the effects of noise in the determination of neutron reactivity | |
Woodring et al. | Fast neutron induced fission neutron spectra below the incident energy | |
Miller | Drug and tobacco detection using neutron transmission/attenuation | |
Clapp et al. | Noncontacting thickness gauge using beta rays | |
RU1762642C (ru) | Способ нормировки спектров нейтронов | |
US4066897A (en) | Chemical change measuring apparatus | |
Cvachovec et al. | Stilbene neutron spectrometer with spreading of a one parameter pulse shape discrimination dynamic range | |
Rubinshtein et al. | A Wide-Range Neutron, X-Ray, and Gamma-Ray Spectrometer | |
CN114740521A (zh) | 一种基于β-γ符合的探测系统及方法 | |
Okabe et al. | Energy Monitor for Electron Beams |