RU2591207C1 - Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения - Google Patents
Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2591207C1 RU2591207C1 RU2015120453/07A RU2015120453A RU2591207C1 RU 2591207 C1 RU2591207 C1 RU 2591207C1 RU 2015120453/07 A RU2015120453/07 A RU 2015120453/07A RU 2015120453 A RU2015120453 A RU 2015120453A RU 2591207 C1 RU2591207 C1 RU 2591207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protective material
- gamma
- neutron radiation
- radiation
- shell
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для изготовления защитного материала от нейтронного излучения, а также к детекторам гамма-излучения, содержащим защитную оболочку. Твердый защитный материал от нейтронного излучения включает смесь компонентов, содержащую фтористый литий, полиэфирную смолу и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас. %: фтористый литий - 38-45; полиэфирная смола - 54,2-60,8; отвердитель - 0,813-1,2. Сцинтилляционный детектор гамма-излучения содержит цилиндрический корпус (1), содержащий сцинтилляционный кристалл (3) на основе NaI, оболочку (2), фотоэлектронный умножитель (4) и разъемы (5) для подключения блока электронной обработки сигналов. Техническим результатом является повышение поглощения нейтронного излучения и точности измерения при повышении однородности и прочности защитного материала. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для изготовления защитного материала от нейтронного излучения, а также к детекторам гамма-излучения, содержащим защитную оболочку.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по заявленному защитному материалу является защитный материал, раскрытый в RU 2111558 С1, опубл. 20.05.1998. Известный из наиболее близкого аналога защитный материал от нейтронного излучения содержит наполнитель, пластичную синтетическую массу и поверхностно-активное вещество (ПАВ), при следующем соотношении компонентов, мас. %: наполнитель - 60-96; пластичная синтетическая масса - 4-40; ПАВ - 0,1-0,5 (сверх 100%). В качестве пластичной синтетической массы используют смесь каучука и пластификатора. В качестве наполнителя используют компонент, выбранный из группы: оксид свинца, фтористый литий, бор, соединения бора, гидрид титана, порошкообразный свинец, окись висмута, двуокись урана, двуокись тория, вольфрам, оксид вольфрама (III), оксиды редкоземельных элементов. В качестве ПАВ используют катионат-7 или лецитин.
Недостатком наиболее близкого аналога является потенциальная возможность возникновения неоднородностей в составе вещества, из-за которых, в свою очередь, возможно возникновение локальных областей с менее эффективным поглощением нейтронов. Это может привести к ухудшению характеристик защитного материала в целом. Кроме того, использование твердого материала в ряде случаев удобнее пастообразного - например, для обеспечения однородной толщины защитного материала вокруг детектора или при использовании изделия из такого материала в качестве элемента конструкции сложных систем.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по заявленному детектору является сцинтилляционный детектор гамма-излучения, раскрытый в RU 2158011 С2, опубл. 20.10.2000. Известный из наиболее близкого аналога детектор содержит сцинтилляционный кристалл Bi4Ge3O12, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и блок обработки сигналов. При этом кристалл расположен в двухслойном коллиматоре, внешний слой которого выполнен из водородсодержащего замедлителя нейтронов полиэтилена, а внутренний - из кадмия. Причем кристалл выполнен с колодцем, в котором размещено чувствительное к нейтронам сцинтиллирующее вещество на основе стильбена или пластмассы.
Недостатком наиболее близкого аналога является наличие внутреннего слоя из кадмия, который при взаимодействии с тепловыми нейтронами излучает вторичное гамма-излучение в области 558-9044 кэВ (наиболее интенсивная линия - 55 8 кэВ). В результате детектором будут регистрироваться большое число фоновых импульсов, что приведет к увеличению загрузки детектора и снижению точности измерения спектра.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача предлагаемого технического решения состоит в разработке защитного материала, обеспечивающего поглощение нейтронного излучения, а также детектора гамма-излучения, содержащего оболочку из защитного материала, обеспечивающего точность измерения.
Техническим результатом изобретения является повышение поглощения нейтронного излучения и точности измерения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что твердый защитный материал от нейтронного излучения содержит фтористый литий, полиэфирную смолу и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас. %:
фтористый литий - 38-45;
полиэфирная смола - 54,2-60,8;
отвердитель - 0,813-1,2.
В качестве отвердителя применяют пероксид метилэтилкетон.
Кроме того, указанный технический результат достигается за счет того, что сцинтилляционный детектор гамма-излучения, содержащий цилиндрический корпус и оболочку в верхней его части, причем внутри корпуса в верхней его части размещен сцинтилляционный кристалл на основе NaI, а в нижней части корпуса - фотоэлектронный умножитель, оптически связанный с кристаллом, при этом оболочка выполнена из раскрытого выше материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - продольный разрез детектора
1 - корпус детектора;
2 - оболочка;
3 - кристалл на основе LiI;
4 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);
5 - Разъемы ФЭУ.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для изготовления защитного материала из смеси, содержащей фтористый литий, полиэфирную смолу и отвердитель в заявленных соотношениях в лопастной смеситель, загружают полиэфирную смолу и отвердитель в необходимых количествах и перемешивают при температуре 20-25°С до получения однородной массы. Затем в смеситель добавляют фтористый литий в необходимом количестве и перемешивают до получения однородной массы. Затем полученный пастообразный материал выгружают и заливают в форму. Получают пасту плотностью 1790 кг/м3, которая в течение 15-20 минут отвердевает с получением материала прочностью 80 МПа.
Введение в состав защитного материала фтористого лития обеспечивает повышение поглощения нейтронного излучения, полиэфирной смолы - получение однородности смеси заявленного материала, отвердитель - получение прочного твердого защитного материала.
Как показали эксперименты (см. таблицу), заявленные соотношения полиэфирной смолы, фтористого лития и отвердителя позволяют получить защитный материал, эффективно поглощающий нейтронное излучение за счет того, что частицы фтористого лития в заявленном соотношении равномерно распределены по объему в заявленном материале при ограниченном времени затвердевании материала. Уровень поглощения нейтронного излучения оценивали по величине макроскопического сечения заявленного материала, являющегося характеристикой величины поглощения нейтронного излучения.
При снижении содержания фтористого лития в смеси не обеспечивается равномерное содержание фтористого лития в смеси при ограниченном времени, затвердевании материала, следовательно, приводит к снижению поглощения нейтронного излучения. При повышении содержания фтористого лития в смеси трудно получить однородную пастообразную смесь, возникают значительные трудности для загрузки смеси в форму, следовательно, приводит к снижению поглощения нейтронного излучения. Кроме того, значительно уменьшается количество водорода, который играет роль при ослаблении потока быстрых нейтронов.
В таблице приведены результаты экспериментов для заявленной массы твердого защитного материала и при работе заявленного детектора, содержащего оболочку из защитного материала.
На фиг. 1 изображен сцинтилляционный детектор гамма-излучения, содержащий цилиндрический корпус (1) и оболочку (2), размещенную над корпусом (1) в верхней его части. Причем внутри корпуса (1) в верхней его части размещен сцинтилляционный кристалл (3) на основе NaI, а в нижней части корпуса - ФЭУ (4), оптически связанный с кристаллом (3), при этом оболочка (2) выполнена в виде стакана из вышеописанного материала.
Сцинтилляционный детектор гамма-излучения работает следующим образом. В результате взаимодействия тепловых нейтронов с материалом защитной оболочки (2) возникают гамма-кванты, при этом оболочка (2) поглощает тепловые нейтроны, не допуская их до кристалла (3). Гамма-квант, проходя через сцинтиллятор - кристалл NaI (3), наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбужденное (основное) состояние, атомы испускают фотоны. Фотоны, попадая на катод ФЭУ (4), выбивают электроны, в результате чего на аноде ФЭУ (4) возникает электрический импульс, который далее усиливается с помощью усилителя ФЭУ (4) и регистрируется блоком электронной обработки сигналов (на фиг. 1 не показан), подключенным к разъемам (5), ФЭУ (4) детектору через кабель.
Таким образом, детектор регистрирует частицы (гамма-кванты, нейтроны и т.д.), пролетающие через кристалл NaI. Оболочка из композита LiF предназначена для экранирования кристалла детектора от нейтронного излучения.
Как показали эксперименты (см. табл.), заявленная оболочка из композитного материала эффективно способствует поглощению нейтронного излучения, что приводит к снижению регистрации фонового излучения детектором и соответственно увеличению точности измерения спектра гамма-излучения. Это объясняется тем, что в отличие от защитного материала, применяемого для оболочки наиболее близкого аналога, а также борированного этилена, также являющегося эффективным защитным материалом от нейтронного излучения, в заявленной оболочке защитный материал на основе фтористого лития не имеет сопутствующих линий гамма-излучения при взаимодействии лития с тепловыми нейтронами, в отличие материала наиболее близкого аналога (Cd) и борированного полиэтилена, которые имеют линии вторичного гамма-излучения 558 и 478 кэВ соответственно. Это позволяет значительно снизить регистрацию фонового излучения детектором по указанным выше линиям и, как следствие, повысить точность измерения спектра. Применение указанного решения позволяет улучшить параметры установок нейтронного радиационного анализа, упростить их конструкцию и техническое обслуживание.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить защитный материал, обеспечивающий поглощение нейтронного излучения, и детектор гамма-излучения, содержащий оболочку из защитного материала, обеспечивающую его точность измерения.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.
Claims (3)
1. Твердый защитный материал от нейтронного излучения, содержащий фтористый литий, полиэфирную смолу и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас. %:
фтористый литий - 38-45;
полиэфирная смола - 54,2-60,8;
отвердитель - 0,813-1,2.
фтористый литий - 38-45;
полиэфирная смола - 54,2-60,8;
отвердитель - 0,813-1,2.
2. Материал по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве отвердителя применяют пероксид метилэтилкетон.
3. Сцинтилляционный детектор гамма-излучения, содержащий цилиндрический корпус и оболочку, размещенную над корпусом в верхней его части, причем внутри корпуса в верхней его части размещен сцинтилляционный кристалл на основе NaI, а в нижней части корпуса - фотоэлектронный умножитель, оптически связанный с кристаллом, при этом оболочка выполнена в виде стакана из материала по пп. 1-2.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120453/07A RU2591207C1 (ru) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
PCT/RU2016/000345 WO2016195544A2 (ru) | 2015-05-29 | 2016-06-08 | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120453/07A RU2591207C1 (ru) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2591207C1 true RU2591207C1 (ru) | 2016-07-20 |
Family
ID=56412260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015120453/07A RU2591207C1 (ru) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2591207C1 (ru) |
WO (1) | WO2016195544A2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2663683C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2018-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления |
US11062814B1 (en) | 2017-10-11 | 2021-07-13 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Box-type structure having shielding function |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998012576A1 (en) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Mission Support Incorporated | Low-energy neutron detector based upon lithium lanthanide borate scintillators |
RU2111558C1 (ru) * | 1996-06-25 | 1998-05-20 | Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН | Пастообразный материал для защиты от радиоактивных излучений |
RU2158011C2 (ru) * | 1998-06-04 | 2000-10-20 | Уральский государственный технический университет | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения |
US20070029493A1 (en) * | 2005-06-27 | 2007-02-08 | General Electric Company | Gamma and neutron radiation detector |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2222061A1 (de) * | 1972-05-05 | 1973-11-15 | Laue Max Inst | Werkstoff zur abschirmung von neutronen |
EP2433162A4 (en) * | 2009-05-22 | 2015-05-06 | Schlumberger Technology Bv | OPTIMIZATION OF NEUTRON-GAMMA TRANSMITTER INSTRUMENTS FOR INELASTIC GAMMA RAY DIAGRAM |
-
2015
- 2015-05-29 RU RU2015120453/07A patent/RU2591207C1/ru active
-
2016
- 2016-06-08 WO PCT/RU2016/000345 patent/WO2016195544A2/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2111558C1 (ru) * | 1996-06-25 | 1998-05-20 | Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН | Пастообразный материал для защиты от радиоактивных излучений |
WO1998012576A1 (en) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Mission Support Incorporated | Low-energy neutron detector based upon lithium lanthanide borate scintillators |
RU2158011C2 (ru) * | 1998-06-04 | 2000-10-20 | Уральский государственный технический университет | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения |
US20070029493A1 (en) * | 2005-06-27 | 2007-02-08 | General Electric Company | Gamma and neutron radiation detector |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
C1. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11062814B1 (en) | 2017-10-11 | 2021-07-13 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Box-type structure having shielding function |
RU2663683C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2018-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016195544A3 (ru) | 2017-01-26 |
WO2016195544A2 (ru) | 2016-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Crouthamel et al. | Applied gamma-ray spectrometry | |
Belli et al. | Search for double beta decay of zinc and tungsten with low background ZnWO4 crystal scintillators | |
RU2591207C1 (ru) | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения | |
Metzger et al. | The disintegration scheme of I 131 | |
Lee et al. | Development of low-background CsI (Tℓ) crystals for WIMP search | |
Sýkora et al. | Low-level single and coincidence gamma-ray spectrometry | |
Povinec | Low-level gamma-ray spectrometry for environmental samples | |
Saraf | Energy Levels of Rh 103 from the Decay of Pd 103 and Ru 103 | |
Thosar et al. | Internal conversion studies of the 2+→ 0+ transitions in some deformed even nuclei | |
Ryzhikov et al. | High efficiency fast neutron detectors based on inorganic scintillators | |
Hayward et al. | Disintegration of Selenium-73 | |
RU157406U1 (ru) | Сцинтилляционный детектор гамма-излучения | |
Schuman et al. | Half-life and decay of niobium-94 | |
D'imperio et al. | The SABRE experiment for dark matter search | |
Piquemal et al. | Results from the NEMO experiment | |
Mitchell et al. | Disintegration of I 124 and I 126 | |
Mukerji et al. | Decay of 103Ru | |
Gallagher Jr et al. | The 5.3 sec isomer of W183 | |
Fujioka et al. | The half-life of the 2211 keV state in 136Ba | |
Smith et al. | Measurement of the L+ M+…/K electron capture ratio in the decay of 125I | |
Cooper et al. | An Anticoincidence-Shielded Ge (Li) Gamma-Ray Spectrometer for High Sensitivity Counting | |
Aowd et al. | Absorption coefficient measurement of bremsstrahlung radiation in nano composite | |
Göbbels et al. | On the applicability of LaBr 3 detectors in the non-destructive characterization of radioactive waste drums | |
Lee et al. | Pulse shaping analysis with LAB-based liquid scintillators | |
Lee et al. | Comparative study on gamma-ray detectors for in-situ ocean radiation monitoring system |