СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ КАМЕР ДЕЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01T1/185 

Область техники и уровень техники

Изобретение относится к области недеструктивных технологий измерения.

В частности изобретение касается способа обработки сигналов измерения, поступающих из камеры деления и получаемых в результате активного нейтронного запроса.

Способ обработки в соответствии с настоящим изобретением предназначен, в частности, для обработки первичных сигналов, выдаваемых устройством калибровки камеры деления, таким как устройство, являющееся объектом патентной заявки, поданной одновременно на имя заявителя под названием «Устройство измерения скорости счета и соответствующее устройство калибровки камеры деления», и эти устройства будут упоминаться в настоящей заявке в качестве ссылки.

Камеры деления используют для обнаружения нейтронов. Камера деления содержит делящееся вещество и газ, который может ионизироваться. Под действием нейтронов делящееся вещество испускает частицы, которые ионизируют газ. Количество ионизированного газа отражает количество нейтронов, поступивших в камеру деления. В испускании частиц, ионизирующих газ, участвует только часть делящегося вещества, называемая эффективной массой ("effective mass" на английском языке). На практике точное знание эффективной массы необходимо для определения абсолютных физических величин, которыми являются нейтронный поток или спектральные коэффициенты. Способ обработки в соответствии с настоящим изобретением позволяет вычислять эффективную массу делящегося изотопа на основании измерений, выдаваемых калибровочным устройством, таким как вышеупомянутое устройство.

В настоящее время калибровку камер деления осуществляют в ядерном реакторе либо по спектру тепловых нейтронов (тепловая колонна), либо по спектру нейтронов деления. Для этого были разработаны многочисленные методы калибровки. Все эти методы требуют использования и наличия исследовательского реактора. Из соображений безопасности эти методы требуют использования экспериментальных процедур, которые являются сложными в применении и, следовательно, дорогими. Кроме того, исследовательских реакторов, оборудованных калибровочными устройствами, становится в мире все меньше, поэтому для калибровки камер деления приходится прибегать к перемещению оборудования.

Способ обработки в соответствии с настоящим изобретением позволяет надежно, точно и основательно определять эффективные массы камер деления, избегая вышеупомянутых недостатков.

Сущность изобретения

В этой связи объектом настоящего изобретения является способ определения эффективных масс N закладок делящегося вещества, размещенных соответственно в N измерительных камерах деления, при этом N является целым числом, большим или равным 1, характеризующийся тем, что содержит:

A) первый этап измерения, на котором измеряют скорость счета для N закладок делящегося вещества с известными эффективными массами, размещенных соответственно в N калибровочных камерах деления, соответственно идентичных по своим внешним размерам с N измерительными камерами деления, для получения матрицы [С]₀ скорости счета известных закладок делящегося вещества;

B) второй этап измерения, на котором измеряют скорость счета для N закладок делящегося вещества, размещенных в N измерительных камерах деления, для получения матрицы [С] скорости счета закладок делящегося вещества, при этом второй этап измерения осуществляют в условиях измерения, идентичных условиям измерения, при которых осуществляют первый этап измерения, и

C) этап вычисления матрицы-столбца [m], такой как:

,

при этом коэффициенты матрицы [m] являются определяемыми эффективными массами, символы ".I" и "х" являются соответственно оператором «деления матриц» и оператором «произведения матриц», и матрицы [а], и являются соответственно:

- матрица [а] - известной матрицей изотопных анализов, соответствующей N закладкам делящегося вещества с определяемыми эффективными массами,

- матрица - обратной матрицей известной матрицы [а]₀ изотопных анализов, соответствующей N закладкам делящегося вещества с известными эффективными массами,

- матрица - обратной матрицей известной матрицы [m]₀, коэффициентами которой являются известные эффективные массы N известных закладок делящегося вещества.

Согласно дополнительному отличительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением вычисляют матрицу дисперсий для матрицы [m], имеющую вид:

где

- var[C] является матрицей дисперсий матрицы С,

- var[a] является матрицей дисперсий матрицы [а],

- var[X] является матрицей дисперсий матрицы [X], имеющей вид:

,

- является матрицей, содержащей члены m_ij в степени 2, при этом m_ij являются коэффициентами матрицы [m], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,

- является матрицей, содержащей члены a_ij в степени 2, при этом a_ij являются коэффициентами матрицы [а], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,

- является матрицей, содержащей члены X_ij в степени 2, при этом X_ij являются коэффициентами матрицы [X], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,

- является матрицей, содержащей члены ([а]×[Х])_ij в степени 2, при этом ([а]×[Х])_ij являются коэффициентами матрицы произведения [а]×[X], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы.

Конкретно изобретение содержит три сегмента:

a) Представление задачи в виде уравнения, которое позволяет при помощи матричной системы уравнений выразить скорость счета, регистрируемую на камерах деления, в зависимости от эффективных масс, от составов изотопов камер и от массовых макроскопических эффективных сечений деления изотопов в нейтронном спектре, связанном с проектной конфигурацией калибровочного устройства.

b) Первичная калибровка, предназначенная для определения массовых макроскопических эффективных сечений изотопов, рассматриваемых в данной конфигурации калибровочного устройства (этот этап требует использования первичных эталонных камер деления, эффективная масса и изотопные составы которых известны с достаточной точностью, при этом указанные первичные эталоны могут быть произведены специально либо предварительно калиброваны в другом калибровочном устройстве (например, в реакторе)).

c) Вторичная калибровка, которая при известных изотопных составах и скоростях счета, полученных в калибровочном устройстве в результате активного нейтронного запроса, позволяет выявить эффективную массу главного изотопа, содержащегося в камерах деления.

Для всех актинидов при помощи калибровочного устройства в конфигурации быстрых нейтронов способ обработки в соответствии с настоящим изобретением позволяет достигать точности калибровки, эквивалентной точности, достигаемой в реакторе.

В случае калибровочного устройства в конфигурации тепловых нейтронов способ обработки в соответствии с настоящим изобретением позволяет получать точность, эквивалентную точности, получаемой в реакторе в случае делящихся изотопов с тепловыми нейтронами.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - принципиальная схема измерительного блока, входящего в состав устройства измерения скорости счета, выдающего сигналы измерения, которые можно обработать при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - вид в частичном разрезе первого примера конструкции, которая входит в состав устройства измерения скорости счета, выдающего сигналы измерения, которые можно обработать при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 - вид в частичном разрезе второго примера конструкции, которая входит в состав устройства измерения скорости счета, выдающего сигналы измерения, которые можно обработать при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - принципиальная схема устройства измерения скорости счета камеры деления, выдающего сигналы измерения, которые можно обработать при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5 - принципиальная схема способа обработки сигналов измерения в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6 - принципиальная схема калибровочного устройства камеры деления, в котором применяют способ обработки сигналов измерения в соответствии с настоящим изобретением.

На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

Описание предпочтительного варианта выполнения изобретения

На фиг.1-4 в качестве неограничивающего примера показано устройство измерения скорости счета, выдающее сигналы измерения, которые можно обработать при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.1 показан измерительный блок, входящий в состав устройства измерения скорости счета. Измерительный блок 1 содержит герметичную камеру 2, содержащую материал 3, в котором выполнена полость 4, и счетчик нейтронов К. Материалом герметичной камеры 2 является, например, полиэтилен, а материалом 3 является, например, графит. Продольная полость 5 выполнена с возможностью размещения в ней камеры деления внутри материала 3. В материале 3 вблизи полости 5 установлен генератор 6 нейтронов. Цилиндрическая полость 5 выходит в полость 4 через отверстие О. В варианте выполнения, показанном на фиг.1, счетчик К нейтронов установлен рядом с герметичной камерой 2. Изобретение можно применять также для случая, когда счетчик нейтронов установлен в герметичной камере 2.

На фиг.2 показан вид в частичном разрезе первого примера конструкции, входящей в состав устройства измерения скорости счета.

Конструкция, показанная на фиг.2, предназначена для получения спектра быстрых нейтронов. Полость 5 содержит коаксиальные цилиндрические кожухи 8, 9, при этом кожух 8 охватывает кожух 9. Кожухи 8 и 9 выполнены, например, из нержавеющего металла и имеют толщину 1 мм. Листовой материал 13, например, кадмиевый лист толщиной 1 мм закрывает наружную сторону цилиндра 9. Листовой материал 13 предназначен для захвата тепловых нейтронов, то есть нейтронов, энергия которых меньше 0,625 эВ. В пространстве, разделяющем листовой материал 13 и кожух 8, помещают блок материала 10. Материал 10, например боролен (бор и полиэтилен), имеет толщину, равную, например, 16 мм. Два центровочных кольца 15 и 16 удерживают и выравнивают цилиндрические кожухи 8 и 9 в полости 5. Упор В закрывает полость со стороны центровочного кольца 16. Камера деления СН находится в цилиндрическом кожухе 9. Первый конец камеры деления соединен с соединительным элементом 12, который собирает электроны, получаемые в результате ионизации газа, содержащегося в камере. Этот первый конец камеры деления находится на расстоянии D от отверстия О, а другой конец камеры находится на расстоянии d от упора В. Соединительный элемент 12 соединяют с жестким коаксиальным кабелем 11. В полости 4 установлен цилиндрический кожух 17, например кожух из нержавеющего металла толщиной 1 мм, выровненный с цилиндрическим кожухом 9. Центровочное кольцо 14 удерживает жесткий коаксиальный кабель 11 в цилиндрическом кожухе 17. Разъем соединяет жесткий коаксиальный кабель 11 с гибким измерительным кабелем 7, который передает сигнал в схемы обработки (на фиг.2 не показаны; см. фиг.3).

Предпочтительно система направления и позиционирования, образованная элементами 14, 15 и 16, обеспечивает хорошую воспроизводимость осевого положения и радиальной центровки камеры СН. Точность, достигаемая для этого положения, может составлять, например, 1 мм и даже меньше. Кроме того, камера деления СН, соединительный элемент 12 и коаксиальный кабель 11 выполнены с возможностью продольного перемещения в цилиндрическом кожухе 9. Предпочтительно продольное перемещение камеры деления позволяет найти оптимальное положение камеры, то есть положение, при котором результаты измерения соответствуют максимальному потоку.

Материалы и размеры конструкции в соответствии с настоящим изобретением, показанной на фиг.2, предпочтительно определяют при помощи вычислительной программы Monte-Carlo MCNP (MCNP - сокращение от "Monte-Carlo N-Particle", метод Монте-Карло для N частиц) в применении к нейтронам. Именно при помощи этой вычислительной программы определяют вышеупомянутые материалы и размеры. Вместе с тем, для этой конструкции можно выбрать и другие материалы с эквивалентными характеристиками. Выбор этих других материалов в этом случае предполагает другие размеры при достижении по существу эквивалентных рабочих характеристик. Вышеупомянутые материалы позволяют реализовать калибровочное устройство с «приемлемыми» размерами, то есть устройство, не слишком объемное и не слишком габаритное. Выбор нержавеющего металла для цилиндрических кожухов 8, 9 и 17 позволяет обеспечить отличную жесткость для всего устройства и гарантировать его износоустойчивость. Выбор боролена предопределен стойкостью этого материала к старению, его эффективностью при захвате тепловых нейтронов и его низкой стоимостью.

Устройство 14, 15, 16 центровки камеры деления является специфическим для каждого диаметра рассматриваемой камеры. Центровочные кольца 14, 15, 16 и упор В выполняют, например, из нержавеющего металла. Диаметры центровочных колец и механическую обработку упора В определяют в соответствии с диаметром жесткого коаксиального кабеля 11.

В описанной выше конструкции внутрь камеры деления попадают только нейтроны, которые не подверглись замедлению/термализации в графите блока и в боролене. Таким образом, в камеру деления попадают только быстрые нейтроны, испускаемые генератором 6, то есть нейтроны, которые не подверглись взаимодействию.

На фиг.3 показан вид в частичном разрезе второго примера конструкции, входящей в состав устройства измерения скорости счета. Показанная на фиг.3 конструкция предназначена для получения спектра тепловых нейтронов. Полость 5 содержит все составные элементы, уже описанные со ссылками на фиг.2, за исключением блока материала 10 и кадмиевого листа 13. В данном случае пространство между кожухами 8 и 9 заполнено воздухом. Как и в предыдущем случае, положение камеры деления можно регулировать в продольном направлении, например, при помощи вышеуказанных средств перемещения скольжением.

Нейтроны, испущенные генератором 6, могут попадать в камеру деления, независимо от своей энергии. Вместе с тем, сначала эти нейтроны проходят через толщину графита, составляющую, например, от 0 см и примерно до 40 см в зависимости от положения, занимаемого камерой деления в кожухе 9, что позволяет дискриминировать их по энергии в зависимости от момента их попадания на уровень камеры деления, то есть в зависимости от толщины пересекаемого графита. В качестве неограничительного примера можно указать, что вычисления, проведенные при помощи программы Monte-Carlo MCNP4C2, показали, что более 99,9% нейтронов, эмитируемых генератором нейтронов с частотой испускания 125 Гц, после каждого испускания являются тепловыми нейтронами в диапазоне времени от 700 мкс до 3500 мкс при любом осевом положении камеры в калибровочном устройстве.

На фиг.4 показана принципиальная схема устройства измерения скорости счета камеры деления. Это устройство измерения содержит:

- описанный выше измерительный блок 1, в который интегрированы камера деления СН, генератор 6 нейтронов и счетчик К нейтронов,

- систему обработки ST сигналов, выдаваемых камерой деления СН и счетчиком К, и которая выдает, с одной стороны, сигнал, характеризующий сигнал, выдаваемый камерой деления, и, с другой стороны, сигнал, характеризующий сигнал, выдаваемый счетчиком К, и

- вычислительную схему 34, которая вычисляет скорость счета С камеры деления, нормированную по отношению к сигналу, выдаваемому счетчиком К, на основании сигналов, выдаваемых системой обработки ST.

Система обработки ST содержит:

- предусилитель 18, который усиливает сигнал, поступающий через измерительный кабель 7 от камеры деления СН,

- усилитель 20, соединенный с предусилителем 18 при помощи многожильного кабеля 19, подающего в направлении камеры деления СН высокое напряжение НТ и низкое напряжение ВТ,

- электронную схему 21, соединенную кабелем 27 с генератором 6 нейтронов,

- схему 32 сбора данных, которая содержит усилитель 22, карту 23 сбора данных и цепь высокого напряжения 24, при этом усилитель 22 получает через кабель 26 сигнал от счетчика К и через электрическое соединение 33 - высокое напряжение от цепи 24, при этом кабель 26 питает высоким напряжением НТ₀ счетчик К, карта 23 сбора данных получает через электрическое соединение 29 сигнал, выдаваемый усилителем 20, и через электрическое соединение 28 - сигнал, выдаваемый электронной схемой 21, при этом усилитель 22 выдает сигнал, характеризующий сигнал, выдаваемый счетчиком К, а карта 23 сбора данных выдает сигнал, характеризующий сигнал, выдаваемый камерой деления.

В качестве не ограничительного примера можно указать, что устройство измерения скорости счета, показанное на фиг.4, содержит только одну камеру деления. В более общем случае устройство измерения скорости счета содержит N камер деления, при этом N является целым числом, большим или равным 1.

На фиг.5 показана принципиальная схема способа определения эффективной массы в соответствии с настоящим изобретением. Способ описан для общего случая, когда одновременно вычисляют N эффективных масс N делящихся закладок, содержащихся в N измерительных камерах деления. Каждая делящаяся закладка содержит главный изотоп и примеси.

Прежде всего, способ в соответствии с настоящим изобретением содержит два этапа измерения Е1 и Е2. Этап Е1 является этапом измерения скорости счета N закладок делящегося вещества с известными эффективными массами, помещенных в N калибровочных камер деления, соответственно идентичных N измерительным камерам деления, а этап Е2 является этапом измерения скорости счета N закладок делящегося вещества, эффективные массы которых необходимо определить. Под «идентичными» камерами деления следует понимать камеры деления с идентичными внешними размерными характеристиками (диаметр и длина камеры) с учетом производственных допусков, при этом другие характеристики необязательно являются идентичными. Этап Е1 приводит к получению матрицы [С]₀, которая является матрицей скоростей счета, измеряемых на N закладках делящегося вещества с известными эффективными массами, а этап Е2 приводит к получению матрицы [С] скоростей счета, измеряемых на N закладках делящегося вещества с определяемыми эффективными массами. Матрицы [С]₀ и [С] получают, например, на основании измерений нормированных скоростей счета, выдаваемых устройством, таким как устройство, показанное на фиг.4. Во время этапов Е1 и Е2 измеренные скорости счета получают в идентичных условиях измерения. Под «идентичными условиями измерения» подразумевается, что в обоих случаях камера деления занимает в измерительном блоке одинаковое положение, что конфигурация измерений идентичная (быстрые нейтроны или тепловые нейтроны) и что интервал времени, в котором производят измерения, является идентичным.

За этапами Е1 и Е2 следует этап Е3 вычисления матрицы [m], такой как:

где символы ".I" и "х" являются соответственно оператором «деления матриц» и оператором «произведения матриц».

Матрица [m] является матрицей-столбцом, коэффициентами которой являются эффективные массы, которые необходимо определить.

Матрицы [а], и являются известными матрицами:

- матрица [а] является матрицей изотопных анализов N закладок, содержащихся в N камерах деления, нормированных по отношению к главным изотопам,

- матрица является обратной матрицей матрицы [а]₀ изотопных анализов известных N закладок делящегося вещества, и

- матрица является обратной матрицей матрицы-столбца [m]₀, построенной на основании известных N эффективных масс, соответствующих N известным закладкам делящегося вещества.

При помощи известных матриц [а], и и матриц [С] и [С]₀, построенных на основании вышеупомянутых измерений, можно вычислить матрицу [m] (см. уравнение (1)).

Кроме матрицы [m] на этапе Е3 вычисляют также матрицу дисперсий var[m], где var(m) обозначает дисперсию эффективной массы m. Более подробно уравнение матрицы дисперсий представлено ниже.

Предположив независимость коэффициентов матриц , и [С]₀, матрицу дисперсий матрицы m можно записать в виде:

где

- var[C] является матрицей дисперсий матрицы С,

- var[a] является матрицей дисперсий матрицы [а],

- var[X] является матрицей дисперсий матрицы [X], имеющей вид:

- является матрицей, содержащей члены m_ij в степени 2, при этом m_ij являются коэффициентами матрицы [m], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,

- является матрицей, содержащей члены a_ij в степени 2, при этом a_ij являются коэффициентами матрицы [а], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,

- является матрицей, содержащей члены X_ij в степени 2, при этом X_ij являются коэффициентами матрицы [X], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,

- является матрицей, содержащей члены ([а]×[Х])_ij в степени 2, при этом ([а]×[Х])_ij являются коэффициентами матрицы произведения [а]×[X], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы.

Как правило, камера деления главного изотопа i содержит примеси. На практике примеси U-234 и U-236 часто присутствуют в ничтожном количестве в урановых камерах U-233, U-235 или U-238 и не создают проблем. Например, в случае камер Pu-238 примесью U-234 является продукт радиоактивного распада Pu-238 с периодом полураспада 87,7 лет. Если камера Pu-238 является достаточно новой, количеством U-234 можно пренебречь.

В случае, когда примесями пренебрегать невозможно, способ в соответствии с настоящим изобретением учитывает их влияние. В этом случае вычисляемыми коэффициентами матрицы [m] будут эквивалентные эффективные массы, которые, кроме эффективных масс основных изотопов, учитывают эффективные массы примесей, присутствующих в камере деления. В качестве неограничивающего примера ниже приводится выражение для эквивалентной эффективной массы основного изотопа Pu-238, который содержит примеси U-234.

Эквивалентное число N_eq ядер изотопа Pu-238, содержащихся в камере деления, вычисляют при помощи следующего уравнения:

где

- N₄ является числом ядер U-234, содержащихся в камере и известных в результате анализа,

- N₈ является числом ядер Pu-238, содержащихся в камере и известных в результате анализа,

- σ_4,c является микроскопическим эффективным сечением деления примеси U-234, вычисленным, например, при помощи программы MCNP4C2 в условиях измерения (интервал времени отсчета и рассматриваемый спектр быстрых или тепловых нейтронов),

- σ_8,с является микроскопическим эффективным сечением деления примеси Pu-238, вычисленным, например, при помощи программы MCNP4C2 в условиях измерения (интервал времени отсчета и быстрый или тепловой характер рассматриваемого спектра нейтронов).

В этом случае эквивалентную эффективную массу m_eq Pu-238, которую учитывают в качестве коэффициента матрицы [m], получают при помощи следующей формулы:

где

- m₄ является эффективной массой U-234 в камере,

- 238 является массовым числом Pu-238,

- 234 является массовым числом U-234,

- σ_m4c является массовым микроскопическим эффективным сечением деления U-234, вычисленным, например, при помощи программы MCNP4C2 в условиях измерения (интервал времени отсчета и быстрый или тепловой характер рассматриваемого спектра нейтронов),

- σ_m8c является массовым микроскопическим эффективным сечением деления Pu-238, вычисленным, например, при помощи программы MCNP4C2 в условиях измерения (интервал времени отсчета и быстрый или тепловой характер рассматриваемого спектра нейтронов),

- m₈ является эффективной массой Pu-238 в камере.

На фиг.6 показана принципиальная схема устройства калибровки камеры деления, в котором применяют способ в соответствии с настоящим изобретением. Кроме элементов, упомянутых в связи с фиг.4, калибровочное устройство содержит вычислительную схему 35. Вычислительная схема 35, например компьютер, применяет способ вычисления в соответствии с настоящим изобретением, описанный со ссылками на фиг.5.

Эффективную массу и соответствующую дисперсию var(m) вычисляют на основании измеренной скорости счета С (матрица [С] в общем случае), измеренной скорости счета С₀ (матрица [С]₀ в общем случае) и известных данных а, и (соответственно матрицы [а], и в общем случае).

В качестве иллюстрации и подтверждения способа в соответствии с настоящим изобретением ниже приведены результаты калибровки, полученные с камерами деления основных изотопов: Th-232, U-235, U-238, Np-237, Pu-239, Pu-240, Pu-241, Pu-242 и Am-241. Эти результаты получены для двух конфигураций (тепловые и быстрые нейтроны) устройства калибровки в соответствии с настоящим изобретением путем активного нейтронного запроса. Они подтверждены по отношению к калибровкам, выполненным в условиях реактора. Полученные результаты в конфигурации тепловых и быстрых нейтронов были тоже сравнены и подтверждены между собой. Результаты представлены в таблицах 1-11 в конце описания.

Получение опорных данных

В таблице 1 собраны все изотопные составы рассматриваемых камер деления. Процентное содержание изотопов нормировано по содержанию основного изотопа.

Коэффициент дисперсии (то есть относительная погрешность) для процентного содержания изотопов получен путем обратной проверки изотопных анализов и зависит, таким образом, от лаборатории и от средств анализа. Например, для определения коэффициента дисперсии у в % к изотопному содержанию х использовали соотношение:

у=0.002406 х^-0.609

Известные эффективные массы основных изотопов были получены, например, путем калибровки в условиях реактора (см. таблицу 2), что позволяет определить число ядер, выраженное матрицей [n]:

[n]=[m]×[а].

Результаты первичной калибровки

В конфигурации устройства калибровки для быстрых нейтронов значения скорости счета, полученные на основании первичных эталонных камер, приведены в таблице 3. Они нормированы на скорость счета монитора Helium3.

Следует отметить, что в первичных эталонах не учитывались камеры U_nat №3 и Pu-239 №6. Они будут использованы в дальнейшем, чтобы проверить достоверность полученных результатов по отношению к массе, калиброванной в реакторе.

С учетом вышеуказанных данных можно легко решить уравнение (3), и результат этого решения представлен в таблице 4, выраженный по отношению к выбранной единице массы, равной 1 мкг.

Отмечается, что относительная погрешность для массовых макроскопических эффективных сечений изотопов является превосходной и составляет примерно от 1% до 4%, из которых, по меньшей мере, 1% связан с воспроизводимостью измерения и примерно 2%-3% связаны с погрешностями массы первичных эталонов.

В конфигурации калибровочного устройства для тепловых нейтронов значения скорости счета, полученные на основании первичных эталонных камер, представлены в таблице 5. Они нормированы на скорость счета монитора Helium3.

С учетом вышеуказанных данных можно легко решить уравнение (3), и результат этого решения представлен в таблице 6, выраженный по отношению к выбранной единице массы, равной 1 мкг.

Отмечается, что относительная погрешность для массовых макроскопических эффективных сечений для изотопов, делящихся с образованием тепловых нейтронов, является превосходной и составляет примерно от 2% до 3%, из которых, по меньшей мере, 1% связан с воспроизводимостью измерения и примерно 2%-3% связаны с погрешностями масс первичных эталонов.

Напротив, погрешность, связанная с массовыми макроскопическими эффективными сечениями изотопов, не делящихся с образованием тепловых нейтронов, является высокой (~10% для Pu-242, ~20% для Pu-240) за счет того, что сечения этих изотопов являются очень малыми, примерно в 100 раз меньше сечений Pu-239, Pu-241 и U-235. Кроме того, отмечается, что математически найдено нулевое эффективное сечение для U-238.

Совокупность всех этих элементов доказывает, что нейтронный спектр запроса камер деления в конфигурации калибровочного устройства для тепловых нейтронов, является чисто тепловым.

Вторичная калибровка камер деления по эффективной массе

В таблице 7 представлены список камер деления, калиброванных по эффективной массе в калибровочном устройстве с конфигурацией для быстрых нейтронов, а также соответствующие отсчеты и погрешности.

В таблице 8 представлены список камер деления, калиброванных по эффективной массе в калибровочном устройстве с конфигурацией для тепловых нейтронов, а также соответствующие отсчеты и погрешности.

Результаты калибровок при конфигурации для быстрых нейтронов

Поскольку матрица изотопных составов и их погрешностей известна из таблицы 1, получают эффективные массы при помощи уравнения (1) (см. таблицу 9).

Отмечается, что погрешности калиброванных эффективных масс составляют примерно от 2% до 3% для рассматриваемых актинидов (5% в случае Аm-241), то есть сравнимы с погрешностями, полученными при калибровках в реакторе.

Для шести камер, калиброванных одновременно в устройстве с конфигурацией для быстрых нейтронов ("Dispo") и в реакторе ("Reacteur"), отмечают отклонение , меньшее экспериментальной погрешности (CV (%)). Таким образом, можно сделать вывод, что результаты согласуются друг с другом, что подтверждает измерения, произведенные в калибровочном устройстве с конфигурацией для быстрых нейтронов.

Результаты калибровок при конфигурации для тепловых нейтронов

Поскольку матрица изотопных составов и их погрешностей известна из таблицы 1, получают эффективные массы при помощи уравнения (1) (см. таблицу 10).

Отмечается, что погрешности калиброванных эффективных масс составляют примерно от 2% до 3% в случае изотопов, делящихся с образованием тепловых нейтронов (U-235, Pu-239), то есть сравнимы с погрешностями, полученными при калибровках в реакторе.

В случае изотопов, не делящихся с образованием тепловых нейтронов (в данном случае Pu-240 и U-238), погрешности являются более значительными (от 5% до 80% в зависимости от количества делящихся примесей, содержащихся в этих закладках с основными изотопами, не делящимися с образованием тепловых нейтронов). Эти погрешности намного больше, чем при калибровках в конфигурации калибровочного устройства для быстрых нейтронов путем активного нейтронного запроса или в реакторе.

Относительно качества следует отметить, что калибровки при конфигурации для тепловых нейтронов позволяют получать достаточную точность только для изотопов, делящихся с образованием тепловых нейтронов.

Тем не менее, для шести камер, калиброванных одновременно в устройстве с тепловой конфигурацией ("Dispo") и в реакторе ("Reacteur"), отмечают отклонение , меньшее экспериментальной погрешности (CV (%)). Таким образом, можно сделать вывод, что результаты согласуются друг с другом, что подтверждает измерения, произведенные в калибровочном устройстве с конфигурацией для тепловых нейтронов.

Сравнение кадибровок при быстрой и тепловой конфигурациях

В таблице 11 представлено сравнение между результатами, полученными калибровочным устройством в конфигурациях для тепловых и быстрых нейтронов.

Отмечается превосходное согласие результатов, при этом отклонение по-прежнему намного меньше экспериментальной погрешности при 1 стандартном отклонении.

Изобретение относится к способу определения эффективных масс закладок делящегося вещества. Сущность изобретения заключается в том, что содержит: А) этап измерения (Е1) скорости счета для закладок делящегося вещества с известными эффективными массами для получения матрицы [С]₀; В) этап измерения (Е2) скорости счета для закладок делящегося вещества для получения матрицы [С], и С) этап вычисления (Е3) эффективных масс, определяемых в виде матрицы-столбца [m], имеющей вид: , при этом матрица [а] является известной матрицей изотопных анализов закладок делящегося вещества с определяемыми эффективными массами, матрица является обратной матрицей известной матрицы [а]₀ изотопных анализов, соответствующей закладкам делящегося вещества с известными эффективными массами, матрица является обратной матрицей известной матрицы [m]₀, коэффициентами которой являются известные эффективные массы. Технический результат - повышение точности определения эффективной массы делящегося изотопа. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения эффективных масс N закладок делящегося вещества, размещенных соответственно в N измерительных камерах деления, при этом N является целым числом, большим или равным 1, характеризующийся тем, что содержит
A) первый этап измерения (E1), на котором измеряют скорость счета для N закладок делящегося вещества с известными эффективными массами, размещенных соответственно в N калибровочных камерах деления, соответственно идентичных по своим внешним размерам N измерительным камерам деления, для получения матрицы [С]₀ скорости счета известных закладок делящегося вещества,
B) второй этап измерения (Е2), на котором измеряют скорость счета для N закладок делящегося вещества, размещенных в N измерительных камерах деления, для получения матрицы [С] скорости счета закладок делящегося вещества, при этом второй этап измерения осуществляют в условиях измерения, идентичных условиям измерения, при которых осуществляют первый этап измерения, и
C) этап вычисления (Е3) матрицы-столбца [m], имеющий вид
,
при этом коэффициенты матрицы [m] являются определяемыми эффективными массами, символы ".I" и "×" являются соответственно оператором «деления матриц» и оператором «произведения матриц», а матрицы [а], и являются соответственно:
матрица [а] - известной матрицей изотопного анализа, соответствующей N закладкам делящегося вещества с определяемыми эффективными массами,
матрица - обратной матрицей известной матрицы [а]₀ изотопных анализов, соответствующей N закладкам делящегося вещества с известными эффективными массами,
матрица - обратной матрицей известной матрицы [m]₀, коэффициентами которой являются известные эффективные массы N известных закладок делящегося вещества.

2. Способ по п.1, в котором вычисляют матрицу дисперсий для матрицы [m], имеющую вид

где
var[C] - матрица дисперсий матрицы С,
var[a] - матрица дисперсий матрицы [а],
var[X] - матрица дисперсий матрицы [X], имеющей вид
,
- матрица, содержащая члены m_ij в степени 2, при этом m_ij являются коэффициентами матрицы [m], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,
- матрица, содержащая члены a_ij в степени 2, при этом a_ij являются коэффициентами матрицы [а], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,
- матрица, содержащая члены X_ij в степени 2, при этом X_ij являются коэффициентами матрицы [X], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы,
- матрица, содержащая члены ([a]×[X])_ij в степени 2, при этом ([a]×[X])_ij являются коэффициентами матрицы произведения [а]×[Х], i является индексом, связанным со строками матрицы, и j является индексом, связанным со столбцами матрицы.