СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ F Советский патент 1995 года по МПК G01T3/00 

Изобретение предназначено для измерения нейтронного излучения от источников и установок, используемых в ядерно-физических исследованиях и в атомной промышленности.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения.

Сущность изобретения заключается во введении поправки η в результат измерения физической величины F, полученный с помощью детектора D₁ с известной зависимостью чувствительности от энергии S₁(E). Для этого применяют второй детектор D₂ с известной чувствительностью S₂(Е), в котором отношение S₁(E)/S₂(Е) монотонно возрастало или убывало на характерных участках энергий нейтронов - участках Δ Е значительных отклонений S₁(Δ Е) от требуемых значений чувствительности S_тр (Δ Е) для идеального детектора.

Искомая поправка определяется как отношение
η = (1)
Для внесения этой поправки необходимо определить эффективную энергию измеряемого нейтронного излучения Е_эф. Е_эф можно определить, зная отношение скорости счета N₁ к N₂, равное С₁, измеренные детекторами D₁ и D₂ в исследуемом нейтронном поле, и из экспериментально измеренного для детекторов D₁ и D₂ графика S₁/S₂=N₁/N₂=f(Е).

Можно показать, что измеряемую величину F с учетом поправки можно представить в виде
F = (2)
Такой подход обусловлен тем, что для каждого реально существующего нейтронного детектора D₁ с известной чувствительностью S₁(Е) может быть подобран второй детектор D₂ с такой чувствительностью S₂(Е), которая позволяет определить эффективную энергию измеряемого нейтронного излучения Е_эф. Эффективную энергию необходимо определять в энергетических интервалах Δ Е_i, где S_i (Δ E_i) заметно отличается от требуемой чувствительности S_тр(Δ Е;).

В ряде случаев функции детектора D₂ могут быть выполнены с помощью измененного детектора D₁ за счет небольших изменений его конструкции или взаиморасположения его узлов, обеспечивающих требуемое изменение его чувствительности до требуемой зависимости S₂(Е).

На практике наиболее часто используются для измерения нейтронных полей три характерных типа детекторов.

Ниже приводятся примеры реализации предлагаемого способа для указанных типов детекторов.

Зависимости чувствительностей от энергии нейтронов для радиометров плотности потока представлены на фиг.1 и 2, для дозиметра эквивалентной дозы - на фиг.3 и для дозиметра поглощенной дозы - на фиг.4.

На фиг. 1 экспериментальная зависимость чувствительности S₁(Е) для детектора D₁ - кривая 1, отношение чувствительностей S₁/S₂(Е) от энергии нейтронов Е_n соответственно для детекторов D₁ и D₂ - кривая 2, требуемая чувствительность S_тр(Е) для идеального детектора - кривая 3.

На фиг. 2 экспериментальная зависимость чувствительности S₁(Е) для детектора D₁ - кривая 4, отношение чувствительностей S₁/S₂(Е) от энергии нейтронов Е_n соответственно для детектора - кривая 6.

На фиг. 3 экспериментальная зависимость чувствительностей S₁(Е)/S₁(750 кэВ) для детектора D₁ - кривая 7, отношение чувствительностей (E) = соответственно для детекторов D₂ и D₁ - кривая 8, кривая 9 характеризует S_тр(Е)/S_тр (750 кэВ) - чувствительность в зависимости от энергии, отнесенная к значению чувствительности при Е_n = 750 кэВ для идеального эквадозиметра.

На фиг. 4 экспериментальные зависимости отношений чувствительностей S₁/S₂(Е) для детекторов D₁ и D₂ - кривая 10, кривая 11 характеризует чувствительность идеального дозиметра поглощенной дозы в зависимости от энергии, отнесенную к его чувствительности при энергии E_n = 24 кэВ.

П р и м е р 1. Плотность потока нейтронов измерялась с помощью детектора D₁ - всеволнового счетчика нейтронов ОВС-3 (счетчик Хансона и Мак-Киббана) и детектора - D₂ (счетчика ОВС-3, в котором газоразрядный счетчик смещен по центральному каналу вглубь замедлителя на 15 см). На фиг.1 представлены экспериментальные зависимости чувствительности S₁(Е) для детектора D₁ (кривая 1) и отношение чувствительностей S₁/S₂(Е) от энергии нейтронов Е_n соответственно для детекторов D₁ и D₂ (кривая 2). Кривая 3 характеризует требуемую чувствительность S_тр(Е) идеального для измерения плотности потока детектора. Для нахождения истинного значения плотности потока нейтронов в исследуемом поле нейтронов измеряем с помощью детекторов D₁ и D₂ значения N₁ и N₂. Вычисляем N₁/N₂=С₁, затем по кривой 2 для значения С₁ на оси Е_n находим Е_эф(С₁). Для этого Е_эф(С₁) находим значения S₁(Е_эф) из кривой 1 и S_тр(Е_эф) из кривой 3. После этого по формуле (2) определяется значение плотности потока нейтронов E_ϕ с поправкой.

П р и м е р 2. Плотность потока нейтронов измерялась с помощью детектора D_i - всеволнового нейтронного счетчика со сферическим замедлителем из полиэтилена диаметром 140 мм, в наружном кадмиевом экране. Некадмированный конец Не³ - газоразрядного счетчика СНМ-16 длиной Δl=26 мм был размещен в центре сферического замедлителя.

Детектор D₂ был получен из детектора D₁ путем замены в нем сферического замедлителя на цилиндрический замедлитель из борированного полиэтилена диаметром 30 мм и высотой 100 мм, конец счетчика СНМ-16 был закадмирован.

На фиг. 2 представлены экспериментальные зависимости чувствительности S₁(Е) для детектора D₁ (кривая 4) и отношение чувствительностей S₁/S₂(Е) от энергии нейтронов E_n соответственно для детекторов D₁ и D₂ (кривая 5). Кривая 6 характеризует требуемую чувствительность S_тр(Е) идеального детектора. Значение плотности потока нейтронов для этих детекторов D₁ и D₂ с поправкой определяются аналогично примеру 1.

П р и м е р 3. Эквивалентная доза нейтронного облучения измерялась с помощью детектора D₁ - эквивалентного детектору D₁ из примера 2, в котором некадмированная часть счетчика была увеличена с Δ l= 26 мм до Δ l=80 мм и сферический замедлитель в кадмиевом экране помещен в две полусферы из полиэтилена диаметром 240 мм, и детектора D₂ - детектора D₁без двух наружных полиэтиленовых полусфер.

На фиг. 3 представлены экспериментальные зависимости чувствительностей (Е) для детектора D₁ (кривая 7); (E) = для детекторов D₂ и D₁ (кри- вая 8) и кривая 9 характеризует = , т.е. отнесенную к значению чувствительности при Е_n = 750 кэВ для идеального эквадозиметра с чувствительностью по Нормам радиационной безопасности 1976 г. (т.е. по кривой Снейдера), т.е. h - удельная эквивалентная доза.

Значение эквивалентной дозы нейтронного облучения Е_н с поправкой, измеренной детекторами D₁ и D₂, определяется аналогично примеру 1 по формуле
F_n = 1,84 ˙ 10^-2 N₁ ˙ η (мкбэр).

П р и м е р 4. Экспериментально установлено, что с помощью детекторов D₁ и D₂ из примера 2 может быть измерена поглощенная доза нейтрона хронического облучения с поправкой по предложенному способу E_дп.

На фиг. 4 представлены экспериментальные зависимости отношений чувствительности (E) = × для детекторов D₁ и D₂ (кривая 10), а кривая 11 характеризует = 2,1 где δ_i - удельная поглощенная доза δ_i = , где h_i - удельная, эквивалентная доза и Q_i - коэффициент нейтронного излучения с энергией Е_i, определяемые по НРБ-76.

Значение поглощенной дозы нейтронного облучения F D_n с поправкой, измеренной детекторами D₁ и D₂, определяется аналогично примеру 1, по формуле
F_Дп=7,71·10^-10·N .

Зависимости S₁(Е) и (Е) для всех приведенных выше примеров измерены экспериментально на изотопных источниках нейтронов ²³⁹ Pu-α -Ве, ²⁵²Сf и моноэнергетических нейтронах, получаемых на электростатическом ускорителе типа ЭГ-2,5.

Измерения и исследования, проведенные по предложенному способу с помощью предложенных детекторов, показали, что достоверность измерений физических величин нейтронного излучения при введении поправки увеличивается, например, для источников с известным спектром нейтронов в 3-4 раза.

Предложенный способ применим как для известных детекторов, так и для вновь разрабатываемых. Этот способ применим и для других видов ионизирующих излучений, например фотонного.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ F, основанный на измерении скорости счета импульсов N₁ = S₁(E_i)F детектором с известной чувствительностью от энергии S₁(E_i), измеренной на источниках моноэнергетических нейтронов, и изменением чувствительности от требуемой чувствительности S_т.р(E_i), отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результата измерения, изменяют чувствительность детектора от энергии на S₂(E_i) таким образом, чтобы зависимость S₁(E_i) / S₂(E_i) на участке ΔE_i, где S_тр(E_i) - S₁(E_i) отлично от нуля, монотонно возрастала или убывала, и строят график S₁(E_i) / S₂(E_i), проводят дополнительное измерение скорости счета N₂ детектором с измененной чувствительностью S₂(E_i) и вычисляют значение N₁ / N₂(E_эф) = C₁, используя график зависимости S₁(E_i) / S₂(E_i) = N₁ / N₂(E_i), для значения C₁ находят E_эф(C₁) из графиков зависимостей S₁(E_i) и S_тр(E_i), определяют S₁(C_i) и S_тр(C₁) и для E_эф(C₁), а искомую величину F определяют из соотношения

где - поправка в результат измерения физической величины F. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения плотности потока нейтронов, скорость счета N₁ измеряют с помощью всеволнового счетчика, содержащего цилиндрический водосодержащий замедлитель, наружную борную защиту, осевой длинный газоразрядный счетчик тепловых нейтронов, конец которого установлен на расстоянии Δr₁=0 относительно плоскости, перпендикулярной торцу замедлителя, измерение скорости счета импульсов N₂ проводят с помощью указанного длинного счетчика, причем газоразрядный счетчик в котором перемещен вглубь замедлителя на Δr₂=10-15 см . 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью измерения плотности потока или поглощенной дозы нейтронов для хронического облучения, скорость счета N₁ измеряют с помощью всеволнового счетчика с чувствительностью S₁(E_i), содержащего сферический водосодержащий замедлитель с наружным кадмиевым экраном, частично кадмированный Не³-газоразрядный счетчик, а измерение скорости счета N₂ проводят с помощью полностью кадмированного Не³ счетчика с замедлителем из борированного полиэтилена, поперечный размер которого меньше сферического. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью измерения эквивалентной или поглощенной дозы для острого облучения нейтронов, скорость счета N₁ измеряют с помощью шарового эквадозиметра двухслойным сферическим водосодержащим замедлителем с кадмиевым экраном между слоями, а измерение скорости счета N₂ проводят шаровым эквадозиметром без наружного сферического слоя замедлителя.