Способ определения концентрации делящихся веществ Советский патент 1974 года по МПК G01N23/00 

1

Данное изобретение относится к способам контроля концентрации делящихся веществ и основан на измерении запаздывающих нейтронов после облучения нейтронным потоком от малогабаритного импульсного генератора.

Известны бесконтактные способы контроля концентрации делящихся веществ по (а, п)реакции «а кислороде.

С щелью повышения чувствительности на 2-3 порядка для всех делящихся веществ и измерения в диапазоне концентраций от 0,1-0,2 мг/л до 1 мг/л измеряют поток запаздывающих нейтронов деления, возникающих при облучении исследуемого вещества импульсным потоком нейтронов от малогабаритного генератора.

Предложенный способ состоит в следующем.

В бак с раствором делящихся веществ вводится трубка генератора нейтронов и счетчик медленных нейтронов.

Генератор нейтронов создает импульсный нейтронный ноток, вызывающий деление ядер. Плотность потока запаздывающих нейтронов деления измеряется счетчиком медленных нейтронов, который включается после поглощения в растворе первичных нейтронов от генератора. При постоянной интенсивности генератора нейтронов и постоянном макпоскопическом сечении поглощения тепловых

нейтронов в растворе скорость счета запаздывающих нейтронов будет пропорциональна концентрации делящихся веществ. Оценку чувствительности метода запаздывающих нейтронов удобно проводить путем сравнения с методом (а, п)-реакции, уже проверенным в производственных условиях. Если объем раствора достаточно велик и в нем поглощаются практически все нейтроны

от генератора, то среднее число запаздывающих нейтронов, возникающих в растворе в единицу времени, будет равно:

S,

0)

,

- /

где Едел - макроскопическое сечение деления

раствора, S --полное макроскопическое сечение

поглощения,

V -число нейтронов на акт деления,

р - доля запаздывающих нейтронов, / - средняя интенсивность нейтронного генератора.

Выражение (1) можно переписать следующим образом:

оооо

4«s I (п6)зап rdr . р f (nU) . (2)

Оо

Так как средняя энергия запаздывающих нейтронов много меньше энергии нейтронов

от генератора (14 мэв), то плотность потока запаздывающих нейтронов будет пропорциональна плотности потоков первичных нейтронов при любом расстоянии г от источника нейтронов. Тогда из (2) следует:

(«)зап - (nU)

-v3.

(3)

Для большого объема плотность потока нейтронов от (а, я) -реакции на кислороде определяется соотношением:

(nU.,n A-C,(4)

где А - плотность нейтронных источников (а, nj-реакции при единичной концентрации делящегося вещества С. Используя (3) и (4), получим:

(пи)зап . т/ дел- Р

(5)

(«У), „ А.С

/а, П

Для плутония, например, отношение тельности двух методов будет:

(лУ)зап

2-lO-(nU).

(nU)

При .расчете принято, что v 2,9; р 4-10-3; 2дел 1,8-10-б.С; Л 10-. Концентрация плутония измеряется в мг/л.

Поток первичных медленных нейтронов (nU) можно оценить следующим образом: Ra - а - Be - источник в бесконечном объеме воды создает поток медленных нейтронов на расстоянии 4 см от источника на один быстрый нейтрон.

В эту величину следует ввести поправку на различие в средних энергиях нейтронов от источника 6,4 10- н/см и от генератора и на наличие цилиндрической полости диаметром 12-15 см. Грубая оценка показывает, чтО эти эффекты приведут к уменьщению потока в 2-Э раза. Тогда для генератора с интенсивностью 10 н/сек отношение чувствительности двух методов будет равно:

(пи)зяп

;500.

(nU

Со счетчиком нейтронов СНМ-11 метод (а, ftj-реакции дает 0,4 имп/мин при концентрации плутония С 1 мг/л. Метод запаздывающих нейтронов при такой же концентрации будет давать 200 имп/мин и, следовательно, позволит измерять и регистрировать на самопищущих приборах концентрации, начиная от 0,1-0,2 мг/л.

В случае измерения или U чувствительность метода будет примерно такой же.

Линейная зависимость между потоком запаздывающих нейтронов и содержанием делящегося вещества будет сохраняться до концентрации 1 г/л. При больщих концентрациях будет наблюдаться отклонение от линейности, связанное с изменением макроскопического сечения поглощения нейтронов в растворе и процессами размножения.

Для измерения концентрации делящихся веществ этим методом необходимо начинать регистрацию запаздывающих нейтронов после поглощения первичного потока нейтронов от генератора.

Так как среднее время жизни тепловых нейтронов в воде равно 0,2 м-сек, то чере 4 м-сек первичный поток уменьшится в 5-10 раз и не будет превышать 1% от потока запаздывающих нейтронов.

При частоте повторения нейтронных импульсов от генератора за Э|ффективное время регистрации запаздывающих нейтронов составит 96%. Включение нейтронного генератора и счетчика медленных нейтронов должно осуществляться схемой управления.

Предмет изобретения

Способ определения концентрации делящихся веществ, отл ич ающийся тем, что, с целью исключения контакта датчика с раствором и повышения чувствительности измерения концентрации в диапазоне от ОД -г;

,2 мг/л до 1 г/л, измеряют поток запаздывающих нейтронов деления, возникающих при облучении исследуемого вещества импульсным потоком нейтронов.