RU2641890C2 - Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах - Google Patents
Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641890C2 RU2641890C2 RU2016117936A RU2016117936A RU2641890C2 RU 2641890 C2 RU2641890 C2 RU 2641890C2 RU 2016117936 A RU2016117936 A RU 2016117936A RU 2016117936 A RU2016117936 A RU 2016117936A RU 2641890 C2 RU2641890 C2 RU 2641890C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- reactor
- gamma
- ass
- exposure dose
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K5/00—Irradiation devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средствам проведения испытаний объектов на радиационную стойкость в полях излучений исследовательских реакторов, а именно к способу одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов (Фзад) и экспозиционной дозы гамма-излучения (Dзад). В испытательном объеме реактора формируют поле гамма-нейтронного излучения с использованием конверторов тепловых нейтронов в гамма-кванты, расположенных вне сектора прямого воздействия излучений реактора симметрично активной зоны. На расстояниях (R) вдоль оси, проходящей через центр АЗ в направлении прогнозируемого размещения объекта испытаний, измеряют флюенс нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ (Ф0,1) и экспозиционную дозу гамма-излучения (Dγ) при постоянных размерах конверторов и выбранной схеме их размещения. Затем по зависимости Ф0,1(R)/Dγ(R) определяют расстояние, где Ф0,1/Dγ=Фзад/Dзад, а по зависимости Кn(R)=Ф0,1(R)/N - значение параметра Кn. Далее по формуле Р⋅t=Фзад/Кn⋅α выбирают мощность (Р) реактора и длительность (t) облучения объекта испытаний, обеспечивающие воспроизведение заданных параметров излучений, где N - показания измерительного канала, α=N/Q - коэффициент чувствительности измерительного канала, Q - энерговыделение в активной зоне реактора. Техническим результатом является одновременное воспроизведение заданных параметров излучений в широком диапазоне значений Фзад/Dзад при упрощенной технологии воспроизведения этих параметров. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области испытаний объектов на радиационную стойкость в полях излучений исследовательских реакторов, которые являются мощными источниками нейтронов и сопутствующего гамма-излучения.
К объектам испытаний относятся изделия электронной техники (ИЭТ), используемые в образцах военной и специальной техники при выполнении работ в полях излучений ядерных взрывов или при ликвидации последствий радиационных аварий.
При оценке стойкости изделий на реакторах по необратимым (остаточным) последствиям облучения нормами испытаний являются флюенс нейтронов (Фзад) и экспозиционная доза гамма-излучения (Dзад), эквивалентные по воздействию излучениям в реальных радиационных полях. Задача методического обеспечения испытаний заключается в том, чтобы воспроизвести нормы испытаний не только по уровню воздействия, но и одновременно, что может быть реализовано только за счет воспроизведения отношения Фзад/Dзад. В штатных режимах работы реакторов эта задача не всегда выполнима, т.к. при воспроизведении Фзад на различных расстояниях (R) от центра активной зоны (АЗ) реактора доза гамма-излучения значительно меньше требуемой величины.
Известен способ [1] воспроизведения заданных параметров излучений путем последовательного облучения ИЭТ на разных установках. Сначала воспроизводятся значения Фзад на реакторе, затем недостающая доза гамма-излучения добирается на статических гамма-источниках типа ГУ-200, РХ-γ-30 или др., что требует больших затрат времени и трудовых ресурсов.
Для усиления поля гамма-излучения предложены устройства, конвертирующие тепловые нейтроны в гамма-кванты (конверторы), в виде различных конструкциЙ коробчатого типа [2], цилиндра [3] или усеченного конуса [4], внутри которых или за ними размещаются ИЭТ. Однако эти устройства не нашли широкого применения, т.к. значительно ослабляют поток нейтронов и трансформируют спектр нейтронного излучения.
Наиболее близким по техническому решению задачи (прототипом предлагаемого способа) является способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения [5], основанный на суперпозиции полей излучений от реактора и конверторов из пластин водородсодержащего материала, чередующихся с пластинами кадмия. Размещены конверторы вне сектора прямого действия излучений реактора на объект испытаний, что позволяет использовать в конверсионном процессе нейтроны с других радиальных направлений, не участвующие в создании дозовой нагрузки на объект испытаний. Кроме того, конверторы не экранируют объект испытаний от излучения реактора, не трансформируют спектр нейтронов и в несколько раз увеличивают дозовую нагрузку за счет вторичного гамма-излучения.
Диапазон воспроизводимых значений Фзад/Dзад составляет (5⋅108-2⋅109) н/см2⋅Р, что не является достаточным для всех объектов испытаний. Например, для испытаний аппаратуры некоторых образцов наземной и авиационной техники требуются поля излучений в более высоком диапазоне значений Фзад/Dзад (до 5⋅109 н/см2⋅Р). Кроме того, технология воспроизведения норм испытаний весьма сложна, что обусловлено следующими факторами:
Способ применим только для испытаний крупногабаритных объектов, размещаемых на определенном расстоянии от АЗ (для реактора ПРИЗ-М это расстояние равно 115 см). При таком варианте размещения объекта равномерное поле излучений в испытательном объеме создается за счет движения платформы с источниками излучений (реактора с конверторами) вдоль объекта испытаний. При этом закономерности пространственного распределения контролируемых параметров излучений в испытательном объеме при подвижном реакторе не применимы при работе реактора в штатном режиме (без перемещения). Кроме того, воспроизведение Фзад достигается за счет выбора скорости движения платформы при заданной мощности реактора, что требует применения сложного в управлении шагового двигателя типа FL110STH150 с электронным блоком типа АМД-28. Воспроизведение Dзад (одновременно с Фзад) осуществляется за счет выбора толщины конверторов, их количества и варианта (схемы) размещения конверторов у АЗ реактора, что также является непростой задачей, требующей проведения сложных расчетно-экспериментальных исследований. Кроме того, погрешности результатов этих исследований превышают допустимые значения. Таким образом, требуются новые упрощенные технологии воспроизведения норм испытаний.
Цель изобретения заключается в одновременном воспроизведении заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения в широком диапазоне значений Фзад/Dзад и в упрощении технологии воспроизведения норм испытаний.
Технический результат достигается тем, что в испытательном объеме реактора формируют поле гамма-нейтронного излучения с использованием конверторов тепловых нейтронов в гамма-кванты, расположенных вне сектора прямого воздействия излучений реактора симметрично активной зоны. На расстояниях (R) вдоль оси, проходящей через центр АЗ в направлении прогнозируемого размещения объекта испытаний, измеряют флюенс нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ (Ф0,1) и экспозиционную дозу гамма-излучения (Dγ) при постоянных размерах конверторов и выбранной схеме их размещения. Затем по зависимости Ф0,1(R)/Dγ(R) определяют расстояние, где Ф0,1/Dγ=Фзад/Dзад, а по зависимости Кn(R)=Ф0,1(R)/N - значение параметра Кn. Далее по формуле P⋅t=Фзад/Кn⋅α выбирают мощность (Р) реактора и длительность (t) облучения объекта испытаний, обеспечивающие воспроизведение заданных параметров излучений, где N - показания измерительного канала, α=N/Q - коэффициент чувствительности измерительного канала, Q - энерговыделение в активной зоне реактора.
На Фиг. 1 приведена схема одного из вариантов размещения объекта испытаний и конверторов у АЗ реактора (вид сверху), где
1 - активная зона реактора;
2 - конверторы;
3 - объект испытаний.
На Фиг. 2 приведены пространственные распределения флюенса нейтронов (1) с энергиями более 0,1 МэВ: Кn(R)=Ф0,1(R)/N, н/см2⋅имп и экспозиционной дозы гамма-излучения (2): Kγ(R)=Dγ(R)/N вдоль оси, проходящей через центр АЗ реактора в направлении объекта испытаний (см. Фиг. 1), нормированные на импульс измерительного канала на основе камеры деления КНТ-54.
На Фиг. 3 приведены зависимости отношений контролируемых параметров излучений Ф0,1(R)/Dγ(R) от расстояния R до центра АЗ реактора.
Зависимость Кn(R), приведенная на Фиг. 2, позволяет прогнозировать энерговыделение (Q) в АЗ реактора, необходимое для воспроизведения Фзад, по соотношению
Если учесть, что по определению Q=P⋅t, тогда
Следовательно, воспроизведение Фзад достигается за счет выбора режима работы реактора (Р и t), при котором выполняется равенство (2).
Воспроизведение Dзад (одновременно с Фзад) осуществляется за счет выбора расстояния от центра АЗ до объекта испытаний, на котором
Алгоритм одновременного воспроизведения заданных параметров излучений на исследовательских реакторах предлагаемым способом заключается в следующем:
- В испытательном объеме реактора на расстояниях вдоль оси, проходящей через центр АЗ в направлении прогнозируемого размещения объекта испытаний, измеряют флюенс нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ и экспозиционную дозу гамма-излучения при постоянных размерах конверторов и выбранной схеме их расположения.
- По зависимости Ф0,1(R)/Dγ(R), приведенной на Фиг. 3, выбирается расстояние для размещения объекта испытаний, на котором Ф0,1/Dγ=Фзад/Dзад.
- По зависимости Кn(R), приведенной на Фиг. 2, определяется значение Кn, затем прогнозируются энерговыделение в АЗ по соотношению (1) и количество импульсов измерительного канала за время облучения объекта испытаний по формуле N=Q⋅α.
- Режим работы реактора: мощность и время облучения ИЭТ выбираются по соотношению (2).
Апробация предлагаемого способа проводилась на исследовательском реакторе ПРИЗ-М [6] при постоянных размерах конверторов 110×80×7 см3 и постоянной схеме их размещения у АЗ реактора, приведенной на Фиг. 1. Для проверки работоспособности способа воспроизведены значения Фзад=1,6⋅1013 н/см2 и Dзад=4⋅103 Р, требуемые при испытании блоков ракетной техники, которые реализуются на R=35 см при работе реактора на мощности 2 кВт за 1 час и 3,36 мин при значениях Кn=1,4⋅104 н/см2⋅имп, α=150,3 имп/Дж.
Погрешности воспроизведения флюенса нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ и экспозиционной дозы гамма-излучения с доверительной вероятностью 0,95 равны соответственно ±16% и ±20% и не превышают допустимых значений.
Диапазон воспроизводимых значений Фзад/Dзад на расстояниях от 120 см до 30 см составляет (8⋅108-5⋅109) н/см2⋅Р (Фиг. 3), что вполне удовлетворяет требованиям нормативных документов к параметрам модельных полей излучений на реакторах, в т.ч. при испытании изделий наземной и авиационной техники.
Упрощение технологии воспроизведения норм испытаний достигается за счет использования реактора в штатном режиме работы (без его перемещения относительно объекта испытаний), применения конверторов с постоянными размерами при постоянной схеме их размещения у активной зоны реактора и выбора только двух параметров (R и t) для воспроизведения Dзад и Фзад в одном временном интервале.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет воспроизводить Dзад одновременно с Фзад в широком диапазоне значений Фзад/Dзад и при упрощенной технологии воспроизведения норм испытаний.
Источники информации
1. Анисимов А.В., Данилов В.П., Пикалов Г.Л., Костяев Ю.Г. Воспроизведение воздействия проникающих излучений на моделирующих установках // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, вып. 1. - Лыткарино, 2009, стр. 36-38.
2. Кувшинов М.И., Кошелев А.С., Смирнов И.Г. и др., Трансформация излучений быстрых нейтронов импульсных реакторов БИР-2М, БР-1, БИГР с помощью n-γ конверторов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, вып. 2. - Лыткарино, 1992, стр. 3.
3. Васильев А.В., Ненадышин Н.Н., Романенко А.А. Конвертор гамма-нейтронного поля импульсного ядерного реактора Барс-4 // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2007», вып 10. - М., МИФИ, 2007, стр. 169.
4. Грицай В.Н., Гуликов Ф.Ф., Казанцев В.В., Пикалов Г.Л., Солодовников Н.И. Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость. Патент РФ на изобретение №2284068 от 24.03.2005 г.
5. Пикалов Г.Л., Базака Ю.Г., Краснокутский И.С., Комаров Н.А., Рымарь А.И. Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе. Патент РФ на изобретение №2497214 от 27.10.2013 г.
6. Комаров Н.А., Костяев С.В., Нехай Е.Н., Пикалов Г.Л., Чаплыгин А.А. Параметры излучений и термодинамические характеристики модернизированного реактора ПРИЗ-М // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2009», вып 12. - М., МИФИ, 2009, стр. 189.
Claims (1)
- Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов (Фзад) и экспозиционной дозы гамма-излучения (Dзад) на исследовательских реакторах при испытании объектов на радиационную стойкость, основанный на суперпозиции полей излучений от реактора и конверторов тепловых нейтронов в гамма-кванты, расположенных вне сектора прямого воздействия излучений реактора симметрично активной зоны (АЗ), отличающийся тем, что на расстояниях (R) вдоль оси, проходящей через центр АЗ в направлении прогнозируемого размещения объекта испытаний, измеряют флюенс нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ (Ф0,1) и экспозиционную дозу гамма-излучения (Dγ) при постоянных размерах конверторов и выбранной схеме их расположения, затем по зависимости Ф0,1(R)/Dγ(R) определяют расстояние, где Ф0,1/Dγ=Фзад/Dзад, а по зависимости - значение параметра , далее по формуле выбирают мощность (Р) реактора и длительность (t) облучения объекта испытаний, обеспечивающие воспроизведение заданных параметров излучений, где N - показания измерительного канала, α=N/Q - коэффициент чувствительности измерительного канала, Q - энерговыделение в активной зоне реактора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117936A RU2641890C2 (ru) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117936A RU2641890C2 (ru) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016117936A RU2016117936A (ru) | 2017-11-15 |
RU2641890C2 true RU2641890C2 (ru) | 2018-01-23 |
Family
ID=60328353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016117936A RU2641890C2 (ru) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2641890C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2713924C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-02-11 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ воспроизведения норм испытаний крупногабаритных объектов на исследовательских реакторах |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686838C1 (ru) * | 2018-05-21 | 2019-05-06 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4325785A (en) * | 1979-05-18 | 1982-04-20 | Combustion Engineering, Inc. | Method and apparatus for measuring the reactivity of a spent fuel assembly |
US20030068001A1 (en) * | 1997-07-09 | 2003-04-10 | Southwest Research Institute | Field analysis of geological samples using delayed neutron activation analysis |
RU2404467C1 (ru) * | 2009-10-22 | 2010-11-20 | Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ формирования поля гамма-нейтронного излучения на исследовательских реакторах |
RU2497214C2 (ru) * | 2011-08-29 | 2013-10-27 | Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе |
-
2016
- 2016-05-10 RU RU2016117936A patent/RU2641890C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4325785A (en) * | 1979-05-18 | 1982-04-20 | Combustion Engineering, Inc. | Method and apparatus for measuring the reactivity of a spent fuel assembly |
US20030068001A1 (en) * | 1997-07-09 | 2003-04-10 | Southwest Research Institute | Field analysis of geological samples using delayed neutron activation analysis |
RU2404467C1 (ru) * | 2009-10-22 | 2010-11-20 | Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ формирования поля гамма-нейтронного излучения на исследовательских реакторах |
RU2497214C2 (ru) * | 2011-08-29 | 2013-10-27 | Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2713924C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-02-11 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ воспроизведения норм испытаний крупногабаритных объектов на исследовательских реакторах |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016117936A (ru) | 2017-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Efthymiopoulos et al. | HiRadMat: a new irradiation facility for material testing at CERN | |
Oikawa et al. | Design and application of NOBORU—NeutrOn Beam line for Observation and Research Use at J-PARC | |
Ajimura et al. | Technical Design Report (TDR): searching for a sterile neutrino at J-PARC MLF (E56, JSNS2) | |
RU2641890C2 (ru) | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах | |
RU2497214C2 (ru) | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе | |
RU2404467C1 (ru) | Способ формирования поля гамма-нейтронного излучения на исследовательских реакторах | |
RU2713924C1 (ru) | Способ воспроизведения норм испытаний крупногабаритных объектов на исследовательских реакторах | |
Shiozawa et al. | Investigation on subcriticality measurement using inherent neutron source in nuclear fuel | |
RU2686838C1 (ru) | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательских реакторах | |
RU2755143C1 (ru) | Устройство для формирования параметров излучений в испытательном объеме исследовательского реактора | |
Mori et al. | A Geant4 framework for generic simulations of atmospheric muon detection experiments | |
De Roeck et al. | Searching for trapped magnetic monopoles in LHC accelerator material | |
RU2559198C1 (ru) | Трансформатор гамма-нейтронного излучения | |
RU2488182C1 (ru) | Способ моделирования комплексного радиационного воздействия на объект исследования | |
Chien | Particle acceleration due to magnetic reconnection using laser-powered capacitor coils | |
Chen et al. | Analysis of Irradiation Ability of China Experimental Fast Reactor | |
Yuan | Measurement of the Muon-Neutrino Charged-Current Cross Section on Water with Zero Outgoing Pions | |
Albert | Searching for Dark Matter with Cosmic Gamma Rays | |
Tyler | Compatibility Study of Full Run-2 Monte Carlo Simulation and Search for Low-Mass Resonances Decaying into Two Jets and Produced in Association with a Photon Using the Run-2 2018 Dataset with the Atlas Detector | |
Ayllon | Development of a Method for Measuring Charged Particle Beam Fluence Beyond 10 16 1-MeV-neutron equivalent/cm 2 | |
Salecker | TESTING OF QUANTUM ELECTRODYNAMICS BY COMPTON SCATTERING AND PAIR ANNIHILATION | |
Schilling | Neutron flux measurements at the FRM with a thermocouple | |
Bieńkowska et al. | Method of interpretation of measurements of delayed neutrons in the DET-12 device | |
McMaster | Proposed gamma polarization experiment on an underground shot | |
Karn | A search for supersymmetric q-balls with the high altitude water cherenkov observatory |