RU2351953C1 - Method of registering neutrons in presence of gamma radiation - Google Patents

Method of registering neutrons in presence of gamma radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2351953C1
RU2351953C1 RU2007134459/28A RU2007134459A RU2351953C1 RU 2351953 C1 RU2351953 C1 RU 2351953C1 RU 2007134459/28 A RU2007134459/28 A RU 2007134459/28A RU 2007134459 A RU2007134459 A RU 2007134459A RU 2351953 C1 RU2351953 C1 RU 2351953C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gamma radiation
current
neutron
detector
radiation
Prior art date
Application number
RU2007134459/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Гаврилович Даренских (RU)
Олег Гаврилович Даренских
Игорь Алексеевич Симонов (RU)
Игорь Алексеевич Симонов
Владимир Петрович Андронов (RU)
Владимир Петрович Андронов
Original Assignee
ФГУП "Производственное объединение "Маяк"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФГУП "Производственное объединение "Маяк" filed Critical ФГУП "Производственное объединение "Маяк"
Priority to RU2007134459/28A priority Critical patent/RU2351953C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2351953C1 publication Critical patent/RU2351953C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: gamma radiation is constantly checked using neutron detector. Thus measuring of the direct current Iγ arising in the neutron detector under influence of gamma radiation is carried out. The following values are used: for determination and installation of such threshold of discrimination which provides peak efficiency of the detector at the power of exposition dose of gamma radiation which are taking place in current cycle of measuring. For determination of a degree of decrease in the relative efficiency of the detector under influence of gamma radiation and its reduction to greatest possible; for determination of exposition dose power of gamma radiation.
EFFECT: expansion of functionality.
2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области регистрации ядерных излучений, а более конкретно к способам измерений плотности потока нейтронов (ППН) в присутствии других видов излучений, преимущественно жесткого гамма-излучения (ГИ), и может быть использовано во всех отраслях промышленности, связанных с делящимися материалами, для определения других, производных от ППН параметров, и обеспечения ядерной безопасности. Например, на предприятиях по переработке облученного ядерного топлива (ОЯТ), на которых широко используются приборы нейтронного контроля, - для определения концентрации и массы плутония; накопления и распределения плутония в оборудовании, выгорания ОЯТ; уровня растворов и твердых компонентов в специальных аппаратах, где нельзя применить другие методы измерения уровня; в нейтронной абсорбциометрии; в нейтронных методах контроля с использованием внешних источников излучений.The invention relates to the field of registration of nuclear radiation, and more specifically to methods of measuring the neutron flux density (PPN) in the presence of other types of radiation, mainly hard gamma radiation (GI), and can be used in all industries related to fissile materials determination of other parameters derived from PPN, and ensuring nuclear safety. For example, at facilities for the processing of irradiated nuclear fuel (SNF), which are widely used neutron control devices, to determine the concentration and mass of plutonium; accumulation and distribution of plutonium in equipment, SNF burnout; level of solutions and solid components in special apparatuses where other methods of level measurement cannot be applied; in neutron absorptiometry; in neutron control methods using external radiation sources.

Классический способ регистрации ППН, применяемый с несущественными вариациями во всем мире, реализуется приборами, построение которых иллюстрируется функциональной блок-схемой на фиг.1. Подобная блок-схема приведена, например, в [Дуглас Райлли, Норберт Эсслин, Хэйстингс Смит, мл. и Сара Крайнер. Пассивный неразрушающий анализ ядерных материалов: Пер. с англ. - М.: ЗАО "Издательство Бином", 2000, - стр.409]. На ней, в отличие от схемы на фиг.1, нет источника высокого напряжения детектора. Но без него невозможно функционирование детектора. И о том, что такой источник подразумевается, свидетельствуют приведенные в той же книге блок-схемы включения газонаполненных детекторов (стр.42, 378), в которых источник высокого напряжения показан.The classical method of registration of PPN, used with minor variations throughout the world, is implemented by devices, the construction of which is illustrated by the functional block diagram in figure 1. A similar block diagram is given, for example, in [Douglas Reilly, Norbert Esslin, Hastings Smith, Jr. and Sarah Krainer. Passive non-destructive analysis of nuclear materials: Per. from English - M.: Publishing House Binom CJSC, 2000, p. 409]. On it, unlike the circuit in figure 1, there is no source of high voltage detector. But without it, the functioning of the detector is impossible. And the fact that such a source is implied is indicated in the same book of the block diagram for switching on gas-filled detectors (p. 42, 378), in which a high-voltage source is shown.

Резистор R, устанавливаемый между источником высокого напряжения и детектором, называется нагрузочным и согласующим. Он обеспечивает согласование между низким выходным сопротивлением источника высокого напряжения и высоким внутренним сопротивлением детектора.The resistor R, installed between the high voltage source and the detector, is called load and matching. It provides a match between the low output impedance of the high voltage source and the high internal resistance of the detector.

Амплитуда импульсов, поступающих от детектора нейтронов, недостаточна для проведения над ними измерительных действий, поэтому необходимо их усиление. Эту функцию выполняют предусилитель и усилитель.The amplitude of the pulses from the neutron detector is not enough to carry out measurement actions on them, therefore, their amplification is necessary. This function is performed by the preamplifier and amplifier.

Функциональное назначение интегрального дискриминатора - пропускать только импульсы, образованные нейтронами, и отсекать шумы аппаратуры, электрические помехи и импульсы, образованные другими видами излучений. Импульсы на выходе дискриминатора для удобства их последующей регистрации нормируются по амплитуде и длительности.The functional purpose of the integrated discriminator is to pass only pulses generated by neutrons and cut off the noise of the equipment, electrical noise and pulses generated by other types of radiation. The pulses at the discriminator output are normalized by amplitude and duration for the convenience of their subsequent registration.

Назначение пересчетного устройства - за заданное таймером время регистрировать количество импульсов, поступающих после дискриминатора, и определять таким образом скорость счета нейтронов (ССН), по которой затем, с учетом чувствительности детектора и порога дискриминации, определяют ППН в месте измерения.The purpose of the recounting device is to record the number of pulses arriving after the discriminator in a time specified by the timer, and thus determine the neutron count rate (CCH), which then, taking into account the sensitivity of the detector and the discrimination threshold, determine the PPI at the measurement site.

Для осуществления классического способа регистрации нейтронов с помощью описанной схемы требуются обязательные процедуры, такие как установка значения высокого напряжения в соответствии с типом детектора и режимом его работы (например, пропорционального режима или режима коронного разряда), обеспечивающего максимальную эффективность детектора, установка порога дискриминации, обеспечивающего регистрацию только нейтронных импульсов, установка в таймере времени набора импульсов в соответствии с заданной статистической погрешностью.To implement the classical method of detecting neutrons using the described scheme, mandatory procedures are required, such as setting a high voltage value in accordance with the type of detector and its mode of operation (for example, proportional mode or corona discharge mode), providing maximum detector efficiency, setting a discrimination threshold that provides registration of neutron pulses only, setting in the timer of a set of pulses in accordance with a given statistical error .

Гамма-излучение является серьезным препятствием для регистрации нейтронов при измерениях ОЯТ, а также при контроле технологических параметров по нейтронному излучению растворов с ОЯТ, так как отношение числа гамма-квантов к числу нейтронов может достигать 1012, и чувствительность детектора к гамма-излучению зачастую становится определяющим фактором.Gamma radiation is a serious obstacle to the detection of neutrons in measurements of SNF, as well as in monitoring technological parameters for neutron radiation of solutions with SNF, since the ratio of the number of gamma rays to the number of neutrons can reach 10 12 , and the sensitivity of the detector to gamma radiation often becomes determining factor.

Влияние ГИ на ССН является следствием двух основных процессов, происходящих в детекторе под действием ГИ.The effect of GI on SSN is a consequence of two main processes that occur in the detector under the influence of GI.

Первый - образование ложных импульсов большой амплитуды, сравнимых по амплитуде с импульсами от нейтронов, за счет многократных гамма-гамма наложений. Поэтому, чтобы избавиться от их регистрации, устанавливают порог дискриминации несколько выше амплитуды импульсов от ГИ.The first is the formation of spurious pulses of large amplitude, comparable in amplitude to pulses from neutrons, due to multiple gamma-gamma overlays. Therefore, in order to get rid of their registration, a discrimination threshold is set slightly higher than the pulse amplitude from the GI.

Второй процесс - падение коэффициента газового усиления под действием ГИ.The second process is a drop in the gas gain under the action of GI.

Если порог дискриминации всегда устанавливается не ниже амплитуды импульсов от ГИ, оба этих процесса приводят к уменьшению ССН, т.е. к уменьшению относительной эффективности η (η определяется, как отношение ССН при данном пороге дискриминации UД к ССН при пороге дискриминации UД0 в отсутствие гамма-излучения). В первом случае это происходит за счет повышения порога дискриминации, когда не регистрируются нейтронные импульсы, амплитуда которых ниже установленного порога, а во втором - за счет уменьшения амплитуды нейтронных импульсов [В.В.Фролов. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ.- М.: Энергоатомиздат, 1989, - стр.67], [Дуглас Райлли, Норберт Эсслин, Хэйстингс Смит, мл. и Сара Крайнер. Пассивный неразрушающий анализ ядерных материалов… - стр.382-383], [А.И.Докучаев, ПТЭ, 1959, №6, стр.43].If the discrimination threshold is always set no lower than the amplitude of the pulses from the GI, both of these processes lead to a decrease in the SSH, i.e. to a decrease in the relative efficiency η (η is defined as the ratio of CCH at a given discrimination threshold U D to CCH at a discrimination threshold U D0 in the absence of gamma radiation). In the first case, this occurs due to an increase in the discrimination threshold, when neutron pulses whose amplitude is lower than the set threshold are not recorded, and in the second, due to a decrease in the amplitude of neutron pulses [V.V. Frolov. Nuclear-physical methods for controlling fissile substances. - M.: Energoatomizdat, 1989, p. 67], [Douglas Reilly, Norbert Esslin, Hastings Smith, Jr. and Sarah Krainer. Passive non-destructive analysis of nuclear materials ... - p. 382-383], [A.I. Dokuchaev, PTE, 1959, No. 6, p. 43].

При реализации рассмотренного способа регистрации нейтронов в присутствии ГИ, применяют различные приемы для защиты от него или уменьшения его отрицательного влияния.When implementing the considered method for detecting neutrons in the presence of HI, various techniques are used to protect against it or reduce its negative impact.

Первый прием - защита от действия ГИ путем экранирования детектора свинцом.The first trick is to protect against the action of GI by shielding the detector with lead.

Но он имеет недостатки. Для толстых (более 5 см) свинцовых экранов уменьшение эффективности регистрации нейтронов за счет увеличения расстояния между источником и счетчиком существенно превышает экспоненциальный фактор ослабления. Помимо этого, применение толстых свинцовых экранов нетехнологично, а в некоторых задачах ядерно-физического контроля противоречит условиям их успешного решения [В.В.Фролов. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, - стр.71]. В подавляющем большинстве случаев экран достаточной толщины нельзя разместить внутри контролируемой среды. Детектор приходится выносить за ее пределы, что, с одной стороны, не всегда возможно, а с другой, - приводит к потере чувствительности даже при использовании отражателя нейтронов. К тому же возможно нарушение избирательности к объекту контроля. Например, при выносе детектора за пределы контролируемой ступени экстракционного аппарата, он начинает регистрировать нейтронное излучение от других, рядом расположенных ступеней.But it has flaws. For thick (more than 5 cm) lead screens, the decrease in the neutron detection efficiency due to an increase in the distance between the source and counter significantly exceeds the exponential attenuation factor. In addition, the use of thick lead screens is not technologically advanced, and in some tasks of nuclear physical control it contradicts the conditions for their successful solution [V.V. Frolov. Nuclear-physical methods for controlling fissile substances. - M .: Energoatomizdat, 1989, - p. 71]. In the vast majority of cases, a screen of sufficient thickness cannot be placed inside the controlled environment. The detector has to be moved beyond its limits, which, on the one hand, is not always possible, and on the other, leads to loss of sensitivity even when using a neutron reflector. In addition, a violation of selectivity to the object of control is possible. For example, when the detector is moved outside the controlled stage of the extraction apparatus, it begins to register neutron radiation from other nearby stages.

Второй прием - вместо детекторов нейтронов, обладающих высокой эффективностью, но имеющих низкую помехоустойчивость к ГИ, устанавливают детекторы, менее эффективные, но более помехоустойчивые к ГИ.The second method is that instead of neutron detectors with high efficiency but low noise immunity to GI, detectors are installed that are less efficient but more noise immunity to GI.

Недостаток такого подхода в том, что, хотя он и обеспечивает соблюдение ядерной безопасности за счет регистрации превышения заданных норм, но из-за низкой эффективности детектора часто не позволяет осуществлять текущий контроль за ходом технологического процесса. Это происходит, когда, например, вместо гелиевых счетчиков СНМ-18 используют сопоставимые по длине борные счетчики СНМ-11, помехоустойчивость которых к ГИ в 100 раз выше, но эффективность в 10 раз ниже, чем у СНМ-18. Этот прием не спасает и от возможных залповых выбросов гамма-излучателей. По крайней мере, требуется постоянное параллельное измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) ГИ в месте размещения детектора нейтронов. Это не только удорожает контроль, чаще всего просто невозможно разместить вместе детекторы нейтронов и ГИ.The disadvantage of this approach is that, although it ensures compliance with nuclear safety by registering excesses of specified standards, it often does not allow the detector to monitor the progress of the process due to the low efficiency of the detector. This happens when, for example, instead of the SNM-18 helium counters, SNM-11 boron counters of comparable length are used, the noise immunity of which to the GI is 100 times higher, but the efficiency is 10 times lower than that of the SNM-18. This technique does not save from possible salvo emissions of gamma emitters. At the very least, constant parallel measurement of the exposure dose rate (ED) of the HI at the location of the neutron detector is required. This not only increases the cost of control, most often it is simply impossible to place neutron and GI detectors together.

Наиболее близким к заявляемому и принятым за прототип изобретения является способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения со всеми элементами классического способа и процедурами его осуществления, имеющий ту особенность, что, в условиях непостоянства МЭД ГИ, регистрация нейтронов проводится с постоянным порогом дискриминации, который должен быть несколько выше максимально возможной амплитуды импульсов от ГИ (UД>UДmax), соответствующей значению МЭДmax, выше которой амплитуда импульсов от ГИ перестает возрастать, что позволяет во всех случаях избавиться от ложных импульсов, возникающих за счет гамма-гамма наложений, и обеспечить тем самым регистрацию лишь нейтронных импульсов [А.И.Докучаев, ПТЭ, 1959, №6, стр.43].Closest to the claimed and adopted as a prototype of the invention is a method for detecting neutrons in the presence of gamma radiation with all the elements of the classical method and the procedures for its implementation, having the feature that, in the conditions of inconstancy of the MED GI, neutron registration is carried out with a constant threshold of discrimination, which should be somewhat higher than the maximum possible amplitude of the pulses from the GOP (U E> U Dmax) corresponding to the value DER max, above which the amplitude pulses from the GOP ceases to increase, allowing It is in all cases to avoid spurious pulses occurring due to gamma-gamma overlays, and thereby provide registration of a neutron pulses [A.I.Dokuchaev, PTE, 1959, 6, p.43].

Этот способ имеет недостатки. Во-первых, снижается относительная эффективность η, даже в тех случаях, когда МЭД ГИ << МЭДmax. Если при этом ССН остается еще достаточной для определения контролируемого параметра, то снижение η приводит лишь к возрастанию статистической погрешности, поскольку за заданное время будет набираться меньшее количество импульсов. Если же ССН изначально невелика, например, при контроле малых концентраций плутония, то снижение η может привести к недостатку чувствительности по отношению к контролируемому параметру и измерение его станет невозможным. Во-вторых, работа при максимальном пороге дискриминации может привести к нарушениям технологического процесса и ядерной безопасности, возможность которых следуют из рассмотрения следующей ситуации: измерения ППН проводятся при высоких значениях МЭД ГИ (МЭДn) но, как правило, не превышающих предельных значений МЭД ГИ (МЭДn np), установленных техническими условиями на детектор нейтронов; относительная эффективность η достаточна для осуществления контроля и его погрешность за счет колебаний коэффициента газового усиления не превышает допустимой; постоянный контроль за МЭД ГИ в месте расположения детектора нейтронов отсутствует. Измерения возможно проводить до тех пор, пока МЭДn не превышает МЭДn np. Но случаи превышения бывают. Они возникают, например, в конце кампании переработки ОЯТ при постепенном накоплении гамма-излучающих взвесей на границе раздела фаз (водной и органической) в экстракционных аппаратах и при образовании на их дне гамма-излучающих осадков. Не исключаются также и залповые (за время, в десятки раз меньшее, чем время обычного накопления) выбросы гамма-излучателей. Само по себе их появление и накопление не оказывают заметного отрицательного влияния на качество технологического процесса и его безопасность, так как водный и органический растворы в точках размещения детекторов нейтронов остаются "чистыми" (без гамма-излучателей). Но они нарушают работу нейтронных приборов, по которым ведется технологический контроль, - происходит падение коэффициента газового усиления счетчика, вызывая снижение ССН при неизменном значении контролируемого параметра, например, концентрации плутония. Появляется недопустимо высокая систематическая погрешность в сторону занижения, которая тем выше, чем больше превышение МЭДn над МЭДn np. Оператор, пытаясь "восстановить" текущее значение параметра, вызывает отклонение технологического процесса от нормы, не подозревая об этом, что, в свою очередь, может привести не только к браку, но и к опасному нарушению условий, обеспечивающих ядерную безопасность технологического процесса.This method has disadvantages. Firstly, the relative efficiency η decreases, even in cases when DER GI << DER max . If, in this case, the SSH is still sufficient to determine the controlled parameter, then a decrease in η leads only to an increase in the statistical error, since a smaller number of pulses will be accumulated in a given time. If CCH is initially small, for example, when controlling low concentrations of plutonium, then a decrease in η can lead to a lack of sensitivity with respect to the controlled parameter and its measurement will become impossible. Secondly, work at the maximum threshold of discrimination can lead to violations of the technological process and nuclear safety, the possibility of which follows from the consideration of the following situation: PPI measurements are carried out at high values of DER GI (DER n ) but, as a rule, do not exceed the limit values of DER GI (DER n np ) established by the specifications for the neutron detector; the relative efficiency η is sufficient for monitoring and its error due to fluctuations in the gas amplification coefficient does not exceed admissible; There is no constant monitoring of the EDM of the GI at the location of the neutron detector. Measurements can be carried out until DER n does not exceed DER n np . But there are cases of excess. They arise, for example, at the end of a spent nuclear fuel reprocessing campaign during the gradual accumulation of gamma-emitting suspensions at the interface (aqueous and organic) in extraction apparatuses and during the formation of gamma-emitting sediments at their bottom. Volley emissions (over a time ten times less than the usual accumulation time) of gamma-ray emitters are also not excluded. By themselves, their appearance and accumulation do not have a noticeable negative effect on the quality of the technological process and its safety, since aqueous and organic solutions at the points of placement of neutron detectors remain "clean" (without gamma emitters). But they disrupt the operation of neutron devices, which are under technological control, - there is a drop in the gas gain of the counter, causing a decrease in SSN at a constant value of the controlled parameter, for example, the concentration of plutonium. An unacceptably high systematic error appears in the direction of underestimation, which is the higher, the greater the excess of DER n over DER n np . The operator, trying to "restore" the current value of the parameter, causes the process to deviate from the norm without suspecting it, which, in turn, can lead not only to marriage, but also to a dangerous violation of the conditions ensuring the nuclear safety of the process.

Техническими задачами заявляемого способа являются:The technical objectives of the proposed method are:

- устранение отрицательных последствий, обусловленных действием ГИ, при регистрации нейтронного излучения за счет того, что при каждом измерении устанавливается порог дискриминации, соответствующий текущему значению МЭД ГИ, и учитывается степень падения коэффициента газового усиления под действием ГИ;- elimination of the negative consequences caused by the action of GI when registering neutron radiation due to the fact that with each measurement a discrimination threshold is set that corresponds to the current value of the GIE DER, and the degree of decrease in the gas gain under the action of GI is taken into account;

- расширение области применения детекторов нейтронов как путем использования их при значениях МЭД ГИ, значительно превышающих предельно допустимые, так и для измерений МЭД ГИ самими детекторами нейтронов.- expanding the scope of application of neutron detectors both by using them for GIE DER values significantly exceeding the maximum allowable ones, as well as for measuring GEM DER by neutron detectors themselves.

Поставленные задачи решаются следующим способом.The tasks are solved in the following way.

Проводят измерения постоянного тока Iγ, возникающего в детекторе нейтронов под действием ГИ. Значения этого тока при предварительной градуировке сопоставляют с независимо измеренными значениями МЭД ГИ, определяют степень деформации интегральных спектров импульсов детектора, вызываемой ГИ, и находят соответствующие зависимости, которые подробно рассмотрены ниже. Эти зависимости позволяют в дальнейшем, в ходе проведения текущих измерений, выбирать оптимальный режим регистрации нейтронных импульсов по результатам измерений тока Iγ и приводить полученную в условиях воздействия ГИ (Iγ>0) скорость счета нейтронов N, к значению скорости счета NI0, имеющую место в отсутствие ГИ (Iγ=0).Measure direct current I γ arising in the neutron detector under the influence of GI. The values of this current during preliminary calibration are compared with the independently measured values of the GEM DER, the degree of deformation of the integral spectra of the detector pulses caused by the GI is determined, and the corresponding dependencies are found, which are discussed in detail below. These dependences make it possible in the future, during ongoing measurements, to select the optimal neutron pulse registration mode based on the results of current measurements I γ and to bring the neutron count rate N obtained under the conditions of GI (I γ > 0) to the count rate N I0 , taking place in the absence of GI (I γ = 0).

Таким образом, постоянно измеряемый ток Iγ становится единственно правильным критерием количественной оценки отрицательного воздействия ГИ на эффективность регистрации нейтронов, т.е. степени ее снижения, происходящей за счет увеличения порога дискриминации (для отсечки импульсов от гамма-гамма наложений) и снижения коэффициента газового усиления, вызывающего деформацию интегрального спектра нейтронных импульсов. А количественная оценка позволяет, в свою очередь, компенсировать снижение эффективности путем восстановления исходного интегрального спектра, т.е. приводить, как сказано выше, зарегистрированную скорость счета N к значению NI0 и, как свидетельствуют опыты, применять детекторы нейтронов при МЭД ГИ, в десятки раз превышающих предельно допустимые значения, установленные для каждого типа детектора. Кроме того, только измерения тока Iγ позволяют обеспечить полную автоматизацию измерений, а также в любой точке нейтронного контроля получать информацию о другом важном технологическом параметре - мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, используя зависимость Iγ=f (МЭД ГИ).Thus, the continuously measured current I γ becomes the only valid criterion for the quantitative assessment of the negative impact of GI on the neutron detection efficiency, i.e. the degree of its reduction, which occurs due to an increase in the discrimination threshold (for cutting off pulses from gamma-gamma overlays) and a decrease in the gas gain coefficient, which causes deformation of the integral spectrum of neutron pulses. A quantitative assessment allows, in turn, to compensate for the decrease in efficiency by restoring the original integrated spectrum, i.e. to reduce, as mentioned above, the recorded counting rate N to the value N I0 and, as experiments show, to use neutron detectors in the ED of GI, tens of times higher than the maximum permissible values established for each type of detector. In addition, only current measurements I γ allow full automation of measurements, and also at any point in the neutron control to obtain information about another important technological parameter - the power of the exposure dose of gamma radiation using the dependence I γ = f (DER GI).

Ток Iγ можно определять, измеряя, например, падение напряжения на резисторе R, показанном на фиг.1.The current I γ can be determined by measuring, for example, the voltage drop across the resistor R, shown in figure 1.

Авторами экспериментально установлено, что наивысшей чувствительностью по току к ГИ счетчик обладает при напряжении питания UB, более высоком, чем для пропорционального режима UП, и меньшем, чем напряжение зажигания коронного разряда UK. При этом напряжении начальный ток в отсутствие ГИ остается мало значимым и им можно либо пренебречь, либо принять его за точку отсчета, а ток Iγ значительно выше (у счетчиков СНМ-16 и СИМ-18 в четыре раза), чем в пропорциональном режиме.The authors experimentally established that the meter has the highest sensitivity for current to the GI when the supply voltage U B is higher than for the proportional mode U P and less than the ignition voltage of the corona discharge U K. At this voltage, the initial current in the absence of GI remains of little significance and can either be neglected or taken as a reference point, and the current I γ is much higher (four times in the SNM-16 and SIM-18 counters) than in the proportional mode.

Поэтому в предлагаемом способе, для обеспечения максимальной эффективности, как при регистрации ССН, так и тока Iγ предлагается использовать тактовую процедуру измерений. В первом такте устанавливается напряжение питания счетчика UB<UП, при котором ток от воздействия ГИ пренебрежимо мал, и настраивали "нуль" схемы измерения тока. Во втором такте устанавливается напряжение питания счетчика UП<UB<UK, при котором обеспечивается максимальная эффективность регистрации тока Iγ, и производится его измерение. По найденной при предварительной градуировке зависимости порога дискриминации от тока Iγ, UД=f(Iγ), определяется и фиксируется его значение. В третьем такте устанавливается напряжение питания счетчика (UK - для коронного или UП - для пропорционального режимов), при котором следует регистрировать нейтронное излучение, измеряется ССН и осуществляется корректировка ее значения по найденной при предварительной градуировке зависимости относительной эффективности от тока Iγ, η=f(Iγ). При необходимости могут быть введены дополнительные такты с другими режимами работы, например, для осуществления диагностики регистрирующей аппаратуры по нерабочей ветви интегрального спектра импульсов.Therefore, in the proposed method, in order to ensure maximum efficiency, both when registering a CCH and current I γ, it is proposed to use a clock measurement procedure. In the first cycle, the counter supply voltage U B <U P is set , at which the current from the influence of the GI is negligible, and the current measurement circuit was set to zero. In the second step, the counter supply voltage U P <U B <U K is established , at which the maximum efficiency of current recording I γ is ensured, and its measurement is performed. According to the dependence of the discrimination threshold on the current I γ , U Д = f (I γ ), found during preliminary calibration, its value is determined and fixed. In the third step, the counter supply voltage is set (U K - for corona or U P - for proportional modes), at which neutron radiation should be recorded, CCH is measured and its value is adjusted by the dependence of the relative efficiency on the current I γ , η found upon preliminary calibration = f (I γ ). If necessary, additional clock cycles with other operating modes can be introduced, for example, for diagnosing recording equipment by a non-working branch of the integral pulse spectrum.

Упомянутые зависимости получены авторами для гелиевых счетчиков СНМ-16 и СНМ-18. Поскольку принципиально они друг от друга не отличаются (с учетом различия между самими счетчиками), то приводятся данные только по СНМ-16.The mentioned dependences were obtained by the authors for helium counters SNM-16 and SNM-18. Since, in principle, they do not differ from each other (taking into account the differences between the counters themselves), the data are only for SNM-16.

На фиг.2 приведена функциональная блок-схема классического способа регистрации ППН с включенной в нее схемой измерения тока Iγ, выполненной на основе дифференциального операционного усилителя.Figure 2 shows a functional block diagram of a classical method for recording PPN with a current measuring circuit I γ made on the basis of a differential operational amplifier.

На фиг.3 приведена зависимость Iγ=f (МЭД ГИ), полученная при UП<UB<UK. Эта зависимость, после обращения ее к виду МЭД ГИ=f(Iγ), позволяет определять МЭД ГИ.Figure 3 shows the dependence I γ = f (DER GI) obtained at U P <U B <U K. This dependence, after applying it to the form of DER GI = f (I γ ), allows you to determine the DER GI.

На фиг.4 представлены интегральные спектры импульсов (дискриминационные характеристики), полученные в смешанных полях нейтронного и гамма излучений в режиме стабильного коронного разряда. Данные измерений в отсутствие нейтронного источника при различных МЭД ГИ и соответствующих им значениях тока Iγ (нерабочие ветви - шумы короны и гамма-гамма наложений) показаны пунктиром. Данные измерений с нейтронным источником при постоянной плотности потока нейтронов и различных значениях Iγ (МЭД ГИ) показаны сплошными линиями. Характеристики наглядно отображают рассмотренный выше механизм действия ГИ: рост шумов от гамма-гамма наложений, сопровождающийся сдвигом нерабочей ветви и вызывающий необходимость увеличения порога дискриминации, достижение их максимума, а затем спад (обратный сдвиг нерабочей ветви) при повышенных значениях Iγ (МЭД ГИ); деформацию рабочих ветвей интегральных спектров за счет падения коэффициента газового усиления.Figure 4 presents the integral spectra of the pulses (discriminatory characteristics) obtained in the mixed fields of neutron and gamma radiation in a stable corona discharge mode. The measurement data in the absence of a neutron source at various GEM EDRs and the corresponding current values I γ (non-working branches — corona noises and gamma-gamma overlays) are shown by dashed lines. Measurement data with a neutron source at a constant neutron flux density and various values of I γ (DER GI) are shown by solid lines. The characteristics clearly reflect the mechanism of action of the GI considered above: an increase in noise from gamma-gamma overlays, accompanied by a shift in the non-working branch and causing the need to increase the discrimination threshold, reaching their maximum, and then a decline (reverse shift of the non-working branch) at increased values of I γ (DER MED) ; deformation of the working branches of the integrated spectra due to a decrease in the gas amplification coefficient.

Пороги дискриминации для каждого значения Iγ (МЭД ГИ) находили при скорости счета шумов (нерабочая ветвь, экстраполированная на ось дискриминации) NШ=1 с-1. Степень сдвига нерабочей ветви (уровня шумов короны и гамма-гамма наложений), построена в виде зависимости Кi=UДi/UД0=f(Iγ), приведенной на фиг.5, где UДi и UД0 - пороги дискриминации для NШ=1 с-1 соответственно при различных значениях Iγi (МЭД ГИ) и в отсутствие Iγ (МЭДГИ).The discrimination thresholds for each value of I γ (DER GI) were found at the noise counting rate (non-working branch extrapolated to the discrimination axis) N Ш = 1 s -1 . The degree of shift of the non-working branch (crown noise level and gamma-gamma overlays) is constructed in the form of the dependence К i = U Дi / U Д0 = f (I γ ) shown in Fig. 5, where U Дi and U Д0 are discrimination thresholds for N W = 1 s -1, respectively, for different values of I γi (DER GI) and in the absence of I γ (MEDGI).

При всех порогах дискриминации UДi по интегральным спектрам фиг.4 находили значения ССН - NДi и строили график изменения относительной эффективности счетчика под действием ГИ в виде зависимости и η=NДi/N0=f(Iγ). Этот график приведен на фиг.6. Он получен при использовании зависимости Кi=UДi/UД0=f(Iγ) и рассмотренной выше тактовой процедуры работы: установки "нуля" схемы измерения тока при UB<UП, в данном случае UB=1300 В; измерения тока Iγi при напряжении питания счетчика UП<UB<UK, в данном случае UB=1740 В, определения и фиксирования порога дискриминации UДi=Ki·UД0; фиксирования напряжения питания счетчика для измерения ССН, в данном случае UK=2000 В, и определения ССН. Важно отметить, что время установки "нуля" и измерения тока Iγi не превышает 10 с и практически не оказывает влияния на статистическую погрешность определения ССН, так как занимает не более 10% от общего времени измерения, которое, в зависимости значений ССН, колеблется в пределах от 100 до 1000 с.For all discrimination thresholds U Di from the integrated spectra of Fig. 4, we found the values of CCH - N Di and plotted the change in the relative efficiency of the counter under the influence of GI in the form of a dependence and η = N Di / N 0 = f (I γ ). This graph is shown in Fig.6. It was obtained using the dependence К i = U Дi / U Д0 = f (I γ ) and the clock procedure considered above: setting the current measurement circuit to "zero" at U B <U П , in this case U B = 1300 V; measuring the current I γi at the meter supply voltage U P <U B <U K , in this case U B = 1740 V, determining and fixing the discrimination threshold U Di = K i · U D0 ; fixing the meter supply voltage for measuring the CCH, in this case U K = 2000 V, and determining the CCH. It is important to note that the time of setting “zero” and measuring the current I γi does not exceed 10 s and practically does not affect the statistical error in determining the SSN, since it takes no more than 10% of the total measurement time, which, depending on the values of the SSN, fluctuates in limits from 100 to 1000 s.

Зависимость η=NДi/N0=f(Iγ) на фиг.6 свидетельствует о возможности использования счетчика при МЭД ГИ, значительно превышающей предельно допустимое значение. Работоспособность счетчика расширяется, по крайней мере, до 1000 Р/ч (в 20 раз выше установленного для счетчика СНМ-16 предельного значения - 50 Р/ч), несмотря на снижение эффективности, поскольку это снижение может быть скомпенсировано. Например, при МЭД ГИ, равной 1000 Р/ч, ток Iγ=1,2·10-6 А (зависимость на фиг.3) и The dependence η = N Di / N 0 = f (I γ ) in FIG. 6 indicates the possibility of using the counter for the DER DER, which significantly exceeds the maximum permissible value. The meter’s operability expands to at least 1000 R / h (20 times higher than the limit value set for the SNM-16 counter - 50 R / h), despite the decrease in efficiency, since this decrease can be compensated. For example, with a GEM EDR equal to 1000 R / h, the current I γ = 1.2 · 10 -6 A (dependence in Fig. 3) and

NДi=68 с-1 (ССН на фиг.4). Согласно графику на фиг.6, KN=NДi/N0=0,38, т.е. ССН при МЭД ГИ, равной = 1000 Р/ч, в 2,6 ниже по сравнению с максимально возможной (исходной), имеющей место в отсутствие гамма-излучения. Отсюда получаем исходную скорость счета нейтронов N0=2,6·NДi=177 с-1. Таким образом реализуется максимально возможная эффективность детектора при данной плотности потока нейтронов. Естественно, чтобы не увеличилась статистическая погрешность, необходимо пропорционально, т.е. в 2,6 раза, увеличить время измерения (набора суммарного количества импульсов).N Di = 68 s -1 (CCH in FIG. 4). According to the graph in FIG. 6, K N = N Di / N 0 = 0.38, i.e. CCH with a GEM EDR equal to = 1000 R / h is 2.6 lower than the maximum possible (initial) one, which occurs in the absence of gamma radiation. From here we get the initial neutron count rate N 0 = 2.6 · N Di = 177 s -1 . Thus, the maximum possible detector efficiency is realized at a given neutron flux density. Naturally, in order not to increase the statistical error, it is necessary proportionally, i.e. 2.6 times, increase the measurement time (set the total number of pulses).

Claims (2)

1. Способ регистрации нейтронов в присутствии других видов излучений, преимущественно жесткого гамма-излучения, включающий установку значения высокого напряжения в соответствии с типом детектора и режимом его работы; установку постоянного порога дискриминации, который должен быть несколько выше максимально возможной амплитуды импульсов от гамма-излучения, отличающийся тем, что дополнительно проводят измерения постоянного тока Iγ, возникающего в детекторе нейтронов под действием гамма-излучения, значения которого по найденным при предварительной градуировке зависимостям - тока Iγ от мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, рабочего уровня дискриминации от тока Iγ, степени деформации интегральных спектров импульсов детектора нейтронов от тока Iγ - используют для определения и установки такого порога дискриминации, который обеспечивает максимальную эффективность детектора при мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, имеющей место в текущем цикле измерений для определения степени снижения относительной эффективности детектора под действием гамма-излучения и приведения ее к максимально возможной для определения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения.1. A method for detecting neutrons in the presence of other types of radiation, mainly hard gamma radiation, comprising setting a high voltage value in accordance with the type of detector and its operating mode; setting a constant discrimination threshold, which should be slightly higher than the maximum possible amplitude of the pulses from gamma radiation, characterized in that they additionally measure the direct current I γ arising in the neutron detector under the influence of gamma radiation, the values of which are found from the dependences found during preliminary calibration - current I γ from the power of the exposure dose of gamma radiation, the working level of discrimination from the current I γ , the degree of deformation of the integral spectra of the neutron detector pulses from t eye I γ - is used to determine and set such a discrimination threshold that ensures maximum detector efficiency at the exposure dose rate of gamma radiation that takes place in the current measurement cycle to determine the degree of decrease in the relative efficiency of the detector under the influence of gamma radiation and bring it to the maximum possible to determine the exposure dose rate of gamma radiation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют тактовую процедуру измерений: в первом такте устанавливают максимальное напряжение питания счетчика, при котором ток Iγ близок к нулю, и настраивают "нуль" схемы измерения тока Iγ; во втором такте устанавливают напряжение питания счетчика, обеспечивающее максимальную эффективность регистрации тока Iγ, измеряют его значение и фиксируют порог дискриминации; в третьем такте устанавливают напряжение питания счетчика, при котором следует регистрировать нейтронное излучение, и измеряют скорость счета нейтронов. 2. The method according to claim 1, characterized in that the clock measurement procedure is used: in the first clock cycle, set the maximum supply voltage of the meter at which the current I γ is close to zero, and set the “zero” current measuring circuit I γ ; in the second clock, the meter supply voltage is set to ensure the maximum efficiency of recording current I γ , its value is measured and the discrimination threshold is fixed; in the third step, the counter voltage is set, at which neutron radiation should be recorded, and the neutron count rate is measured.
RU2007134459/28A 2007-09-14 2007-09-14 Method of registering neutrons in presence of gamma radiation RU2351953C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007134459/28A RU2351953C1 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Method of registering neutrons in presence of gamma radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007134459/28A RU2351953C1 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Method of registering neutrons in presence of gamma radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2351953C1 true RU2351953C1 (en) 2009-04-10

Family

ID=41015062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007134459/28A RU2351953C1 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Method of registering neutrons in presence of gamma radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2351953C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561247C1 (en) * 2014-02-05 2015-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Method of detecting neutrons in presence of gamma-radiation
RU2729600C1 (en) * 2019-12-27 2020-08-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Предприятие по обращению с радиоактивными отходами "РосРАО" Method of diagnosing stability of operation of a device with a corona counter for measuring neutron flux in the presence of gamma-radiation
RU201800U1 (en) * 2020-06-18 2021-01-13 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) DEVICE FOR REGISTRATION OF GAMMA RADIATION

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Докучаев А.И. Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения ПТЭ, 1959, №6, стр.43. Фролов В.В. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, - с.67, с.71. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561247C1 (en) * 2014-02-05 2015-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Method of detecting neutrons in presence of gamma-radiation
RU2729600C1 (en) * 2019-12-27 2020-08-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Предприятие по обращению с радиоактивными отходами "РосРАО" Method of diagnosing stability of operation of a device with a corona counter for measuring neutron flux in the presence of gamma-radiation
RU201800U1 (en) * 2020-06-18 2021-01-13 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) DEVICE FOR REGISTRATION OF GAMMA RADIATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Soma et al. Characterization and performance of germanium detectors with sub-keV sensitivities for neutrino and dark matter experiments
US8084748B2 (en) Radioactive material detecting and identifying device and method
KR101085312B1 (en) Dose detector and dosimeter
RU2351953C1 (en) Method of registering neutrons in presence of gamma radiation
US20100128852A1 (en) Detector Characterization and Calibration
JP2014174123A (en) Measurement method of amount of fissile material and measurement device
RU2699307C2 (en) Bias determination of photon detector base line
Escoffier et al. Accurate measurement of the electron beam polarization in JLab Hall A using Compton polarimetry
Zhao et al. Afterpulse measurement of JUNO 20-inch PMTs
Boca et al. Timing resolution of a plastic scintillator counter read out by radiation damaged SiPMs connected in series
CN109143319B (en) By CeF 3 Neutron detection method and equipment for reducing gamma-ray interference by scintillator
Elter et al. Performance of Higher Order Campbell methods, Part II: calibration and experimental application
JPH08220029A (en) Apparatus and method for non-destructive inspection for radioactively contaminated material
Andola et al. Use of delayed gamma rays for active non-destructive assay of 235U irradiated by pulsed neutron source (plasma focus)
Yi et al. Discrimination of piled-up neutron-gamma pulses using charge comparison method and neural network for CLYC detectors
JP7258353B2 (en) Positron annihilation property measuring device and measuring method
US4655994A (en) Method for determining the operability of a source range detector
Kashyap et al. Differential Die-Away Analysis for detection of 235U in metallic matrix
Angrave et al. Measurement of the atomic exchange effect in nuclear β decay
RU2729600C1 (en) Method of diagnosing stability of operation of a device with a corona counter for measuring neutron flux in the presence of gamma-radiation
Gao et al. Study on sequential Bayesian radionuclide identification approach: Threshold and detection capability
JP3728220B2 (en) Γ-ray sensitivity test method for proportional counter neutron detector
JP2005049144A (en) Radiation measuring method
Codino et al. Response of silicon multistrip detectors and a cesium iodide scintillator to a calcium ion beam of 0.5 GeV/u
JPH03189586A (en) Radiation measuring instrument