RU2738688C1 - Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов - Google Patents
Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738688C1 RU2738688C1 RU2020109256A RU2020109256A RU2738688C1 RU 2738688 C1 RU2738688 C1 RU 2738688C1 RU 2020109256 A RU2020109256 A RU 2020109256A RU 2020109256 A RU2020109256 A RU 2020109256A RU 2738688 C1 RU2738688 C1 RU 2738688C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- radiation
- source
- neutron source
- detector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерения характеристик излучения ядерно-физических установок и может быть преимущественно использовано для измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов дополнительно содержит этапы, на которых регистрацию нейтронов с обоих направлений проводят на одном детекторе, при этом по одному из направлений регистрацию нейтронов осуществляют путем упругого рассеяния нейтронов на рассеивателе, а дифференциальный детектор и рассеиватель устанавливают под различающимися углами по отношению к оси источника нейтронов. Технический результат – уменьшение погрешности измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к области измерения характеристик излучения ядернофизических установок и может быть преимущественно использовано для измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, в частности коэффициента анизотропии излучения импульсных источников нейтронов типа «плазменный фокус», Z-пинч.
Кроме того изобретение может найти применение при измерении характеристик излучения источника при отсутствии прямой видимости источника излучения из места размещения детектора.
Результаты многочисленных исследований, в частности [1, 2], указывают на то, что излучение импульсных источников нейтронов, например источника типа «плазменный фокус», обладает четко выраженной пространственной (угловой) анизотропией. В качестве параметра анизотропии выхода нейтронов используется значение коэффициента анизотропии Ка=Y(α)/Y(90°), где функция выхода Y задает число нейтронов за импульс в узком конусе вокруг направления, определяемого углом α. Наиболее широко используется в качестве параметра анизотропии отношение выхода нейтронов (Y) по оси источника (0°) и перпендикулярно оси (90°) Ка=Y(0°)/Y(90°).
Коэффициент анизотропии сильно варьируется для разных установок и режимов их работы, что связывается с одновременным сосуществованием термоядерного и нетеплового (механизм «пучок-мишень») процессов генерации нейтронов. «Поскольку распределение нейтронов в термоядерном процессе является изотропным, тогда как результатом второго механизма должен быть узконаправленный пучок нейтронов, то степень участия каждого процесса и определяет фактор анизотропии, причем не только пространственной, но и энергетической» [2].
Известен способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов [1], в котором измерение характеристик нейтронного излучения осуществляют посредством регистрации нейтронов с помощью дифференциального сцинтилляционного детектора.
В отличие от заявляемого изобретения в указанном способе измерение угловой анизотропии нейтронного излучения источника (плазмофокусной камеры) проводится тремя дифференциальными сцинтилляционными детекторами, один из которых установлен перпендикулярно оси плазмофокусной камеры (90°), остальные под другими углами.
Известный способ не позволяет достичь высокой точности измерения Ка, так как в работе используются несколько измерительных каналов, элементы которых обладают значительными индивидуальными погрешностями.
Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, присуща известному способу измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, а именно способу измерения коэффициента анизотропии нейтронного излучения, описанному в работе [3].
В известном способе (наиболее близком аналоге) измерение угловых характеристик нейтронного излучения осуществляют посредством регистрации нейтронов по 2-м отличающимся направлениям с помощью дифференциального сцинтилляционного детектора, сигнал которого пропорционален плотности потока выходящих из источника нейтронов.
Величиной, пропорциональной выходу нейтронов Y в импульсе длительностью Δt, является заряд q, регистрируемый измерительным каналом.
Измерительный канал (ИК) дифференциального сцинтилляционного детектора (СД) на основе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) состоит из собственно детектора (сцинтиллятор + ФЭУ), источника питания ФЭУ, линии связи детектора с регистратором, делителя входного сигнала, исключающего перегрузку регистратора, сопротивления нагрузки, регистратора.
В отличие от заявляемого изобретения для измерения величины анизотропии выхода нейтронов из источника используют два детектора, установленных под разными углами к оси источника - плазмофокусной камеры. Измерение отношения выхода нейтронов (Y) по оси камеры (0°) и перпендикулярно оси (90°) Ka=Y(0°)/Y(90°) проводится двумя детекторами, установленными под соответствующими углами.
Известный способ не позволяет достичь высокой точности измерения Ка и при этом сократить число измерительных каналов.
Указанные недостатки обусловлены тем, что в известном способе, принятом за наиболее близкий аналог, используются два измерительных канала, элементы которых обладают значительными индивидуальными погрешностями. Детекторы, как правило, обладают различной чувствительностью и значительными погрешностями градуировки, с ними суммируются погрешности других элементов ИК, что приводит к значительным погрешностям измерений коэффициента анизотропии.
Погрешность измерения заряда, снимаемого с детектора, складывается из погрешности, связанной с погрешностью напряжения питания ФЭУ δV=7% [4], погрешностью измерения амплитуды сигнала, определяемую техническими характеристиками регистратора (δU=2%), погрешностью делителя входного сигнала (δk=2,5%), погрешностью сопротивления нагрузки (δR=2%). Суммарная погрешность составляет по каждому измерительному каналу 8%. [4,5].
Погрешность коэффициента анизотропии Ка=Y0/Y90 - это погрешность отношения результатов измерения выхода Y по двум различным детекторам, установленным под углами 0 и 90 градусов к оси источника. Она определяется квадратичным суммированием погрешностей измерений по каждому направлению и составляет 11,3%.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение точности измерения угловых характеристик импульсного источника нейтронов, в частности коэффициента анизотропии нейтронного излучения Ка.
Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, в частности коэффициента анизотропии, путем замены абсолютных измерений значения выхода нейтронов в двух направлениях измерением отношения площадей импульсов, зарегистрированных одним и тем же дифференциальным детектором. Другим техническим результатом является сокращение числа измерительных каналов в эксперименте.
Технический результат изобретения обеспечивается тем, что измерение угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, осуществляют посредством регистрации нейтронов по двум отличающимся направлениям с помощью дифференциального детектора, сигнал которого пропорционален плотности потока выходящих из источника нейтронов, согласно изобретению регистрацию нейтронов с обоих направлений проводят на одном детекторе, при этом по одному из направлений регистрацию нейтронов осуществляют путем упругого рассеяния нейтронов на рассеивателе, а дифференциальный детектор и рассеиватель устанавливают под различающимися углами по отношению к оси источника нейтронов.
Суть предлагаемого способа состоит в регистрации одним дифференциальным детектором выхода нейтронов из источника по двум различающимся направлениям, например 0° и 90°, и определении коэффициента анизотропии выхода нейтронов из источника относительным способом с учетом соответствующих геометрических соотношений и с использованием известного сечения упругого рассеяния нейтронов на веществе рассеивателя.
Величиной, пропорциональной выходу нейтронов Y в импульсе длительностью Δt, является заряд q, регистрируемый измерительным каналом. Значение регистрируемого заряда q равно площади импульса, определяемой как интеграл зависимости тока дифференциального детектора от времени I(t) по интервалу длительности нейтронного импульса Δt.
При определении Ка измеряют отношение площадей импульсов, зарегистрированных одним и тем же дифференциальным сцинтилляционным детектором на одной осциллограмме.
При регистрации предлагаемым способом погрешность измерения Ка складывается из случайной погрешности измерения площадей импульсов на одной осциллограмме (менее 1%), отвечающих нейтронам, пришедшим на дифференциальный сцинтилляционный детектор с двух направлений, и погрешности сечения рассеяния, имеющей небольшое значение <1%. [6]. Погрешность измерения Ка в этом случае не превышает 2%.
Сущность заявляемого способа поясняется чертежами.
На Фиг. 1 приведена схема геометрии постановки измерений по предлагаемому способу, где:
1 - дифференциальный детектор;
2 - источник излучения;
3 - рассеиватель;
4 - регистратор;
5 - линия связи;
L - расстояние от источника излучения до дифференциального детектора;
L1 - расстояние от источника излучения до рассеивателя;
L2 - расстояние от рассеивателя до дифференциального детектора.
Измерения проводятся с помощью измерительного канала (ИК), блок-схема которого представлена на Фиг. 2, где:
1 - дифференциальный детектор;
4 - регистратор;
5 - линия связи;
6 - источник питания ФЭУ;
7 - делитель входного сигнала;
8 - сопротивление нагрузки.
Для осуществления способа располагают дифференциальный сцинтилляционный детектор 1 под выбранным углом (90°) к оси источника нейтронов 2, а под другим углом (0°) размещают рассеиватель нейтронов 3 с определенными массогабаритными характеристиками, выполненный из материала с хорошо известным сечением упругого рассеяния нейтронов, например из углерода (графита). Расстояние от источника до детектора (L) и сумма расстояний от источника до рассеивателя (L1) и от рассеивателя до детектора (L2) должны позволять регистрацию разделенных по времени пролета импульсов нейтронов, выходящих под углом 90° к оси источника 2 и прямопрошедших от источника 2 до детектора 1, и нейтронов, рассеянных от рассеивателя 3, установленного под углом 0° к оси источника 2. Выход нейтронов в каждом направлении определяется площадью соответствующего импульса с применением соответствующих геометрических и кинематических соотношений и с использованием известного сечения упругого рассеяния нейтронов на веществе рассеивателя 3.
Измерительный канал (ИК) сцинтилляционного детектора 1 (СД) на основе фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) используемый для измерений по прямому направлению под углом 90° к источнику, состоит из собственно детектора 1 (сцинтиллятор + ФЭУ), источника питания ФЭУ 6, линии связи 5, связывающая детектор 1 с регистратором 4, делителя входного сигнала 7, исключающего перегрузку регистратора 4, сопротивления нагрузки 8 и регистратора 4 (обычно цифровой осциллограф).
Вещество рассеивателя выбирают исходя из его ядернофизических характеристик. В области энергии нейтронов, генерируемых источником, нейтроны должны взаимодействовать с веществом рассеивателя преимущественно упругим образом, а указанное сечение упругого взаимодействия должно быть известно с высокой точностью. Для нейтронов с энергией около 2,5 МэВ (ДД-нейтронов) этим требованиям в максимальной степени соответствует углерод (графит).
Предлагаемый способ позволяет сократить число измерительных каналов в эксперименте, а также исключить в окончательном значении коэффициента анизотропии ряд составляющих погрешности измерений, связанных с различной чувствительностью детекторов и погрешностями их градуировки, погрешности элементов ИК, за счет измерения выхода нейтронов одним и тем же детектором и одной и той же измерительной аппаратурой и тем самым уменьшить погрешность измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Time Integrated and Time Resolved Neutron Measurements in a Plasma Focus Device, авторов M. Milanese, R. Moroso, F. Castillo, J. J.E. Herrera, J.I. Golzarri, and G. Espinosa, AIP Conference Proceedings 875, 423 (2006); https://doi.org/10.1063/1.2405979.
2. Дубинов A.E., Сенилов Л.А. Исследования на плазменных фокусах в развивающихся странах,- Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013.
3. КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАЗРЯДА ТИПА "ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС", авторов В.Е. Аблесимов, Ю.Н. Долин, О.В. Пашко, З.С. Цибиков, ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2010, том 36, №4, с. 1-4.
4. РД 95 3470-91 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Детекторы гамма-излучения сцинтилляционные токовые. Методы измерения чувствительности.
5. РД 95 3468-91 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Детекторы нейтронов сцинтилляционные токовые. Методы измерения чувствительности.
6. ENDF- В8, Файл оцененных ядерных данных МАГАТЭ.
Claims (2)
1. Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов, заключающийся в том, что измерение характеристик нейтронного излучения осуществляют посредством регистрации нейтронов по двум отличающимся направлениям с помощью дифференциального детектора, сигнал которого пропорционален плотности потока выходящих из источника нейтронов, отличающийся тем, что регистрацию нейтронов с обоих направлений проводят на одном детекторе, при этом по одному из направлений регистрацию нейтронов осуществляют путем упругого рассеяния нейтронов на рассеивателе, а дифференциальный детектор и рассеиватель устанавливают под различающимися углами по отношению к оси источника нейтронов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дифференциальный детектор по отношению к оси источника нейтронов располагают под углом 90 град, а рассеиватель располагают под углом 0 град, по отношению к оси источника нейтронов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020109256A RU2738688C1 (ru) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020109256A RU2738688C1 (ru) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738688C1 true RU2738688C1 (ru) | 2020-12-15 |
Family
ID=73835036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020109256A RU2738688C1 (ru) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2738688C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1209594A (fr) * | 1958-08-19 | 1960-03-02 | Commissariat Energie Atomique | Nouveau dispositif pour repérer la position d'une source radioactive |
| SU771586A1 (ru) * | 1978-10-23 | 1980-10-15 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Устройство дл измерени углового распределени рассе ни электромагнитного или нейтронного излучени |
| US9465120B1 (en) * | 2011-10-27 | 2016-10-11 | Kansas State University Research Foundation | Apparatus and method for the determination of one or more neutron source characteristics |
-
2020
- 2020-03-02 RU RU2020109256A patent/RU2738688C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1209594A (fr) * | 1958-08-19 | 1960-03-02 | Commissariat Energie Atomique | Nouveau dispositif pour repérer la position d'une source radioactive |
| SU771586A1 (ru) * | 1978-10-23 | 1980-10-15 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Устройство дл измерени углового распределени рассе ни электромагнитного или нейтронного излучени |
| US9465120B1 (en) * | 2011-10-27 | 2016-10-11 | Kansas State University Research Foundation | Apparatus and method for the determination of one or more neutron source characteristics |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Caresana et al. | Intercomparison of radiation protection instrumentation in a pulsed neutron field | |
| Madey et al. | Large volume neutron detectors with subnanosecond time dispersions | |
| JP2011196961A (ja) | 放射線計測方法及び放射線計測装置 | |
| Freeman et al. | The accurate determination of some (p, n) thresholds in the proton energy range 5 to 10 MeV | |
| O'Neill | Time-of-flight measurements on the inelastic scattering of 14.8-Mev neutrons | |
| Prusachenko et al. | Measurement of the cross section for the C 13 (α, n) 16 O reaction and determination of the cross section for the O 16 (n, α) 13 C reaction | |
| RU2738688C1 (ru) | Способ измерения угловых характеристик излучения импульсного источника нейтронов | |
| Gaganov et al. | Experimental characterisation of diamond-based neutron spectrometer | |
| Bartle et al. | The production of a 2–10 MeV collimated monoenergetic neutron beam of known flux using the associated particle technique | |
| Styron et al. | Average neutron time-of-flight instrument response function inferred from single DT neutron events within a plastic scintillator | |
| Miller et al. | Application of fast neutron spectroscopy/radiography to airport security | |
| US3238369A (en) | Fast neutron spectroscope for measurements in a high intensity time dependent neutron environment | |
| Bengtsson et al. | Comparison of pulse height analysis and variance measurement for the determination of dose mean specific energy | |
| Sato et al. | Development of dose monitoring system applicable to various radiations with wide energy ranges | |
| Oyama et al. | Spectral measurement of angular neutron flux on the restricted surface of slab assemblies by the time-of-flight method | |
| Shikaze et al. | Development of the quasi-monoenergetic neutron calibration fields of several tens of MeV at TIARA | |
| RU2578048C1 (ru) | Устройство для радиационного измерения плотности | |
| Krick et al. | The 16O (3He, n) 18Ne double-stripping reaction | |
| Mills Jr et al. | Neutron and Gamma-Ray Die-Away in a Heterogenous System | |
| Alburger et al. | Spin and Parity of C 15 | |
| Madey et al. | A two-parameter spectrometer for unidirectional neutrons from about 5 to 200 MeV | |
| Alekseev et al. | Monitoring of a Photon Beam | |
| Wender et al. | A high-energy gamma-ray detector system for fast neutron-induced reactions | |
| Hewitt et al. | A facility for photoneutron angular distribution measurements with high neutron energy resolution | |
| Dutton et al. | The experimental determination of the total scattering cross section of molecular nitrogen for positrons at energies up to 3 keV |