автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Разработка средств и методов нейтронно-активационных измерений в области низкой чувствительности активационных детекторов

На правах рукописи

Антропов Сергей Юрьевич

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ И МЕТОДОВ НЕЙТРОННО-АКТИВАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ОБЛАСТИ НИЗКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ АКТИВАЦИОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ.

05.11.15 — метрология и метрологическое обеспечение 03.11.10 — приборы для измерений ионизирующих излучений и рентгеновские приборы.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995г.

Работа выполнена в государственном предприятии "Всероссийский научно — исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений."

Научный руководитель: дд.н., с.н.с Ярыка В.П.

Официальные оппоненты:

д.ф—м.н., проф. Крамер—Агеев Е.А.

к.т.н., с.н.с. Масляев П.Ф.

Ведущая организация: ГП "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И, Менделеева" г. С —Петербург.

Защита состоится 1995 г. в час па заседании

диссертационного совета Д 041.02.01 при ГП "ВШШФТРИ" 141570 Московская обл., Солнечногорский район, п. Менделееве, тел. 535 — 93 — 85, 535 - 93 - 01.

С диссертацией можно ознакомиться п библиотеке ГП "ВШ1ИФТРИ"

Автореферат разослан

10 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванова Ю.Д.

1. Общая характеристика работы

Актуальность работы

Измерение спектрального распределения нейтронов на ядерно — физических установках (ЯФУ) является важным звеном в решении задач, связанных с расчетом и проектированием ядерно — физических установок, повышением их технико — экономических показателей, оценкой радиационной стойкости конструкционных материалов, а также в ядерных технологиях получения материалов с новыми ядерно —физическими свойствами. Наиболее универсальным, а в ряде случаев я единственно возможным является активационный метод спектрометрии нейтронов.

Разработанные ранее наборы актявационных детекторов и методы восстановления нейтронных спектров обеспечивают с точностью до требований практики (8—15%) возможность измерения энергетического спектра нейтронов в области тепловых, надтепловых и быстрых нейтронов. Определение спектра нейтронов в промежуточной области представлялось достаточно сложной задачей, достоверное решение которой было практически невозможно в силу отсутствия в природе пригодных для активациокной спектрометрии реакций, чувствительных в этой области и несовершенства методов интерполяции спектра нейтронов, никаким образом не связанных с информацией о конструктивных особенностях ЯФУ. Разработанные в 198? г и включенные в состав набора ДКН композиционные детекторы 238Pu(n,f) и 239Pu(n,f) в борном экране не решили данной проблемы, т.к. из - за достаточно протяженной области чувствительности данных детекторов вклад промежуточных нейтронов в активационный интеграл был слишком мал.

Практически не решенными оставались вопросы оценки погрешности определения спектра нейтронов в области низкой чувствительности ПКТШН11(1Ю1Ш1.1Х детекторов. Методы интерполяции спектра не опирались на какие —либо физические модели, чю де\,1М> бессмысленным вопрос об области применимости :»тих методов.

Немаловажным фактором при планировании активационного эксперимента является его стоимость, которая может быть существенно снижена за счет уменьшения количества используемых детекторов. При этом неизбежно возрастает количество н протяженность областей низкой чувствительности набора дитех торов.

Цедь р^ботед — разработать комплекс аппаратурных и методических средств, позволяющих определять спектральные характеристики нейтронного поля ядерных реакторов в областях низкой чувствительности с приемлемой погрешностью, а также оценивать погрешность определения данных характеристик.

Новизна работц

К существенно новым результатам работы следует отнести:

1. Разработку концепции оценки погрешности в областях низкой чувствительности набора активационных детекторов, позволяющую учитывать составляющую, обусловленную моделью, используемой для интерполяции спектра нейтронов; введение дополнительных, характеризующих погрешность спектра нейтронов величин, позволяющих оценить погрешности расчета большинства практически значимых функционалов по измеренному спектру; введение понятия разрешающей, способности набора активационных детекторов и определение связи данной величины с погрешностью группового спектра нейтронов.

2. Композиционный детектор, позволяющий расширить энергетический диапазон чувствительности разработанных ранее наборов детекторов в область промежуточных энергий (1 — 5 кэВ). Разработку методики расчета сечения композиционных детекторов на основе сферического борного экрана.

3. Разработку методики формирования нейтронного спектра в которой впервые объединены: расчетный метод определения спектра 'нейтронов путем решения возрастного уравнения балланса нейтронов и

метод восстановления спектра нейтронов по измеренным активационным интегралам.

Практическая значимость и реализация результатов работы;

Реализованный в виде программного обеспечения комплекс методических средств формирования нейтронного спектра в областях низкой чувствительности набора активационных детекторов, а также композиционный детектор используются в лабораториях ГП "ВНИИФТРИ", Загорска, Томска, Дямитровграда. Данные средства обеспечивают соответствующую требованиям практики точность измерений в области промежуточных энергий и возможность существенного сокращения стоимости эксперимента за счет уменьшения количества используемых детекторов.

Рассчитанное в работе сечение композиционного детектора 23Ма(п,д)БЭ включено в таблицы стандартных справочных данных РНМФ-Д89.

Разработанная методика "МИ 2237 — 92 ГСП. Характеристики реакторных нейтронных полей. Методика расчета спектра нейтронов по результатам нектрошю — активационных измерений с учетом физических условий его формирования." рекомендована Госстандартом России для формирования начального спектра нейтронов ядерных реакторов.

Полжения,выносимые на защиту

1. Использование композиционного детектора на основе реакции 23№(п,д) и борного экрана БО —3.1 с избирательной чувствительностью' к

нейтронам с энергией 1 — 5 кэВ повышает достоверность актикациоиных

*

измерений спектра нейтронов п области промежуточных энергии. При расчете сечения композиционного детектора вкладом нейтронов, испытавших Солее одного акта рассеяния в объеме чкраиа, можно пренебречь.

2. Предложенная методика формирования начального спектра нейтронов с учетом физических свойств заменяющей среды, позволяет проводить однозначную, физически обоснованную интерполяцию спектра нейтронов ядерных реакторов в области промежуточных энергий. Использование данной методики для восстановления спектра нейтронов позволяет сократить количество участвующих в эксперименте детекторов без увеличения погрешности измеренного спектра нейтронов. Методика может бить испол13ована для формирования нейтронных спектров ядерных реакторов на тепловых нейтронах.

3. Д\я оценки погрешности расчета большинства практически значимых функционалов от измеренного спектра нейтронов достаточно использовать погрешность дифференциального и интегрального спектров, коэффициент корреляции резонансной и 1/v составляющих активационного интеграла для (n,g)—реакций и коэффициент корреляции активационного интеграла и интегрального спектра нейтронов выше некоторого порога дм пороговых реакций.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 111 страницах, содержит 19 таблиц, 24 рисунка и перечень литературы из 38 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение содержит краркое описание состояния вопроса и наиболее общие понятия и определения- нейтронно — активационного мегода.

Глава 1 посвящена вопросам оценки погрешности решения некорректной ■ задачи восстановления нейтронного спектра f(E) по показаниям активационных детекторов Q>

(К

где: 0~j(E) - сечение активации i — го детектора

Однозначное решение приведенной системы интегральных уравнений невозможно без постановки дополнительных условий, в качестве которых, как правило, используется условие гладкости спектра нейтронов и полученные на основании некоторых моделей ограничения на' его форму. Схематично задачу определения нейтронного спектра можно представить следующим образом:

Рис 1. Нейтронно — активациоиный метод. Здесь:

Физичные дополнительные условия — полученные на основе априорной информации < математические формулы, алгоритмы, . позволяющие проводить формирование Начального спектра нейтронов, или выбор его из библиотеки.

Нефизичные дополнительные условия — не опирающиеся на априорную информацию условия, необходимые для однозначного формирования нейтронного спектра и условия диктуемые точностными требованиями к восстановленному спектру нейтронов (напр. условие гладкости).

Для оценки случайной составляющей погрешности, обусловленной статистическими вариациями измеренных активациоиных интегралов О)

используют, как правило, метод статистических испытаний. При этом проводится многократное решение задачи (1) для различных, случайным образом распределенных в пределах погрешности наборов значений измеренных активационных интегралов. Полученный набор нейтронных спектров и. характеризует ю общем случае статистическую

составляющую погрешности. Для оценки систематической составляющей погрешности предложено в ходе статистических испытаний варировать не только измеренные активационяые интегралы, но и модели, используемые д\я однозначного решения системы (1). При этом каждая из используемых моделей не должна Противоречить априорной информации о типе и конструктивных особенностях ЯФУ. Для спектров нейтронов ядерных реакторов в качестбе таких моделей могут быть использованы спектры соответствующего класса из библиотеки БКС, алгоритм формирования начального спектра "Оцеика" и предложенный в диссертации возрастной алгоритм формирования спектров нейтронов. Окончательно погрешность определяется по результатам статистических испытаний, представляющих собой многократное восстановление спектра для различных выборок измеренных активационных интегралов в соответствии с Гауссовым распределением вероятности и начальных спектров с равной вероятностью для каждой из моделей.

Использование множенства спектров нейтронов, полученных при статистических испытаниях в качестве точностной характеристики восстановления крайне неудобно. В то же время традиционно используемые величины — погрешность дифференциального 6/(Е) и интегрального с№"(> Е) спектров нейтронов не позволяют в дальнейшем проводить оценку погрешности расчета функционалов по измеренному спектру, так как не учитывают корреляционных связей меж различными энергетическими участками спектра. В главе предложено помимо этих величин использовать погрешность активационного интеграла 1 / »> детектора коэффициент корреляции резонансной и 1 / »>

составляющих ргУ„ н коэффициент корреляции активационного интеграла пороговой реакции и интегрального спектра в точке эффективного порога монитора Ри^е > •

Данные величины позволяют оценить погрешность расчета актииацирняого интеграла по измеренному спектру для резонансной реакции и погрешность отношения активационного интеграла для пороговой реакции к флюенсу нейтронов с энергией более Ет .

Для резонансных сечений величина рг 1/у является гладкой функцией эффективной резонансной энергии, а для пороговых ~ гладкой

функцией энергии эффективного порога. Это позволяет проводить оценки погрешности функционалов, для которых значения данных коэффициентов не были определены в статистических испытаниях.

Полученные величины явлдются. следствием как экспериментальных данных, так и модели (или нескольких моделей) используемых для решения системы (1). Вез модели, налагающей ограничения на вариации формы спектра, понятие погрешности не имеет смысла. Действительно, изменение дифференциального спектра нейтронов в любой отдельно взятой точке на величину более погрешности не приведет к статистически достоверному отклонению расчетных активационных интегралов от измеренных. То же самое можно сказать и о пропорциональном изменении спектра на достаточно узком интервале. Однако, дальнейшее увеличение ширины интервала в конце концов приведет к тому, что набор детекторов зарегистрирует изменения группового спектра на интервале.

В главе введено понятие разрешающей способности набора активационных детекторов, представляющей собой такое разбиение шка/ш энергии на интервалы, при котором д\я каждого интерпала выполняется условие: набор детекторов статистически достоверно регистрирует любые пропорциионалмшс изменения спектра на интервале на величину более погрешности. Разрешающая способность имеет смысл только я том случае, когда заданы значения погрешностей на интервалах. Для того, <ппбм

избежать лишней путаницы и не вводить нескольких различающихся по значениям характеристик погрешности, решено при определении разрешающей способности пользоваться средним на интервале значением погрешности дифференциального спектра нейтронов ¿>/(Е), получении в результате статистических испытаний.

Введен критерий статистически достоверной регистрации изменений спектра нейтронов на энергетическом интервале набором детекторов. В качестве величины, интегрирующей показания отдельных детекторов использован корректирующий множитель из итерационной процедуры восстановления нейтронного спектра. Считается, что набор детекторов статистически достоверно чувствует изменения спектра в том случае, когда значение корректирующего множителя изменяется более чем на величину собственной погрешности.

Построение интервалов начинается с областей максимальной чувствительности набора детекторов. Полученное разбиение шкалы энергии и значения погрешности группового спектра характеризуют максимальную точность измерения спектра нейтронов набором детекторов. Все нерегулярности дифференциального спектра нейтронов, характерный размер которых по значению не превышает величины погрешности, а по оси энергий ширины интервала, не могут быть зафиксированы набором детекторов, и их наличие в восстановленном спектре является только следствием модели, использованной для корректной постановки задачи. Если же размеры нерегулярности в восстановленном спектре превышают погрешность группового спектра, а их ширина - ширину интервала разрешающей способности — значит наличие такой нерегулярности является следствием экспериментальной информации и не зависит от используемой модели (начального спектра).

Таким образом, в главе ) во-первых, проведено разделение погрешности нейтронко —активацнонных измерений на составляющие, обусловленные различными возмущающими факторами; во-вторых, введен для каждой из составляющих набор величин, характеризующих

точность восстановления и расчета функционалов, корреляционные связи между различными участками нейтронного спектра и разрешающую способность набора детекторов; в третьих — разработан алгоритм определения как отдельных составляющих этих величин, так и полных их значений.

В главе 2 описан композиционный детектор с избирательной чувствительностью к промежуточным нейтронам на основе реакции 23№(п,д) с энергией основного резонанса 2.8 кзВ. Для увеличения вклада промежуточных нейтронов таблетка из Фтористого Натрия помещается в сферический борный экран, поглощающий тепловые и надтепловые нейтроны.

Рнс 2. Композиционный детектор.

Исследование Б.Э. выявило сферическую ассиметрию геометрической толщины стенки экрана, достигающую 15%. Измерения функции пропускания у квантов под различными углами к оси симметрии Б.Э. выявили неравномерность распределения плотности по объему экрана. Дополнительная погрешность активационного интеграла К.Д. обусловленная неравномерностью толщины стенки В.Э. зависит от его ориентации п анизотропном нейтронной поле и может достигать 6%. ) По результатам исследований в технологию изготовления Б.Э. были внесены необходимые изменения, обеспечившие уменьшение обусловленной неравномерностью толщины стенок погрешности До уровня не более 0,2%.

В окончательном варианте борный экран представляет собой сферу внешним диаметром 28 мм с полостью диаметром 13 мм. Б.Э. содержит 11,4 г порошка аморфного бора, обогащенного до 85% по нуклиду бор — 10; 0,6 г не содержащих водород примесей н возможно 1-2 г

гидроизолирующего лака. В экранах не пропитанных лаком возможно наличие сорбированной из окружающей среды воды, количество которой можно определить взвешиванием. Эффективная толщина стенки Б.Э. по нуклиду В — 10 составляет около 0,9 г/см2. Таблетка фтористого натрия фиксируется в центре полости борного экрана.

Сечение (TKD взаимодействия нейтронов с ядрами нуклида — мишени в активационном детекторе ддя КД определяется из соотношения:

00 «о '

= \<Tf\E)dE (2)

о о

где: сг — сечение изотопа мишени; f(E) — спектр нейтронов вне экрана; f'(E) — спектр нейтронов внутри экрана.

Сечение КД рассчитано в представлении спектра нейтронов f(E) в виде суммы двух компонент; от прямого прохождения нейтронов через стенку экрана и от рассеянных из объема БЭ нейтронов.

Г(Е) = 4(Д Е)-Р{ Е) + ¿1 /(£')• ЩЕ.ЕУЕ (3)

Р M Е

где: !\Е) — вероятность нейтрону с энергией Е пройти во внутреннюю полость без взаимодействия в материале экрана и попасть в детектор; R^(E,E') - вероятность нейтрону энергии Е рассеяться на нуклиде i в материале экрана до энергии Б' и попасть в активационный детектор; Л — внешний радиус экрана; р — радиус нейтронно — активационного детектора; и — количество нуклидов в экране.

Расчет сечения КД выполнен для изотропного облучения КД с учетом однократного рассеяния нейтронов в экране. При этом использовалось сечение взаимодействия нейтронов с ядрами нуклидов бора из библиотеки

ЕЫОРВ —IV и сечение реакции активации из библиотеки РНМФ —89. Средняя квадратичная погрешность (интегральная оценка) полученного сечения КД составляет Ь%.

В работе исследовано влияние на показание КД размера активационного детектора, размещаемого внутри БЭ, и возможного различия содержания гндроизолирутощего лака. В таблице приведены рассчитанные относительные изменения активационного интеграла мя рассматриваемого КД в спектре нейтронов водо — водяного реактора.

Диаметр детектора, мм Масса лака, г 6 10 13

0 1.04 1.00 0.94

1 .. 1.04 1.00 0.94

2 1.03 0.99 0.93

3 | П)Ь - . 0.97 0.92

Экспериментальное исследование разработанного КД было выполнено в аттестованных нейтронных полях исследовательских реакторов На тепловых нейтронах. Отличия измеренных активационных интетралов от рассчитанных (% ) в нейтронном спектре сформированном алгоритмом "Оценка" (колонка I ) и в спектре сформированном возрастным алгоритмом (колонка II ) приведены в таблице.

Нейтронное поле I II

ИР-100 -0.4 2.1

ИР — 50 ВЭК-4 4.5 1.3

СМ —2 БКС-4 -5.2 -2.7

СМ —2 ВЭК-4 -2.7 -2.2

СМ-2 ВЭК-ба -1.0 -1.8

ВВР-Ц ВЭК-3 • ', -3.0 -9.9

Глава 3 посвящена вопросу интерполяции спектра нейтронов в области низкой чувствительности активационных детекторов. Построение спектра

ведется на основе данных о физических свойствах формирующей нейтронный спектр среды.

Классическая задача расчета ЯфУ

Краевые и граничные условия

Уравнение балланса нейтронов

Классическая задача восстановления спектра

Измеренные актиаационные интегралы ;

Предложенная о главе постановка задачи

Дополнительные условия. -I (гладкости)

Рис 3, Постановка задачи формирования спектра нейтронов.

В качестве дополнительного условия, налагаемого на искомый спектр предложено использовать уравнение балланса нейтронов в возрастном приближении (см схему), энергетическую зависимость решения которого в возрастном приближении для ограниченной среды с распределенным источником нейтронов можно выразить в виде: , ■ \9UeV

19 В

где:

г"

<1Е — возраст нейтронов с энергией Е;

19

с1Е — Интеграл поглощения при замедлении

до энергии Е

— сечение поглощения, £Х5 — замедляющая способность среды, О — коэффициент диффузии, Х(Е) •— спектр источника нейтронов, а ~ геометрический параметр среды.

Определение пространственной зависимости решения уравнения возраста невозможно без детальною описания геометрических

особенностей исследуемой установки. Однако, для определения энергетического спектра нейтронов достаточно предположит;,, что зто решение существует. При этом псе геометрические особенности определяются одним числом — геометрическим параметром среди а .

Значение параметра а расчитывается исходя из условия наилучшего соответствия измеренных актнвадионньгх интегралоп расчетным в спектре (1). Помимо а данным условием определяются еще два параметра. Один из них — 0, задает форму спектра источника нейтронов

= (5)

а другой — к , вводится только в тех случаях, когда исследуемый канал находится вблизи границы раздела двух сред и равен соотношению объемов этих сред в эквивалентной гомогенной среде. Макроскопическое сечение 2 гомогенной сыесл сред с сечениями и определяется как

2 = *--2,+(1-*-)-£г (6)

Таким образом процедура восстановления сг.-ектра нейтронов сводится к минимизации среднеквадратического отклонения (СКО) измеренных активационных интегралов от расчетных в искомом спектре. Зависимость С1<О(а,0,К') представляет собой сложную функцию с оврагами н хребтами в пространстве переменных а,Э,ЛГ. Поиск минимума СКО существенно упрощается после замены переменной а на

Положенные в основу теории возраста предположения — независимость коэффициента диффузии от координат и непрерывность процесса замедления нейтронов, не выполняются вблизи границ раздела сред и в средствах, содержащих элементы с атомным номером А<4. Однако, и в этих случаях нейтронный спектр может бить описан формулой (2). Так, выражение для спектра нейтронов, полученное из не использующей этих предположений теории замедления, отличается от (2)

отсутствием множителя exp(a í"(t')), описывающего утечку нейтронов из ЯФУ. Все приближения теории возраста влияют только на этот множитель, значение которого для больших ЯФУ (ак 0) почти не отличается от 1. Кроме того, параметр а определяется из экспериментальных данных, а, следовательно, неправильно рассчитанная зависимость г(£') в результирующем спектре нормируется на экспериментальные данные.

В области высоких энергий значительный вклад в замедление нейтронов вносят процессы иеупругого рассеяния. Для аппроксимации нейтронного спектра в этой области (Е>3 МэВ) использована методика, предложенная в алгоритме "Оценка".

В главе £. описана программа для персонального компьютера ПРОСПЕКТ— М^ в которой автором реализованы алгоритмы предыдущих версий Проспекта и предложенные в настоящей работе алгоритм формирования начльного спектра нейтронов и методики расчета сечения КД и оценки погрешности восстановленного спектра. В программу введен также ряд дополнительных сервисных процедур для работы с сечениями и спектрами нейтронов. Библиотеки Проспекта дополнены сечениями конструкционных материалов ЯФУ. Проспект—М в отличии от предыдущих версий построен в виде набора независимых процедур с одинаковым форматом входной и выходной информации н общим банком данных. На рисунке приведена структурная схема программы. Жирной линией обведены Пункты основанные на предложенных в диссертации алгоритмах.

Для восстановления нейтронного спектра необходимо сформировать несколько начальных спектров используя различные алгоритмы и их вариации реализованные в программе, провести коррекцию спектра, используя один из полученных спектров в качестве начального, а затем оценить погрешность восстановления используя дня этого процедуру статистических испытаний, многократно повторяющую процедуру коррекции для случайных выборок значений измеренных активационных

. I

интегралов в пределах погрешности и начального спектра из множества начальных спектров.

Рис 4. Структурная схема программы ПРОСПЕКТ—М

В главе 5 приведены результаты формирования начальных спектров с использованием алгоритмов программы ПРОСПЕКТ —М. В качестве исходных данных использованы результаты активационных экспериментов проведенных специалистами НПО 'ВНИИФТРИ' в 12 — ти измерительных каналах различных исследовательских реакторов.

Полученные результаты разбиты на три группы в соответствии с типом формирующей среды — гомогенная среда, гетерогенная среда и среда с большим значением сечения поглощения нейтронов.

Для каждого из измерительных каналов получено как минимум три спектра нейтронов. Один из них сформирован в соответствии с алгоритмом "Оценка", а два других — в соответствии с возрастным алгоритмом по всему набору детекторов и по набору из 4-х — 5 —ти детекторов.

Использование столь малого количества детекторов стало возможным благодаря значительно меньшему числу неизвестных параметров в

аппроксимирующей нейтронный спектр формуле (3.10) в сравнении с алгоритмом "Оценка". Образующиеся при этом достаточно протяженные области низкой чувствительности набора детекторов позволяют оценить погрешность формирования спектра нейтронов в этих областях. Результаты формирования спектров представлены как в графическом виде, так и в виде таблиц рассогласования измеренных и расчетных активационных интегралов.

На рис 5 приведены сформированные спектры нейтронов канала ВЭК —3 реактора ВВР —Ц (водная среда) а в таблице — отклонения измеренных активационных интегралов от расчетных. Реакции не принимавшие участия в формировании спектра в таблице помечены символом '. Спектр 4 получен в соответствии с теорией возраста в предположении наличия двух формирующих сред — воды и железа. Объемная доля железа (значение параметра к), определенная из измеренных активационных интегралов при этом составила 6%. Т.е.. появление третьей степени свободы — возможности изменения значения К не приводит к каким —либо значимым изменениям результатов.

В разделе посвященном гетерогенным средам обсуждается вопрос о дополнительной погрешности вносимой процедурой гомогенизации и приводится способ исключения этой погрешности. Показано, что вблизи границы раздела двух сред с различными ядерно—физическими свойствами соотношение вкладов этих сред в формирование спектра нейтронов в различных энергетических областях различно, Так, например в канале КС — 1 реактора ВВР — М быстрая t компонента спектра формируется в основном в водяной активной зоне, промежуточная — в бериллиевом отражателе, отделяющем измерительный- канал от A3, а надтепловая — в окружающей канал воде. Для учета погрешности вносимой процедурой гомогенизации предложено отдельно формировать спектр быстрых и надтепловых нейтронов соответственно по показаниям пороговых и

Рис. 5. Спектры нейтронов канала ВЭК —3 реактора ВВР —Ц, сформированные 1 — по всем детекторам, алгоритм "Оценка"; 2 — по всем детекторам, возрастной алгоритм; 3 — пять детекторов, возрастной алгоритм; 4 — по всем детекторам, возрастной алгоритм для двух формирующих сред (вода и железо).

Таблица

Реакция Спектр 1 Спектр2 СпектрЗ Спектр4

45Бс(п,д) 2.7 3.3 9.9 • 2.5

197Аи(п,д) -2.4 -2.1 4.3 -2.9

1391а(п,д) 1.2 -0.4 2.7 1 -0.4

59Со(п,д) 0.1 -2.9 - 1.5 ' -2.4

63Си(п,д) -2.7 -6.3 -7.1 -5.3

23Ыа(п,д) 1.7 0.4 3.8 ' 0.3

23Na(n,g)БЭ -3.0 -9.9 -16.1 • -7.4

237Ыр(п,Г)БЭ 3.4 17.3 7.2 19.7

ЮЗМф.п') 0.7 11.9 3.7 • 13.3

1151п(п,п') -0.3 7.6 1.7 ' 8.0

58Щп,р) -1.0 -0.6 - 1.6 • -2.4

32Б(п,р) 0.4 0.4 -0.6 - 1.6

54Ре(п,р) 1.4 1.2 0.5 • -0.9

27А1(п,р) 0.8 -0.7 0.4 ' -3.0

56Ре(п,р) 2.8 2.1 3.7 ; 0.2 ,

27А1(п,а) 06 • 0.0 2.2 - 1.7

51У(н,а) 38 3.2 7.7 ' 1.6

93М!>(п,2п) ас 8.0 16.2 * 6.5

•»0Z.rin.2n) 1.5 1.0 28.4 1 -0 1

Отклонения измеренных лктивпцнонных интегралов т расчетных в снсктрлх нейтроном !Я)К — реактора ПНР—Ц.

резонансных детекторов соответственно, а затем сшивать полученные спектры в промежуточной области. Результаты этой операции приведены на рис. 6.

Рис.6. Спектры нейтронов канала КС-1 реактора ВВР —М, сформированные возрастным алгоритмом. Спектр 1 получен с участием всего йабора детекторов, спектр2 — по пяти детекторам, быстрая компонента спектра 3 сформирована отдельно возрастным алгоритмом с участием только пороговых детекторов и сшита с надтепловой компонентой спектра 1.

По результатам формирования нейтронных спектров можно сделать следующие выводы:

Предложенный работе возрастной алгоритм позволяет формировать нейтронные спектры ядерных реакторов по показаниям активационных детекторов. В надтепловой и быстрой области Полученные спектры хорошо согласуются с результатами работы алгоритма "Оценка". В промежуточной области, характеризуемой низкой чувствительностью набора детекторов возрастной алгоритм в отличии от "Оценки" проводит однозначную, физически обоснованную интерполяцию спектра нейтронов.

Показания композиционного детектора 23Ыа(п,у)Б.Э. подтверждают правильность интерполяции спектра нейтронов в промежуточной области.

Относительно небольшое число неизвестных параметров н аппроксимирующей нейтронный спектр формуле делает возрастной алгоритм устойчивым по отношению к ошибкам и промахам, допущенным при измерении активациотгых интегралов отделымзе детекторов.

Алгоритм устойчив также и по отношению к количеству активационных детекторов и позволяет формировать спектры по набору из 4 —5—ги детекторов. Полученные спектры практически не отличаются от спектров, сформированных по всему набору детекторов.

Различные энергетические участки спектра нейтронов формируются в различных пространственных областях реактора, а, следовательно, вблизи границы раздела двух сред соотношение их вкладов п формирование спектра зависит от энергии. Для учета этой зависимости предложено раздельно формировать спектр быстрых и надтепловых нейтронов соответственно по пороговым и резонансным детекторам, а затем сшивать их в промежутОчной-области. При этом для резонансной и быстрой области будут получены различные значения параметра к", характеризующего соотношение объемов сред в эквивалентной гомогенной среде.

1. На основе борного экрана БЭ —3.1 разработан композиционный детектор, чувствительный к нейтронам промежуточных энергий. Разработана методика расчета сечения композиционных детекторов на основе сферического борного экрана. Рассчитано сечение предложенного детектора, оценена его погрешность и определены поправки на наличие в экране водородсодержащих примесей и на положение таблетки Nap в полости борного экрана. 2. Предложена методика формирования спектра нейтронов, использующая в качестве исходных данных наряду с эксперименталыюй информацией уравнение балланса нейтронов в замедляющей среде. Определена область применение) данной методики. Сформирована

библиотека сечений конструкционных материалов ЯФУ. Проведено сравнение результатов работы данной методики с другими методами формирования нейтронного спектра, показавшее преимущество данной методики при работе в областях низкой чувствительности активационных детекторов.

3. Введено понятие разрешающей способности набора активационных детекторов и определена связь данной величины с погрешностью группового спектра нейтронов. Предложен способ учета составляющей погрешности спектра нейтронов, обусловленной моделью, необходимой для однозначного формирования спектра. Для оценки погрешности расчета большинства практически значимых функционалов от нейтронного спектра предложено использовать коэффициент корреляции резонансной и 1/у составляющих активационного интеграла для (п,д)—реакций и коэффициент корреляции активационного интеграла и интегрального спектра выше некоторого порога для пороговые реакций.

4. На основе уже существующих и предложенных в настоящей работе методик и справочных данных разработана программа восстановления нейтронных спектров для персонального компьютера.

Результаты исследований по диссертационной работе докладывались на V Всесоюзном совещании по метрологии нейтронного излучения на реакторах и ускорителях, а также опубликованы в следующих работах:

1. Антропов С.Ю., Ермилов А.П., Ковальчук В.Д., Ярына В.Г1. Мониторирование полей термоядерных нейтронов на установке ТСП. V Всесоюзное совещание по метрологии нейтронного излучения на реакторах и ускорителях. Тезисы докладов. Москва ВНИИФТРИ 1990.

2. Антропов С.Ю. Ярына В.П. Учет физических свойств среды нрн восстановлении спектра нейтронов в нейтронно —активационных измерениях. V Всесоюзное совещание по метрологии нейтронного

излучения на реакторах и ускорителях. Тезиси докладов. Москва ВНИИФТРИ 19Э0.

3. Лнтропон СЮ. Бондаре Х.Я. . . . Стандартизация справочных данных для нейтронно — актнвационных измерений. V Всесоюзное совещание по метрологии нейтронного излучения на реакторах и ускорителях. Тезисы докладов, Москва ВНИИФТРИ 1990.

4. Антропов С.Ю. Ярына В.П, Композиционный детектор с избирательной чувствительностью к промежуточным нейтронам. Измерительная техника 1995.

5. Антропов С.Ю., Ермилов А.П. Высокочувствительный актпвационный детектор нейтронов. Измерительная техника 1995.

6. Антропов С.Ю., Ярына В.П. Учет физических свойств замед\як!П(ей^сред!л при восстановлении нейтронного спектра по показаниям актинамиеццплх детекторов. Измерительная техника 1995.

Подписано в печать 23.10.95г. Оо'вдм I уч.-изд.л. Тиран 80 экз. Полиграфу част ок ГП "ВШШМРИ" Зак. К; 445