Приведены результаты экспериментальных исследований влияния материала и размеров отражателя на пространственное распределение потока тепловых нейтронов в полубсоконечной песчаной среде от Pu-Be источника быстрых нейтронов. Измерение потока тепловых нейтронов проводилось методом радиоактивных индикаторов с использованием индиевой фольги

Пахомов, Ю. П.

Пекарский, Г. Ш.

Шабалин, В. П.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И ЗВЕС ТИ ЯТ О М С К О Г О  О Р Д Е Н А  О К Т Я Б Р Ь С К О Й  Р Е В О Л Ю Ц И И  И  О Р Д Е Н А  Т Р У Д О В О Г ОК Р А С Н О Г О  З Н А М Е Н И  П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О  И Н С Т И Т У Т А  им. С. М . К И Р О В АТ о м  2 9 6  1 9 7 6ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ  ВЛИЯНИЯ ОТРАЖАТЕЛЯ НА ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ В ПОЛУБЕСКОНЕЧНОЙ СРЕДЕ  ОТ ИСТОЧНИКА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВЮ. П. ПАХОМ ОВ, Г. Ш. П ЕК А РС КИ И , В. П. Ш А Б А Л И Н( П р е д с т а в л е н а  н а у ч н ы м  с е м и н а р о м  н а у ч н о - и с с л е д о в а т е л ь с к о г о  и н с т и т у т аэ  л  ѳ ю т  р о н н  о й  и н т р о с к о п и и  )В настоящее время широко применяются нейтронные методы в тол- щинометрии, дефектоскопии, при измерении влажности и в целом ряде геофизических задач. Источником информации в этих методах являют­ся как прошедшее или отраженное излучение, так и продукты ядерных реакций. Естественно, что определяющее влияние на основные парамет­ры метода (чувствительность, производительность, глубинность и т. п.) оказывает пространственное распределение нейтронов в исследуемом объекте. В свою очередь пространственное распределение нейтронов в среде определяется спектральным составом нейтронов, испускаемых источником, наличием отражателя, материалом и линейными размера­ми отражателя, а также химическим составом среды и ее плотностью. При этом использование отражателя дает возможность, во-первых, уве­личить абсолютное значение потока тепловых нейтронов в исследуемом объекте, а во-вторых, изменением размеров и материала отражателя ак ­тивно влиять на пространственное распределение нейтронов в нем с це­лью оптимизации параметров контроля.Имеющиеся результаты теоретических исследований пространст­венного распределения тепловых нейтронов от источника быстрых нейт­ронов получены для частных случаев точечного и плоского источников в бесконечной среде [1, 2]. Д ля отражателя конечных размеров, прост­ранства между отражателем и исследуемой средой и источника со сплошным спектром нейтронов аналитическое решение уравнения пе­реноса нейтронов невозможно, а метод статистических испытаний (ме­тод Монте-Карло) довольно сложен и требует большого объема вы­числений (в особенности на больших расстояниях от источника). Оп­ределенные преимущества в этом случае имеют экспериментальные ис­следования, поэтому нами проводилось экспериментальное определение влияния размеров и материала отражателя на пространственное рас­пределение тепловых нейтронов в полубесконечной среде.Измерение потока тепловых нейтронов проводилось методом радио­активных индикаторов. В качестве детектора тепловых нейтронов ис­пользовались индиевые фольги толщиной 100 мг/см2. Д ля устранения влияния активации индиевых фольг эпитепловыми нейтронами на изме­рение потока тепловых нейтронов использовался метод кадмиевой раз­ности. Индиевые фольги облучались дважды в одной точке с экраном из кадмия и без него. Толщина кадмиевого экрана составляла 0,5 мм.3Поток тепловых нейтронов вычислялся по формуле [3]1Ф =  ----------------------------г-- (п — F cd-n cd)k -Sact- V (1 -  е— ) CM2 мингде Eact — макроскопическое сечение активации In115, см-1;V — объем фольги, см3;h — время облучения фольги, мин;t2 — время выдержки фольги, мин;n и nid — скорости счета индиевой фольги без экрана из кадмияи с экраном соответственно (за вычетом фона), мин-1;Fcd — поправка на поглощение резонансных нейтронов в кад­мии;т — поправка на время измерения;к — коэффициент, характеризующий эффективность регист­рации ß-излучения.В работе использовался P u— Be источник с выходом 4* IO6 н/сек, отражатели из парафина и графита. Закономерности влияния линей­ных размеров отражателя на пространственное распределение тепло­вых нейтронов исследовались для отражателя из парафина. В качестве исследуемой среды использовался полубесконечный объем песка. В лаж ­ность во время измерений поддерживалась постоянной и равной 2,7 ве­са процента.Геометрия измерений представлена на рис. I. На рис. 2 и 3 пред­ставлены распределения тепловых нейтронов по радиусу и глубине со­ответственно.Из полученных результатов следует, что использование отражате­ля дает возможность:1. Увеличить поток тепловых нейтронов на глубинах до 10 см более чем в 10 раз, а на глубинах свыше 10 см в 2—3 раза по сравнению с потоком тепловых нейтронов от источника без отражателя.2. Активно влиять на распределение тепловых нейтронов по глуби­не и получать нужный характер распределения. Так, источник без от­ражателя создает поле тепловых нейтронов с максимумом на глубине 20-е ЗО см. Использование отражателя из графита с линейными разме­рами, соизмеримыми с размерами отражателя из парафина, позволяет сдвинуть максимум в область меньших глубин порядка 10 см. Приме­нение водородсодержащего отражателя (с линейными размерами не меньше одной длины замедления) приводит к максимуму потока тепло­вых нейтронов на поверхности среды. Возможно также получение рав­номерного распределения до глубины ~ 4 0  см без ярко выраженного максимума (геометрия 3, рис. 1).3. Получить некоторую «фокусировку» потока тепловых нейтронов в сравнении с источником без отражателя. Иллюстрацией являются данные рис. 4, где представлены зависимости числа нейтронов N, пе­ресекающих площадку радиуса г, от радиуса этой площадки.При оценке погрешности измерений было установлено, что основной вклад в ошибку измерения абсолютного значения потока вносят: стати­стическая погрешность, погрешность в определении объема фольги и погрешность, связанная с учетом поглощения, обратного рассеяния и самопоглощения ß-излучения в индиевых фольгах. Наибольшая погреш­ность абсолютных измерений составила в эксперименте 40%.Сравнение полученных экспериментальных результатов с результа­тами расчета методом Монте-Карло [4] свидетельствует о том, что в пределах точности эксперимента и статистической точности расчета н а ­блюдается достаточное соответствие. Результаты сравнения приведены в табл. 1.4G.Ф200CDiCsEL' / / / J6.ФІООУ / /I1V\ Л \ Л \ \ \ \ Л ЛEL.-.У/к.6.г :I Шё7 7 7 7 7 7 7 7 7 ///7 7 'eAQOVmъ./ 7 /  ;  /  /  / /  /  /  /  /  X 7U.sämР и с .  I .  Г е о м е т р и я  э к с п е р и м е н т а :  S  —и с т о ч н и к  б ы с т р ы х  н е й т р о н о в ,  в - т - з  о т р а ж а т е л и  и з  п а р а ф и н а ,  и  —  о т р а ж а ­т е л ь  и з  г р а ф и т а .5фхіО* С нейгтір/ci/2сек]ж8-ІІО ЦіS 0,8 OJ 0,5 0,5П 4wI0,2'0,1ОѲ~1і=0 см x-h=lOcM д-Н=20см +-h=Z0cMX  57ч ,4 «4с т____ L .nгN>4SV12 24 26 48 г[ш] О 12 24 26 48 гГгм]а ) Ö)в ) г )1.0 0,9 0,8 0,7 03 0,5 0,4 03 0,2 0,10  - h  - O c vx - h  -10см7 - h sIOcm ♦ - h  =40смtLCT i.ч \4 5 HtГ ’^ СЧЛГ---CTCT■*Р и с .  2 .  П р о  с т р а н е  т  в  е  н  н о е  р а с п р е  д е л е н и е  п о ­т о к а  т е п л о в ы х  н е й т  р  о  н  о  в :  а  —  г е о м е т  р и я  б ,  р и с .  1  б  —  г е о м е т  р и я  в ,  р и с .  1  в  —  г е о м е т  р и я  г ,  р и с .  1  г  —  г е о м е т  р и я  и ,  р и с .  1 д  —  г е о м е т  р и я  ж ,  р и с .  1  е  —  г е о м е т  р и я  з ,  р и с .  112 24à )25 е )48 г[см]61098I*  2 I-h -20УА/кАУіАГ >/уу УАУУлу УО 12 24 36 48 г [см] оРис.З12 24 36 48 г [см]Рис. 3. Число нейтронов через площ адку радиуса г: 1 — источник без отраж ателя (а, рис. 1); 2 — отраж атель па­рафиновый (в, рис. 1); 3 — отраж атель парафиновый (2, рис. 1); 4 — отраж атель парафиновый (ж, рис. 1); 5 — отраж атель парафиновый (и, рис. 1).7*JР и с .  4 .  З а в и с и м о с т ь  р а с п р е ­д е л е н и я  т е п л о в ы х  н е й т р о н о в  п о  г л у б и н е  о т  м а т е р и а л а  и  р а з м е р о в  о т р а ж а т е л я :1  —  г е о м е т р и я  б ,  р и с .  1 ;2  —  г е о м е т р и я  з ,  р и с .  1 ;3  —  г е о м е т р и я  и ,  р и с .  1 ;4  —  г е о м е т р и я  г ,  р и с .  1 .Т а б л и ц а  1  г = 0  с мOSі  S Эксперимент РасчетVO ^ т. н. т. н.>5 • (см2 • сек) (CM2 • сѳк)о 1 ,2 - IO -4 iотЧCOтН10 7,9 . IO -5 8* IO -520 6 ,2 -  IO -5 5,2 • IO -530 4,7 • IO -5 3,5 • IO -5С р а в н е н и е  р е з у л ь т а т о в  э к с п е р и м е н т а л ь н о г о  о п р е д е л е н и я  п о т о к а  ( г е о м е т р и я  в ,  р и с .  1 )  и  р а с ч е т а  м е т о д о м  М о н т е - К а р л о  к р и в а я  2 ,  р и с .  1  в  р а б о т е  [ 4 ] .Л И Т Е Р А Т У Р А  _\1 .  Б .  Д э в и с о н .  Т е о р и я  п е р е н о с а  н е й т р о н о в .  П е р е в о д  с  а н г л .  П о д  р е д .  Г .  И .  М а р ч у к а .  М . ,  А т о м и з д а т ,  1 9 6 0 .2 .  К .  Б  е  к  у  р  ц ,  К .  В и р т  ц .  Н е й т р о н н а я  ф и з и к а .  П е р е в о д  с  а н г л .  П о д  р е д .  Л .  А .  М и к а э л я н а  и  В .  И .  Л е б е д е в а .  М . ,  А т о м и з д а т ,  1 9 6 8 .3 .  Г .  Б о у э н ,  Д .  Г и б б о н  с .  Р а д и о а к т и в а ц и о н н ы й  а н а л и з .  П е р е в о д  с  а н г л .  П о д  р е д .  И .  П .  А л и м а р и н а .  М . ,  А т о м и з д а т ,  1 9 6 8 .4 .  П .  Ю .  П а х о м о в ,  Г .  Ш .  П е к а р с к и й .  Р а с ч е т  м е т о д о м  М о н т е -  К а р л о  р а с п р е д е л е н и я  т е п л о в ы х  н е й т р о н о в  в  п о л у б е с к о н е ч н о й  с р е д е  о т  т о ч е ч н о ­г о  и з о т р о п н о г о  и с т о ч н и к а  с  о т р а ж а т е л е м .  Н а с т о я щ и й  с б о р н и к .

Экспериментальное исследование влияния отражателя на пространственное распределение тепловых нейтронов в полубесконечной среде от источника быстрых нейтронов

Экспериментальное исследование влияния отражателя на пространственное распределение тепловых нейтронов в полубесконечной среде от источника быстрых нейтронов

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University