RU2284068C1 - Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость - Google Patents
Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284068C1 RU2284068C1 RU2005108289/06A RU2005108289A RU2284068C1 RU 2284068 C1 RU2284068 C1 RU 2284068C1 RU 2005108289/06 A RU2005108289/06 A RU 2005108289/06A RU 2005108289 A RU2005108289 A RU 2005108289A RU 2284068 C1 RU2284068 C1 RU 2284068C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- cone
- neutron
- moderator
- field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области физики трансформации реакторного излучения в различных материалах. Устройство выполнено в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием на объект, из набора пластин водородсодержащего замедлителя нейтронов, чередующихся с пластинами конвертора из материала, поглощающего тепловые нейтроны в реакции радиационного захвата. Диаметры большего и меньшего оснований конуса выбраны из условий затенения всего испытываемого объекта и средней его части от прямого излучения реактора соответственно. Высота конуса выбрана по критерию обеспечения заданной кратности ослабления нейтронов в средней части объекта. Изобретение позволят уменьшить неравномерность распределения нейтронов по длине испытываемого объекта и увеличить вклад дозы гамма-излучения в поле радиационного нагружения объекта. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области физики трансформации реакторного излучения в различных материалах. Оно может быть использовано при испытаниях объектов, особенно крупногабаритных, на радиационную стойкость. В качестве испытываемых объектов могут быть устройства-роботы, оснащенные радиоэлектронными блоками и выполняющие спецработы при чрезвычайных ситуациях (авариях) на исследовательских реакторах, атомных электростанциях или на кораблях с атомными энергетическими установками, а также отсеки летательных аппаратов или другой техники.
Потребность в разработке данного устройства обусловлена большими неравномерностями пространственного распределения излучений в реакторном помещении и необходимостью увеличения вклада гамма-излучения в поле радиационного нагружения объекта. Флюенсы нейтронов по длине объекта могут различаться до двух раз, а доза гамма-излучения в местах размещения объекта может быть на (30...50)% меньше требуемого значения, что недопустимо при проведении испытаний на радиационную стойкость.
Известно техническое решение по формированию полей проникающих излучений на исследовательском ядерном реакторе БАРС с помощью набора материалов из свинца, железа и полиэтилена для градуировки нейтронных детекторов [Севастьянов В.Д., Казанцев В.В. и др., Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 1994, вып.3-4, стр.65-68]. При этом ставилась задача сформировать на расстоянии 82 см от активной зоны (A3) реактора модельное опорное поле с определенными спектральными характеристиками нейтронов и малым вкладом сопутствующего гамма-излучения.
Техническое решение по А.С. №1762945 от 23.03.90 г. предназначено для формирования полей гамма-нейтронного излучений на реакторах с помощью бор- и титансодержащих фильтров для решения радиобиологических задач, когда требовалось выделить жесткую компоненту спектра нейтронов при небольшом вкладе гамма-излучения в суммарной дозе.
В работе Wang J., Wang В., Chen D., Luo Y. [The response of dogs to mixed neutron radiation research, 1991, №128, p.42-46] для формирования смешанных гамма-нейтронных полей и изменения соотношения компонентов излучений в радиобиологических экспериментах применялись свинцовые фильтры различной толщины.
В работе Колесова В.Ф. и Штарева С.К. [Вопросы атомной науки и техники. Серия: Импульсные реакторы и простые критические сборки, вып.2, М., 1988, стр.16] теоретически рассмотрены возможности усиления потоков быстрых нейтронов и гамма-квантов на реакторах с использованием вогнутых рефлекторов и плоских конверторов из полиэтилена с окисью кадмия.
Прототипом предлагаемого технического решения является устройство для облучения биологических объектов (Патент РФ №2226729 от 07.12.2002 г.), содержащее объемный замедлитель нейтронов из водородосодержащего материала с полостью для облучения биологических объектов и конвертор из Cd или Cd и W, преобразующий замедленные нейтроны в гамма-кванты и установленный в полости замедлителя.
Однако данное техническое решение, как и другие приведенные аналоги предлагаемого, не могут быть применены при испытаниях объектов на радиационную стойкость, поскольку не обеспечивают допустимую неравномерность поля излучений по длине объекта и требуемые соотношения флюенса нейтронов к дозе гамма-излучения. Кроме того, в устройстве-прототипе большие толщины замедлителя приводят к потере практически всех быстрых нейтронов и в рабочей полости формируется, в основном, поле гамма-излучения.
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является уменьшение неравномерности распределения нейтронов по длине объекта и увеличение вклада дозы гамма-излучения.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство выполнено в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием на испытываемый объект, из набора пластин водородсодержащего замедлителя нейтронов (полиэтилена или органического стекла), чередующихся с пластинами конвертора (кадмия) в последовательности замедлитель-конвертор. При этом параметры конуса определены по следующим соотношениям:
где h - высота конуса;
D - диаметр большего основания конуса;
d - диаметр меньшего основания конуса;
L - длина испытываемого объекта;
l - расстояние от центра АЗ до устройства-формирователя поля;
R - расстояние от центра АЗ до объекта;
λ - длина релаксации нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ в замедлителе;
К - задаваемая кратность ослабления нейтронов устройством-формирователем поля в средней части объекта;
е - основание натурального логарифма.
Перечень фигур:
Фиг.1. Устройство для формирования поля радиационного нагружения испытываемых объектов
1 - замедлитель;
2 - конвертор;
D - диаметр большего основания конуса;
d - диаметр меньшего основания конуса;
h - высота конуса.
Фиг.2. Схема радиационного нагружения объектов
1 - активная зона реактора;
2 - устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов;
3 - испытываемый объект;
L - длина испытываемого объекта;
R - расстояние от центра АЗ до объекта;
l - расстояние от центра АЗ до устройства-формирователя поля;
h - высота конуса.
Фиг.3. Распределение дозы гамма-квантов по длине объекта
1 - с устройством-формирователем поля (полиэтилен + кадмий);
2 - с устройством-формирователем поля (без кадмиевых пластин).
Фиг.4. Распределение флюенса быстрых нейтронов по длине объекта
1 - без устройства-формирователя поля;
2 - с устройством-формирователем поля
Описание устройства
Устройство по фиг.1 состоит из набора пластин замедлителя 1 и конвертора 2. Оно устанавливается у АЗ реактора так, чтобы большее основание конуса затеняло всю длину испытываемого объекта от прямого излучения, а меньшее основание - только центральную часть объекта (примерно 20% длины), и было ориентировано меньшим основанием конуса к испытываемому объекту. Схема радиационного нагружения испытываемого объекта приведена на фиг.2.
Механизм действия устройства
Из физики взаимодействия нейтронов и гамма-квантов с веществом известно, что водородсодержащие материалы являются эффективными замедлителями нейтронов в результате их упругого рассеяния на ядрах водорода. Замедляясь до тепловых энергий (0,025 эВ), нейтроны поглощаются в конверторе (например, в кадмии) с образованием гамма-квантов в результате реакции радиационного захвата. При толщинах замедлителя <10 см процесс радиационного захвата характерен, в основном, для нейтронов с энергиями <0,1 МэВ, т.к. длина замедления этих нейтронов до тепловых энергий в водородсодержащих материалах мала и не превышает 4 см. Быстрые нейтроны с энергиями >0,1 МэВ при этих толщинах замедлителя практически не участвуют в процессе радиационного захвата, поскольку у них длина замедления до тепловых энергий значительно больше толщины замедлителя. Однако быстрые нейтроны эффективно ослабляются водородсодержащими материалами. Ослабляющие свойства материалов принято характеризовать кратностью ослабления нейтронов (К), а толщину материала удобно представлять в длинах релаксации нейтронов (λ). Это длина, при прохождении которой плотность потока нейтронов ослабляется в е раз. Для нейтронов исследовательских реакторов (по данным Кирюшкина А.И. и Шлокина Е.А. "Основы проектирования защиты реакторных установок") длина релаксации нейтронов в полиэтилене равна 7,2 см. Эти физические свойства явились основой при разработке предлагаемого устройства.
Результаты исследований топографии нейтронных полей на реакторе БАРС показали, что для уменьшения неравномерности распределения нейтронов по длине объекта (при L=5...6 м) до 30% кратность ослабления быстрых нейтронов набором пластин замедлителя и конвертора должна быть не менее 3. Тогда высота конуса или толщина набора пластин замедлителя и конвертора должны быть равны λ×К/е=7,2×3/2,72=7,9 см. Для объектов с L<3 м условие по снижению неравномерности до 30% выполняется при К=1,5. В этом случае h=7,2×1,5/2,72=4 см. Другим конструктивным элементом снижения неравномерности распределения нейтронов по длине объекта является определение диаметров оснований конуса по соотношениям (2), (3) из условий затенения всего испытываемого объекта и средней его части от прямого излучения реактора соответственно.
Увеличение вклада гамма-квантов в дозовую нагрузку на облучаемый объект обеспечивается чередованием пластин замедлителя и конвертора, что позволяет создать объемный источник жесткого вторичного гамма-излучения, подпитывающий гамма-излучение, идущее от АЗ реактора. Кроме того, чередование пластин замедлителя и конвертора в предлагаемом устройстве позволяет также более эффективно использовать для генерации гамма-квантов, в основном, медленные нейтроны с энергиями менее 0,1 МэВ, которые не участвуют в формировании дозовой нагрузки при испытании объекта.
Предложенное устройство (h=8 см, D=50 см, d=13,3 см) при 4 мм толщине пластины замедлителя и 0,5 мм толщине пластины конвертора апробировалось на реакторе БАРС при испытании объекта длиной 5 м, установленного на расстоянии 3 м от центра АЗ реактора. Результаты исследований, приведенные на фиг.3 и 4, показывают, что устройство позволяет уменьшить неравномерность распределения флюенса нейтронов по длине объекта до 25% и увеличить вклад дозы гамма-излучения до 30%.
Claims (1)
- Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость, содержащее замедлитель нейтронов из водородсодержащего материала и конвертор нейтронного излучения из материала, поглощающего тепловые нейтроны в реакции радиационного захвата, отличающееся тем, что замедлитель и конвертор выполнены в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием на объект, из набора пластин, чередующихся в последовательности замедлитель-конвертор, а параметры конуса определены по следующим соотношениям:где h - высота конуса;D - диаметр большего основания конуса;d - диаметр меньшего основания конуса;L - длина испытываемого объекта;l - расстояние от центра активной зоны реактора до устройства - формирователя поля;R - расстояние от центра активной зоны реактора до объекта;λ - длина релаксации нейтронов с энергиями более 0,1 МэВ в замедлителе;К - задаваемая вероятность ослабления нейтронов устройством - формирователем поля в средней части объекта;е - основание натурального логарифма.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005108289/06A RU2284068C1 (ru) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005108289/06A RU2284068C1 (ru) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2284068C1 true RU2284068C1 (ru) | 2006-09-20 |
Family
ID=37113961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005108289/06A RU2284068C1 (ru) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2284068C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497214C2 (ru) * | 2011-08-29 | 2013-10-27 | Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе |
RU2713924C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-02-11 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ воспроизведения норм испытаний крупногабаритных объектов на исследовательских реакторах |
-
2005
- 2005-03-24 RU RU2005108289/06A patent/RU2284068C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497214C2 (ru) * | 2011-08-29 | 2013-10-27 | Федеральное государственное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе |
RU2713924C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-02-11 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ воспроизведения норм испытаний крупногабаритных объектов на исследовательских реакторах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rasouli et al. | Design of a model for BSA to meet free beam parameters for BNCT based on multiplier system for D–T neutron source | |
Amirabadi et al. | Study of neutron and gamma radiation protective shield | |
RU2284068C1 (ru) | Устройство для формирования поля радиационного нагружения объектов при их испытании на радиационную стойкость | |
RU2404467C1 (ru) | Способ формирования поля гамма-нейтронного излучения на исследовательских реакторах | |
Dumitru et al. | Proton Breakup in High-Energy p A Collisions from Perturbative QCD | |
Da Silva et al. | Moderator–collimator-shielding design for neutron radiography systems using 252Cf | |
RU2497214C2 (ru) | Способ одновременного воспроизведения заданных значений флюенса нейтронов и экспозиционной дозы гамма-излучения на исследовательском реакторе | |
Hashemi-Nezhad et al. | Determination of natural uranium fission rate in fast spallation and fission neutron field: an experimental and Monte Carlo study | |
RU2713924C1 (ru) | Способ воспроизведения норм испытаний крупногабаритных объектов на исследовательских реакторах | |
Zhao et al. | Feasibility study on neutron energy spectrum measurement utilizing prompt gamma-rays | |
Abdushukurov | Mathematical modeling of the efficiency gadolinium based neutron converters | |
Wehe et al. | Observation of/sup 238/U photofission products | |
Liu et al. | Feasibility of sealed D–T neutron generator as neutron source for liver BNCT and its beam shaping assembly | |
Lombard et al. | Fission-to-Indium Age in Water | |
Mukai et al. | Preparation for a neutronics experiment using a discharge fusion device and an imaging plate neutron detector | |
Suparta et al. | Optimization and analysis of neutron distribution on 30 MeV cyclotron-based double layer Beam Shaping Assembly (DLBSA) | |
Chen et al. | Design of an Am–Be neuron source experimental platform at Sichuan University | |
Shi et al. | Optimization of the electron beam dump for a GeV-class laser electron accelerator | |
JP2010025781A (ja) | 中性子照射済ハフニウム制御棒のγ線崩壊加速装置 | |
Torli et al. | BNCT irradiation facility at the JRR-4 | |
RU2755143C1 (ru) | Устройство для формирования параметров излучений в испытательном объеме исследовательского реактора | |
Nigg et al. | Experimental investigation of filtered epithermal-photoneutron beams for BNCT | |
Leelanoi et al. | Investigating a proton beam-based neutron source for BNCT using the MCNP simulation | |
Štekl et al. | Monte-Carlo simulations of neutron shielding for the ATLAS forward region | |
RU2559198C1 (ru) | Трансформатор гамма-нейтронного излучения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120325 |