RU52651U1 - SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR - Google Patents

SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR Download PDF

Info

Publication number
RU52651U1
RU52651U1 RU2005131485/22U RU2005131485U RU52651U1 RU 52651 U1 RU52651 U1 RU 52651U1 RU 2005131485/22 U RU2005131485/22 U RU 2005131485/22U RU 2005131485 U RU2005131485 U RU 2005131485U RU 52651 U1 RU52651 U1 RU 52651U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
source
neutron
gap
alpha particles
Prior art date
Application number
RU2005131485/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Евгеньевич Аблесимов
Владимир Николаевич Вячин
Анатолий Александрович Дружинин
Original Assignee
Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии, Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority to RU2005131485/22U priority Critical patent/RU52651U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU52651U1 publication Critical patent/RU52651U1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Область техники: полезная модель относится к области экспериментальной ядерной физики, конкретно к изотопным нейтронным источникам и может быть использована и приложениях ядерных технологий, таких как контроль наличия делящихся материален, нейтронный активационный анализ, поиск взрывчатых и наркотических веществ.Field of technology: the utility model relates to the field of experimental nuclear physics, specifically to isotopic neutron sources, and can also be used in applications of nuclear technologies, such as the control of the presence of fissile materials, neutron activation analysis, and the search for explosive and narcotic substances.

Сущность: в отличие от известного коммутируемого изотопного нейтронною генератора, содержащего источник альфа-частиц и мишень, выполненную из материала, способного к (α, n) реакции, установленные друг относительно друга с возможностью регулирования потока альфа-частиц на мишень, в предлагаемом приемная поверхность мишени зафиксирована с зазором напротив излучающей поверхности источника альфа-частиц, геометрически подобной приемной поверхности мишени, возможность регулирования потока альфа-частиц на мишень обеспечена посредством подвижною экрана-затвора, выполненного из материала, полностью поглощающего альфа-частицы, и установленного с возможностью размещения в зазоре между мишенью и источником альфа-частиц и вне его с фиксацией положения. Также, управляемый источник нейтронов - КИНГ может быть заключен в герметичный корпус. Конкретно, он может быть выполнен таким образом, что экран-затвор снабжен элементом из магнитомягкого материала, который связан с электромагнитным приводом, позволяющим фиксировать положение экрана вне зазора, и упругим элементом, позволяющим фиксировать положение экрана внутри зазора, корпус при этом должен быть выполнен из немагнитного материала.Essence: in contrast to the known switched isotopic neutron generator containing an alpha particle source and a target made of a material capable of (α, n) reactions, mounted relative to each other with the ability to control the flow of alpha particles to the target, in the proposed receiving surface the target is fixed with a gap opposite the emitting surface of the source of alpha particles, geometrically similar to the receiving surface of the target, the ability to control the flow of alpha particles to the target is provided by izhnoyu-shutter screen, made of material completely absorbing alpha particles, and the set to be positioned in the gap between the target and the source of alpha particles and it is latched position. Also, a controlled neutron source - KING can be enclosed in a sealed enclosure. Specifically, it can be made in such a way that the shutter screen is equipped with an element of soft magnetic material, which is connected to an electromagnetic drive that allows you to fix the position of the screen outside the gap, and an elastic element that allows you to fix the position of the screen inside the gap, while the housing must be made of non-magnetic material.

Технический результат: Техническим результатом является обеспечение постоянства (фиксированной величины) выхода нейтронов коммутируемого источника от включения к включению при безопасности использования.Technical result: The technical result is to ensure the constancy (a fixed value) of the neutron yield of the switched source from on to on with safe use.

Description

1. Область техники и предполагаемая область использования.1. The technical field and the intended area of use.

Предполагаемая полезная модель относится к области экспериментальной ядерной физики, конкретно к изотопным нейтронным источникам и может быть использована в приложениях ядерных технологий, таких как контроль наличия делящихся материалов, нейтронный активационный анализ, поиск взрывчатых и наркотических веществ.The proposed utility model relates to the field of experimental nuclear physics, specifically to isotopic neutron sources, and can be used in nuclear technology applications, such as fissile material monitoring, neutron activation analysis, and the search for explosives and narcotic substances.

2. Уровень техники.2. The prior art.

Существующие нейтронные источники можно классифицировать следующим образом:Existing neutron sources can be classified as follows:

- изотопные нейтронные источники- isotopic neutron sources

- источники на основе ускорителей заряженных частиц- sources based on charged particle accelerators

- источники спонтанного деления- sources of spontaneous fission

- ядерные реакторы и ядерные взрывы- nuclear reactors and nuclear explosions

Они отличаются спектром излучения, присутствием других видов излучения, импульсным или стационарным характером действия. Применение того или другою источника в различных приложениях ядерных технологий обусловлено конкретными требованиями технологического процесса.They differ in the spectrum of radiation, the presence of other types of radiation, pulsed or stationary nature of the action. The use of one or another source in various applications of nuclear technology is determined by the specific requirements of the process.

С точки зрения поставленной задачи интересны источники 1 и 2 типа, поскольку они допускают создание коммутируемого источника нейтронов. К этому типу источников относятся устройства - аналоги и прототип. Источник нейтронов спонтанного деления в принципе не может быть выполнен в переключаемом варианте, исходя из физики образования в нем нейтронов. Ядерный взрыв является источником однократного действия, а ядерные реакторы - существенно более сложные устройства, чем источники 1 и 2 типа, как с точки зрения технологии их создания, так и управления ими.From the point of view of the task, sources of type 1 and 2 are interesting, since they allow the creation of a switched source of neutrons. This type of sources includes devices - analogues and a prototype. The neutron source of spontaneous fission, in principle, cannot be performed in a switchable version, based on the physics of the formation of neutrons in it. A nuclear explosion is a single-action source, and nuclear reactors are significantly more complex devices than sources of types 1 and 2, both in terms of the technology of their creation and their management.

2.1. Устройства-аналоги.2.1. Analog devices.

Нейтроны в изотопных нейтронных источниках получаются при облучении некоторых легких ядер альфа-частицами или гамма-квантами радиоактивных изотопов. Исторически эти источники были первыми источниками нейтронов и широко применяются в настоящее время.Neutrons in isotopic neutron sources are obtained by irradiating some light nuclei with alpha particles or gamma rays of radioactive isotopes. Historically, these sources were the first neutron sources and are widely used at present.

Источники типа (α, n) как правило бывают двух типов /М.А.Бак, Н.С.Шиманская. Нейтронные источники. М. Aтомиздат. 1969 г., с.30/:Sources of type (α, n) are usually of two types / M.A. Bak, N.S. Shimanskaya. Neutron sources. M. Atomizdat. 1969, p.30 /:

- однородная смесь с веществом-мишенью, на ядрах которого происходит реакция образования нейтронов,- a homogeneous mixture with a target substance, on the nuclei of which a neutron formation reaction occurs,

- плоский источник, в котором слой альфа-излучателя размещен на плоской подложке и закрыт пластинкой вещества-мишени.- a flat source in which the alpha-emitter layer is placed on a flat substrate and is covered by a plate of the target substance.

Эти источники действуют непрерывно, испуская в единицу времени в первом приближении постоянное количество нейтронов, определяемое конструкцией источнику. Величина выхода нейтронов из источника является его важнейшей характеристикой, обеспечивая получение количественных результатов в проводимых измерениях.These sources act continuously, emitting per unit time in a first approximation a constant number of neutrons, determined by the design of the source. The magnitude of the neutron yield from the source is its most important characteristic, providing quantitative results in the measurements.

Изотопные источники непрерывного действия требуют громоздкой защиты обслуживающего персонала от испускаемого ими излучения, в том числе и тогда, когда они не используются, например, при транспортировке.Continuous isotope sources require cumbersome protection of personnel from the radiation emitted by them, including when they are not used, for example, during transportation.

В источниках на основе ускорителей заряженных частиц /М.А.Бак, Н.С.Шиманская. Нейтронные источники. М. Aтомиздат. 1969 г., с.4/ используются реакции образования нейтронов в результате взаимодействия ускоренных протонов, дейтонов или альфа-частиц с ядрами мишени. Заряженные частицы ускоряются при прохождении через камеру, в которой создано ускоряющее электрическое поле. При выключении ускоряющего напряжения образование нейтронов прекращается (источник выключается). В камерах должен поддерживаться высокий вакуум с целью устранения рассеяния частиц на молекулах остаточного газа.In sources based on charged particle accelerators / M.A. Bak, N.S. Shimanskaya. Neutron sources. M. Atomizdat. 1969, p. 4 / Neutron production reactions are used as a result of the interaction of accelerated protons, deuterons or alpha particles with target nuclei. Charged particles are accelerated when passing through a chamber in which an accelerating electric field is created. When the accelerating voltage is turned off, the formation of neutrons ceases (the source is turned off). A high vacuum must be maintained in the chambers in order to eliminate particle scattering on the residual gas molecules.

Во включенном состоянии количество испускаемых нейтронов (выход) определяется типом ускоряемых частиц, веществом мишени и режимом ускорения. Как правило, выход нейтронов меняется от включения к включению и измеряется специальным измерительным комплексом.In the on state, the number of emitted neutrons (output) is determined by the type of accelerated particles, the target material and the acceleration mode. As a rule, the neutron yield varies from inclusion to inclusion and is measured by a special measuring complex.

Ускорители требуют для надежной и стабильной работы громоздкого вакуумного оборудования, мощного источника энергии для источника высоковольтного питания и высокой квалификации обслуживающего персонала.Accelerators require bulky vacuum equipment, a powerful energy source for high-voltage power supply and highly qualified staff for reliable and stable operation.

2.2. Устройство-прототип.2.2. Prototype device.

Наиболее близким (прототипом) является выключаемый радиоактивный нейтронный источник, описанный в патенте США №4829191 (опубликован 9 мая 1989 г). Этот источник является источником (генератором) нейтронов управляемого (коммутируемого) типа.The closest (prototype) is a turn-off radioactive neutron source described in US patent No. 4829191 (published May 9, 1989). This source is a source (generator) of neutrons controlled (switched) type.

Источник содержит две пластины. Первая имеет секцию, на которую нанесен альфа-излучатель (источник альфа-частиц), вторая имеет секцию, на которую нанесен материал мишени, где возникают нейтроны при поглощении альфа-частиц, т.е. мишень выполнена из материала, способного к (α, n) реакции под действием альфа-частиц, испускаемых источником. В процессе работы источника поток альфа-частиц, попадающих на мишень, регулируется следующим образом. При относительном вращении пластин происходит периодическое совмещение альфа-излучающей секции первой пластины с секцией-мишенью второй пластины, сопровождаемое возникновением потока нейтронов (положение «включено»). При выведении пластин из этого положения (несовпадение пары источник - мишень - положение «выключено») производство нейтронов прекращается. Источник достаточно безопасен при использовании, благодаря герметичному корпусу.The source contains two plates. The first has a section on which an alpha emitter is applied (a source of alpha particles), the second has a section on which a target material is deposited, where neutrons arise when alpha particles are absorbed, i.e. the target is made of a material capable of (α, n) reaction under the action of alpha particles emitted by the source. During the operation of the source, the flux of alpha particles incident on the target is controlled as follows. With relative rotation of the plates, the alpha-emitting section of the first plate is periodically aligned with the target section of the second plate, accompanied by the appearance of a neutron flux (“on” position). When the plates are removed from this position (mismatch between the source – target pair and the “off” position), neutron production ceases. The source is quite safe to use, thanks to a sealed enclosure.

Недостатком устройства является отсутствие фиксации геометрического положения пластин относительно друг друга, в связи с чем величина выхода нейтронов в положении «включено» не является фиксированной.The disadvantage of this device is the lack of fixing the geometric position of the plates relative to each other, and therefore the magnitude of the neutron yield in the “on” position is not fixed.

3. Сущность полезной модели.3. The essence of the utility model.

Задача состоит в создании достаточно безопасного в использовании коммутируемого изотопного нейтронного генератора (КИНГ) с фиксированной величиной выхода нейтронов от включения к включению, что является необходимым при проведении количественных измерений с использованием источника нейтронов.The task is to create a safe enough to use switched isotope neutron generator (KING) with a fixed value of the neutron yield from on to on, which is necessary when conducting quantitative measurements using a neutron source.

Техническим результатом является обеспечение постоянства (фиксированной величины) выхода нейтронов коммутируемого источника от включения к включению при безопасности использования.The technical result is to ensure the constancy (fixed value) of the neutron yield of the switched source from on to on with safe use.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного коммутируемого изотопного нейтронного генератора, содержащего источник альфа-частиц и мишень, выполненную из материала, способного к (α, n) реакции, This technical result is achieved due to the fact that, in contrast to the known switched isotope neutron generator containing a source of alpha particles and a target made of a material capable of (α, n) reaction,

установленные друг относительно друга с возможностью регулирования потока альфа-частиц на мишень, в предлагаемом приемная поверхность мишени зафиксирована с зазором напротив излучающей поверхности источника альфа-частиц, геометрически подобной приемной поверхности мишени, возможность регулирования потока альфа-частиц на мишень обеспечена посредством подвижного экрана-затвора, выполненного из материала, полностью поглощающего альфа-частицы, и установленного с возможностью размещения в зазоре между мишенью и источником альфа-частиц и вне его с фиксацией положения.mounted relative to each other with the ability to control the flow of alpha particles to the target, in the proposed receiving surface of the target is fixed with a gap opposite the emitting surface of the source of alpha particles, geometrically similar to the receiving surface of the target, the ability to control the flow of alpha particles to the target is provided by a movable shutter screen made of a material that completely absorbs alpha particles, and installed with the possibility of placement in the gap between the target and the source of the alpha part q and out of it with fixing the position.

Также, управляемый источник нейтронов - КИНГ может быть заключен в герметичный корпус.Also, a controlled neutron source - KING can be enclosed in a sealed enclosure.

Конкретно, он может быть выполнен таким образом, что экран-затвор снабжен элементом из магнитомягкого материала, который связан с электромагнитным приводом, позволяющим фиксировать положении экрана вне зазора, и упругим элементом, позволяющим фиксировать положение экрана внутри зазора, корпус при этом должен быть выполнен из немагнитного материала.Specifically, it can be made in such a way that the shutter screen is equipped with an element of soft magnetic material, which is connected to an electromagnetic drive that allows you to fix the position of the screen outside the gap, and an elastic element that allows you to fix the position of the screen inside the gap, while the housing must be made of non-magnetic material.

То есть, неподвижное закрепление с зазором друг относительно друга обращенных навстречу, геометрически подобных поверхностей альфа-излучателя (источника альфа-частиц) и мишени, обеспечивающее их расположение в фиксированной геометрии относительно друг друга, в сочетании с введением в устройство подвижного экрана - затвора, обладающего возможностью размещения в зазоре и фиксации в положениях внутри и вне зазора, позволяют обеспечить неизменность геометрии источника нейтронов и, следовательно, неизменность выхода нейтронов КИНГ от включения к включению.That is, a fixed fastening with a gap relative to each other, facing geometrically similar surfaces of the alpha emitter (source of alpha particles) and the target, ensuring their location in a fixed geometry relative to each other, in combination with the introduction of a movable screen - a shutter having the possibility of placement in the gap and fixation in the positions inside and outside the gap, allows to ensure the invariance of the geometry of the neutron source and, therefore, the invariability of the KING neutron output from cheniya for inclusion.

Экран-затвор выполнен из материала, в котором не рождаются нейтроны под действием альфа-излучения. Он должен иметь толщину более максимального пробега альфа-частиц в материале затвора, чтобы обеспечить полное поглощение альфа-частиц.The shutter screen is made of a material in which neutrons are not generated under the influence of alpha radiation. It must have a thickness greater than the maximum alpha particle path in the gate material to ensure complete absorption of alpha particles.

Размещение альфа-излучателя, мишени и экрана - затвора в герметичном корпусе препятствует попаданию альфа-излучения в окружающую среду и тем самым обеспечивает безопасность использования источника, в том числе экологическую.Placing an alpha emitter, a target and a shutter screen in a sealed enclosure prevents alpha radiation from entering the environment and thereby ensures the safety of the use of the source, including the ecological one.

При реализации источника нейтронов с электромагнитным приводом в положении «выключено» (затвор между пластинами альфа-излучателя и мишени) экран может удерживаться (фиксироваться) одним или несколькими упругими элементами, что исключает возможность случайного смещения экрана-затвора в положение «включено» при изменении положения источника в пространстве (например, при транспортировке). В положение «включено» экран-затвор переводится под действием электромагнита, When implementing a neutron source with an electromagnetic drive in the “off” position (shutter between the alpha emitter and target plates), the screen can be held (fixed) by one or more elastic elements, which eliminates the possibility of accidentally shifting the shutter screen to the “on” position when changing position source in space (e.g. during transportation). In the “on” position, the shutter screen is translated by the action of an electromagnet,

который при своем включении перемещает элемент из магнитомягкого материала, жестко прикрепленный к экрану-затвору. Такой механизм включения источника гарантирует фиксированный выход нейтронов из источника в положении «включено» и практическое отсутствие выхода нейтронов из источника в положении «выключено» и, следовательно, безопасность источника при транспортировке в любом положении. Выполнение корпуса герметичным из немагнитного материала (например, нержавеющей стали) позволяет обеспечить управление выходом источника с помощью электромагнитного привода.which, when turned on, moves an element of soft magnetic material, rigidly attached to the shutter screen. Such a source switching mechanism guarantees a fixed neutron exit from the source in the “on” position and the practical absence of neutron exit from the source in the “off” position and, therefore, the source is safe during transportation in any position. The implementation of the housing is sealed from non-magnetic material (for example, stainless steel) allows you to control the output of the source using an electromagnetic drive.

Дополнительно электромагнитный привод в сочетании с упругим элементом обеспечивает возможность функционирования источника в квазиимпульсном режиме, что существенно для ряда приложений.In addition, an electromagnetic drive in combination with an elastic element provides the possibility of the source functioning in quasi-pulse mode, which is essential for a number of applications.

4. Перечень фигур и графических изображений.4. The list of figures and graphic images.

На фиг.1 приведена схема генератора в разрезе в положении «выключено»,Figure 1 shows a diagram of the generator in the context in the off position,

где 1 - мишень,where 1 is the target

2 - альфа-излучатель (источник альфа-частиц),2 - alpha emitter (source of alpha particles),

3 - экран-затвор, размещенный в зазоре,3 - shutter screen located in the gap,

4 - элемент из магнитомягкого материала,4 - element of soft magnetic material,

5 - упругий элемент,5 - elastic element

6 - электромагнит,6 - electromagnet,

7 - корпус генератора.7 - generator housing.

На фиг.2 приведена схема генератора в разрезе в положении «включено», с теми же обозначениями (3 - экран-затвор, размещенный вне зазора).Figure 2 shows the generator diagram in section in the "on" position, with the same notation (3 - shutter screen, placed outside the gap).

На фиг.3 приведена таблица альфа-излучающих изотопов и их свойств.Figure 3 shows a table of alpha-emitting isotopes and their properties.

На фиг.4 схематично показано устройство демонстрационного макета в положении включено.Figure 4 schematically shows the device demonstration layout in the on position.

На фиг.5 приведена таблица результатов измерения выхода нейтронов из макета КИНГ.Figure 5 shows a table of the results of measuring the neutron yield from the KING layout.

5. Сведения, подтверждающие возможность достижения техническою результата.5. Information confirming the possibility of achieving a technical result.

В качестве мишени могут быть применены обладающие наибольшим нейтронным выходом в области энергий альфа-частиц около 5.3 МэВ Be и В. Выход нейтронов (α, n)-реакции с альфа-излучателем 210Ро (энергия альфа-частиц около 5.3 МэВ) составляет для них 70 н/106 α-частиц и 24 н/106 α-частиц соответственно /В.В.Фролов. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ. М. Энергоатомиздат. 1989 г/. При этом следует учесть, что источник с Ве-мишенью имеет среднюю энергию нейтронов 4.5 МэВ и сопутствующее гамма-излучение с энергией 4,43 МэВ. Источник с В-мишенью имеет среднюю энергию нейтронов 2.7 МэВ и значительно более слабое гамма-излучение /М.Л.Бак, Н.С.Шиманская. Нейтронные источники. М. Aтомиздат. 1969 г./.As a target, the neutron yield with the highest neutron yield in the alpha-particle energy range is about 5.3 MeV Be and B. The neutron yield of the (α, n) -reaction with 210 Po alpha alpha emitter (alpha-particle energy is about 5.3 MeV) is 70 n / 10 6 α-particles and 24 n / 10 6 α-particles, respectively / V.V. Frolov. Nuclear-physical methods for controlling fissile substances. M. Energoatomizdat. 1989 g /. It should be noted that a source with a Be target has an average neutron energy of 4.5 MeV and the accompanying gamma radiation with an energy of 4.43 MeV. A source with a B target has an average neutron energy of 2.7 MeV and much weaker gamma radiation / M.L. Bak, N.S.Shimanskaya. Neutron sources. M. Atomizdat. 1969 /.

Подходящие для использования в источнике альфа-радиоактивные изотопы должны обладать следующими свойствами:Suitable for use in the source alpha-radioactive isotopes should have the following properties:

- период полураспада, достаточно длинный, чтобы обеспечить использование источника в течение нескольких лет, и, в то же время, достаточно короткий, чтобы альфа-активность на грамм была достаточно высокой для получения необходимого выхода нейтронов в используемой мишени,- the half-life is long enough to allow the use of the source for several years, and at the same time, short enough so that the alpha activity per gram is high enough to obtain the necessary neutron yield in the target used,

- малую эмиссию нейтронов спонтанного деления но сравнению с выходом нейтронов из источника по реакции (α, n),- low neutron emission of spontaneous fission but compared with the neutron exit from the source by the reaction (α, n),

- малый уровень гамма-излучения, сопровождающего распад,- a low level of gamma radiation accompanying the decay,

- отсутствие заметного вклада нежелательного излучения от дочерних продуктов,- the absence of a noticeable contribution of unwanted radiation from daughter products,

- приемлемую цену за грамм и доступность для производства.- reasonable price per gram and availability for production.

Возможные для использования изотопы и их свойства приведены в таблице, приведенной на фиг.3 /В.В.Фролов. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ. М. Энергоатомиздат. 1989 г.; K.L.Hertz, N.R.Hilton, J.C.Lund, J.M.Van Scyoc. Alfa-emitting radioisotopes for switchable neutron generators. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 505, p.41-45, 2003./Possible to use isotopes and their properties are shown in the table shown in figure 3 / V.V. Frolov. Nuclear-physical methods for controlling fissile substances. M. Energoatomizdat. 1989; K. L. Hertz, N. R. Hilton, J. C. Lund, J. M. Van Scyoc. Alfa-emitting radioisotopes for switchable neutron generators. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 505, p.41-45, 2003./

Выход нейтронов для тонкого слоя альфа-излучателя рассчитывается но формулеThe neutron yield for a thin layer of alpha emitter is calculated using the formula

Величина Ω есть эффективный телесный угол выхода частиц из излучателя и попадания их на бериллиевую мишень. Для тонкого слоя альфа-излучателя при расположении пластин вплотную друг к другу этот множитель равен 1/2.The value of Ω is the effective solid angle of exit of particles from the emitter and their hit on the beryllium target. For a thin layer of alpha emitter, when the plates are placed close to each other, this factor is 1/2.

Для окисей надо учесть образование нейтронов на кислороде, для 238PuО2 - 1,3*104 н/с*г, для 241AmО2 - 2,5*103 н/с*г.For oxides, it is necessary to take into account the formation of neutrons on oxygen, for 238 PuО 2 - 1.3 * 10 4 n / s * g, for 241 AmО 2 - 2.5 * 10 3 n / s * g.

Для 10 мг 238PuО2 и мишени Be выход около (1-2)*105 н/с, на кислороде 1,3*102 Н/с и нейтроны спонтанного деления - 26 н/с.For 10 mg of 238 PuO 2 and a Be target, the yield is about (1-2) * 10 5 n / s, on oxygen 1.3 * 10 2 N / s and spontaneous fission neutrons - 26 n / s.

Возможным для использования изотопом является также 243Cm, но он менее доступен, чем приведенные в таблице.A possible isotope for use is also 243 Cm, but it is less accessible than those shown in the table.

Уровень гамма-излучения от этих изотопов в выключенном состоянии источника пренебрежимо мал, что обеспечивает безопасность обращения с источником в выключенном состоянии. В состоянии «выключено» гамма излучение источника с изотопом 238Pu состоит в основном из одной очень мягкой линии с энергией около 45 кэВ. Миллиметровый свинцовый фильтр полностью поглощает его, так же как и характеристическое рентгеновское излучение. В гамма-спектре 241Am нет линий с энергией большей 370 кэВ. Наибольшую интенсивность имеют линии 60 кэВ и 26 кэВ с абсолютными выходами 36% и 2.5% соответственно. Свинцовый фильтр толщиной 1 мм уменьшает интенсивность гамма-излучения 241Am примерно в 50 раз /М.А.Бак, Н.C.Шиманская. Нейтронные источники. М. Атомиздат. 1969 г./The level of gamma radiation from these isotopes in the off state of the source is negligible, which ensures the safety of handling the source in the off state. In the “off” state, gamma radiation from a source with the 238 Pu isotope consists mainly of one very soft line with an energy of about 45 keV. A millimeter lead filter completely absorbs it, as does the characteristic x-ray radiation. In the 241 Am gamma spectrum there are no lines with energies above 370 keV. The highest intensity lines are 60 keV and 26 keV with absolute yields of 36% and 2.5%, respectively. A lead filter with a thickness of 1 mm reduces the intensity of 241 Am gamma radiation by about 50 times / M.A. Bak, N. S. Shimanskaya. Neutron sources. M. Atomizdat. 1969 /

Фиксированная величина выхода нейтронов от включения к включению позволяет использовать источник при проведении количественных измерений в качестве эталонною источника.The fixed magnitude of the neutron yield from inclusion to inclusion allows the source to be used in quantitative measurements as a reference source.

Исследовался демонстрационный образец (макет) коммутируемого нейтронного генератора с расчетным выходом нейтронов <104 н/с, что достаточно для измерений основных характеристик КИНГ.We studied a demo sample (mock) of a switched neutron generator with a calculated neutron yield <10 4 n / s, which is sufficient for measuring the main characteristics of KING.

На фиг.4 показано устройство демонстрационного макета. Движение экрана затвора может быть обеспечено в соответствии со схемами на фиг.1, 2. Для упрощения конструкции электромагнитный привод затвора не изготовлялся, перекрытие потока частиц осуществлялось перемещением затвора вручную.Figure 4 shows the device demonstration layout. The movement of the shutter screen can be provided in accordance with the diagrams in Figs. 1, 2. To simplify the design, the shutter electromagnetic drive was not manufactured; the particle flow was shut off by manually moving the shutter.

Демонстрационный образец КИНГ представляет собой цилиндрическую кассету (корпус) (7) из оргстекла диаметром 66 мм и высотой 40 мм. Внутри корпуса размещены:The KING demonstration sample is a cylindrical cassette (case) (7) made of organic glass with a diameter of 66 mm and a height of 40 mm. Inside the case are located:

- бериллиевая мишень в виде диска диаметром 20 мм и толщиной 0.13 мм (1)- a beryllium target in the form of a disk with a diameter of 20 mm and a thickness of 0.13 mm (1)

- излучатель альфа-частиц (слой 238PuО2) (2),- emitter of alpha particles (layer 238 PuO 2 ) (2),

- и экран-затвор из нержавеющей стали толщиной 1.2 мм в виде полоски длиной 70 мм и шириной 32 мм (3)- and a 1.2 mm thick stainless steel shutter screen in the form of a strip 70 mm long and 32 mm wide (3)

Расстояние (зазор) Н между слоем-излучателем и бериллиевым диском было выбрано равным Н=7.17 мм. В качестве излучателя (источника) альфа-частиц в макете использовались 4 тонких слоя окиси радиоактивного изотопа 238PuО2, нанесенной на металлический диск из титана или тантала диаметром 24 мм и толщиной 0.2 мм. Диаметр «активного» пятна излучателя и мишени равен 18±0.2 мм. С излучателем №2 были проведены также измерения при расстоянии Н=2.87 мм. Во избежание самопроизвольного перемещения затвора, в конструкции образца предусмотрен стопорный винт, который фиксирует положение затвора внутри и вне зазора (в нерабочем и рабочем состоянии образца).The distance (gap) N between the emitter layer and the beryllium disk was chosen equal to H = 7.17 mm. As the emitter (source) of alpha particles in the layout, 4 thin layers of oxide of the radioactive isotope 238 PuO 2 deposited on a metal disk of titanium or tantalum with a diameter of 24 mm and a thickness of 0.2 mm were used. The diameter of the “active” spot of the emitter and the target is 18 ± 0.2 mm. With emitter No. 2, measurements were also taken at a distance of H = 2.87 mm. In order to avoid spontaneous movement of the shutter, a lock screw is provided in the design of the sample, which fixes the position of the shutter inside and outside the gap (in the non-working and working condition of the sample).

Расчет выхода нейтронов для геометрии эксперимента учитывал поглощение энергии альфа-частиц в воздушном промежутке и соответствующее снижение удельного выхода нейтронов из мишени.The calculation of the neutron yield for the geometry of the experiment took into account the absorption of alpha-particle energy in the air gap and a corresponding decrease in the specific yield of neutrons from the target.

Расчетный удельный выход из макета для расстояния между пластинами 0,717 см составляет 37,9 н/106 альфа-частиц, при расстоянии 2.87 мм - 56.4 н/106 альфа-частиц при величине эффективного телесного угла соответственно 0.146 и 0.272.The calculated specific yield from the layout for the distance between the plates of 0.717 cm is 37.9 n / 10 6 alpha particles, with a distance of 2.87 mm - 56.4 n / 10 6 alpha particles with an effective solid angle of 0.146 and 0.272, respectively.

Сводная таблица результатов измерений (величина измеренного выхода и сравнение с расчетом) приведены в таблице на фнг.5A summary table of measurement results (measured output and comparison with calculation) are given in the table in fng. 5

Полный выход нейтронов, генерируемых при зафиксированном положении подвижного экрана-затвора (3) вне зазора между источником альфа-частиц (2) и мишенью (1), при расстоянии (зазоре) между слоем 238Pu и бериллием, равном 11=7.17 мм, и массе плутония 844 мкг составляет (2.9±0.1)·103 н/c; при Н=2.87 мм и массе плутония 297 мкг - около (3.2±0.1)·103 н/c. Фиксация положения экрана в зазоре приводила к полному поглощению альфа - частиц в материале экрана и, соответственно, к выключению генератора нейтронов.The total yield of neutrons generated at a fixed position of the movable shutter screen (3) outside the gap between the source of alpha particles (2) and the target (1), at a distance (gap) between the 238 Pu layer and beryllium equal to 11 = 7.17 mm, and the mass of plutonium 844 μg is (2.9 ± 0.1) · 10 3 n / s; at H = 2.87 mm and a plutonium mass of 297 μg - about (3.2 ± 0.1) · 10 3 n / s. Fixing the position of the screen in the gap led to the complete absorption of alpha particles in the material of the screen and, accordingly, to turning off the neutron generator.

Для изготовленного в настоящей работе макета КИНГ, в диапазоне масс плутония от 60 до 844 мкг, среднее значение выхода нейтронов макета при Н=7.17 мм составило 3.7*106 н/с·г 238Pu, при H=2.87 мм - 10,8*106 н/ст 238Pu, что хорошо согласуется с расчетными значениями.For the KING prototype prepared in this work, in the plutonium mass range from 60 to 844 μg, the average neutron yield of the prototype at H = 7.17 mm was 3.7 * 10 6 n / s · g 238 Pu, at H = 2.87 mm - 10.8 * 10 6 n / st 238 Pu, which is in good agreement with the calculated values.

Фоновый выход нейтронов не превышает 1,5-2% от выхода нейтронов в состоянии «включено».The background neutron yield does not exceed 1.5-2% of the neutron yield in the on state.

Измеренная мощность дозы гамма-излучения в положении «выключено» составила со стороны дна макета: вплотную 130 мкЗв/час, на расстоянии 20 см - 5 мкЗв/час.The measured dose rate of gamma radiation in the off position was from the bottom of the prototype: close to 130 μSv / h, at a distance of 20 cm - 5 μSv / h.

Выход нейтронов из источника от измерения к измерению практически не изменяется, статистическая погрешность измерений выхода не превышает ~3%, что подтверждает возможность достижения фиксированной величины выхода.The neutron yield from the source from measurement to measurement practically does not change, the statistical error of the yield measurements does not exceed ~ 3%, which confirms the possibility of achieving a fixed yield.

Показано, что результаты измерений и расчетов выхода нейтронов макета КИНГ практически совпадают, что подтверждает справедливость оценки характеристик коммутируемого 238Pu-Ве источника нейтронов.It was shown that the results of measurements and calculations of the neutron yield of the KING mockup practically coincide, which confirms the validity of the assessment of the characteristics of the switched 238 Pu-Be neutron source.

Таким образом, фиксированное относительное положение источника альфа-частиц и мишени (обращенных навстречу излучающей и приемной поверхностями при их геометрическом подобии), обеспечение возможности регулирования потока альфа-частиц между ними посредством введения в устройство подвижного экрана-затвора, установленного с возможностью расположения его в зазоре и вне зазора с фиксацией этих положений, позволило создать источник нейтронов с фиксированной величиной выхода нейтронов от включения к включению при безопасности его использования.Thus, a fixed relative position of the source of alpha particles and the target (facing towards the emitting and receiving surfaces with their geometric similarity), providing the ability to control the flow of alpha particles between them by introducing into the device a movable shutter screen installed with the possibility of its location in the gap and outside the gap with fixing these provisions, it was possible to create a neutron source with a fixed value of the neutron yield from inclusion to inclusion with the safety of its use Bani.

Claims (3)

1. Коммутируемый изотопный нейтронный генератор, содержащий источник альфа-частиц и мишень, выполненную из материала, способного к (α, n) реакции, установленные друг относительно друга с возможностью регулирования потока альфа-частиц на мишень, отличающийся тем, что приемная поверхность мишени зафиксирована с зазором напротив излучающей поверхности источника альфа-части, геометрически подобной приемной поверхности мишени, возможность регулирования потока альфа-частиц на мишень обеспечена посредством подвижного экрана-затвора, выполненного из материала, полностью поглощающего альфа-частицы, и установленного с возможностью размещения в зазоре между мишенью и источником альфа-частиц и вне его с фиксацией положения.1. Switched isotope neutron generator containing an alpha particle source and a target made of a material capable of (α, n) reactions, mounted relative to each other with the ability to control the flow of alpha particles to the target, characterized in that the receiving surface of the target is fixed with a gap opposite the emitting surface of the source of the alpha part, geometrically similar to the receiving surface of the target, the ability to control the flow of alpha particles to the target is provided by means of a movable shutter screen, made of a material that completely absorbs alpha particles, and is installed with the possibility of placement in the gap between the target and the source of alpha particles and out of it with a fixed position. 2. Коммутируемый изотопный нейтронный генератор по п.1, отличающийся тем, что он заключен в герметичный корпус.2. The switched isotopic neutron generator according to claim 1, characterized in that it is enclosed in a sealed enclosure. 3. Коммутируемый изотопный нейтронный генератор по п.2, отличающийся тем, что экран-затвор снабжен элементом из магнитомягкого материала, который связан с электромагнитным приводом, позволяющим фиксировать положение экрана вне зазора, и упругим элементом, позволяющим фиксировать положение экрана внутри зазора, корпус выполнен из немагнитного материала.
Figure 00000001
3. The switched isotopic neutron generator according to claim 2, characterized in that the shutter screen is equipped with an element of soft magnetic material, which is connected to an electromagnetic drive that allows you to fix the position of the screen outside the gap, and an elastic element that allows you to fix the position of the screen inside the gap, the housing is made from non-magnetic material.
Figure 00000001
RU2005131485/22U 2005-10-10 2005-10-10 SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR RU52651U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005131485/22U RU52651U1 (en) 2005-10-10 2005-10-10 SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005131485/22U RU52651U1 (en) 2005-10-10 2005-10-10 SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU52651U1 true RU52651U1 (en) 2006-04-10

Family

ID=36459470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005131485/22U RU52651U1 (en) 2005-10-10 2005-10-10 SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU52651U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112420235A (en) * 2020-10-26 2021-02-26 南京即衡科技发展有限公司 Combinable controllable Am-Be neutron source device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112420235A (en) * 2020-10-26 2021-02-26 南京即衡科技发展有限公司 Combinable controllable Am-Be neutron source device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Turner Atoms, radiation, and radiation protection
US4829191A (en) Switchable radioactive neutron source device
L’Annunziata The atomic nucleus, nuclear radiation, and the interaction of radiation with matter
RU52651U1 (en) SWITCHED ISOTOPE NEUTRON GENERATOR
Arnold Handbook of shielding requirements and radiation characteristics of isotopic power sources for terrestrial, marine, and space applications
Swanson et al. Dosimetry for radiological protection at high-energy particle accelerators
Steinetz et al. Experimental observations of nuclear activity in deuterated materials subjected to a low-energy photon beam
TENTORI Laser-driven neutron sources: a first numerical investigation
BOARD Nuclear physics
Veeser et al. Neutrons produced by 740-MeV protons on uranium
Albertini et al. Neutralization of radionuclides
Morgado A portable 10-MeV electron linear accelerator as a neutron camera
COUNTERS Nuno Filipe Viseu Duarte
Rapp Design and construction of a large area detector system and neutron total cross section measurements in the energy range 0.4 to 20 MeV
Gustafsson Optimization of material in proton-therapy collimators with respect to neutron production
Zaider et al. Radiation science for physicians and public health workers
Forkel-Wirth et al. Performance requirements for monitoring pulsed, mixed radiation fields around high energy accelerators
Zhang et al. Thick target neutron yields from Beryllium, Carbon, Tungsten, and Lead targets irradiated by 26.7 MeV/nucleon 4He ions
Suárez et al. High resolution 80Se (n, γ) cross section measurement at CERN n_TOF and development of the novel i-TED detection system
Hughes Reactor techniques
Hashemi-Nezhad et al. Research into accelerator driven systems using particle track detectors
Stanford et al. Switchable radioactive neutron source device
Chernikova et al. Development of the neutron-gamma-neutron (NGN) approach for the fresh and spent fuel assay
Ullmann et al. DANCE: A 4π barium fluoride detector for measuring neutron capture on unstable nuclei
McCall Neutron measurements

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20071011