<<
>>

Первичные источники нейтронов

В настоящее время в качестве первичных источников нейтронов в повероч­ных установках нейтронных радиометров и дозиметров преимущественно исполь­зуются радиоизотопные источники нейтронов.

В радиоизотопных источниках нейтроны получаются либо в результате спонтанного деления радиоактивного изо­топа (например, 252Cf), либо в результате ядерных реакций (α, n)на легких ядрах, например 9Be(α, n)12C. В качестве источников альфа-частиц используются альфа- активные изотопы 239Pu, 238Pu, 241Am, 210Po, 226Ra и другие [72, 80]. В таблице 4.1 приведены основные характеристики излучений некоторых альфа-излучающих нуклидов, а на рисунке 4.1 - спектры 239Pu-α-Be и Ra-a-Be-источников. Спектры получены путем моделирования в GEANT4 процесса взаимодействия альфа-ча­стиц, вылетающих при распаде 239Pu и бериллиевой мишени.

Из всех (α, п)-источников источник 239Pu-α-Be обладает наибольшим перио­дом полураспада (24360 лет), а значит высокой долговременной стабильностью вы­хода нейтронов при достаточной величине их выхода (1,8∙105нейтр/с на 1 г), низ­ким уровнем сопутствующего гамма-излучения (~ 3 фотона на 1 нейтрон) и хорошо изученным энергетическим спектром (средняя энергия нейтронного излучения E =

4,5 МэВ, максимум распределения соответствует энергии Емакс = 10,7 МэВ). Спектр имеет 3 явно выраженных максимума. Самый низкий в области 0,5 МэВ, средний в области 7,5 МэВ и самый высокий - около 3,3 МэВ [72, 82].

Для радий-бериллиевого источника максимумы несколько смещены относи­тельно максимумов плутоний-бериллиевого источника, поскольку энергии альфа- частиц, испускаемых радием, меньше энергии альфа-частиц, испускаемых при рас-

паде плутония [73]. Радий-бериллиевые источники используются реже из-за низ­кой долговременной стабильности выхода нейтронов, поскольку источниками альфа-частиц являются не только сам изотоп 226Ra, но и дочерние продукты его распада (ДПР) с отличающимися энергиями альфа-частиц, а за счёт различия пери­одов полураспада его ДПР, равновесие между ними со временем сдвигается, что и приводит к нестабильности выхода нейтронов.

Кроме того, радий-бериллиевые ис­точники характеризуются многократно более высоким гамма-фоном [83].

Таблица 4.1 - Нуклиды, используемые как источники альфа-излучения [8]

Нуклид Период полурапада Энергия интенсив­ных α-групп, МэВ Относительная интенсивность, %
239Pu 2,44∙104лет 5,10 11
5,14 15
5,15 73
238Pu 86,4 года 5,51 71
5,46 28
240Pu 6.58∙103лет 5,12 24
5,17 76
241Pu 5.6∙105лет 4,85 12
4,89 83
241Am 458 лет 5,44 11
5,48 88
210Po 138,4 суток 5,30 100
226Ra 1622 года 4,78 100
235U 7.1∙108лет 4,21 5,5
4,39 62
4,44 3
4,55 3
230Th 8.0∙104лет 4,62 24
4,68 76
250 Cf 13.2 года 5,99 15
6,03 85
252Cf 2,646 года 6,075 16
6,118 84
249Cf 360 лет 5,76 4
5,81 84
6,19 2

Рисунок 4.1 - Энергетические спектры Pu-α-Be и Ra-α-Be источников нейтронов, полученные с помощью GEANT4, нормированные относительно своих максимумов

Полониево-бериллиевый источник нейтронов характеризуется высокой удельной эмиссией нейтронов. Полоний-210 - практически чистый альфа-излуча­тель с энергией альфа-частиц 5,298 МэВ и периодом полураспада 138,4 суток.

Как раз благодаря небольшому периоду полураспада и обеспечивается высокая удель­ная эмиссия нейтронов, однако, по этой же причине и срок службы этих источников невелик.

Источник спонтанного деления на изотопе 252Cf обладает исключительно вы­соким удельным выходом нейтронов - 2,4∙1012нейтронов в секунду на 1 г, что поз­воляет создавать в буквальном смысле точечные источники. Если бы такое нейтронное излучение захотели получить из радий-бериллиевого источника, то для этого потребовалось бы 200 кг радия. Калифорний-252 имеет две ветви распада: по альфа-распаду с периодом полураспада 2,6 года и по нейтронному распаду с пери­одом полураспада 82 года. Он имеет гладкую и простую форму спектра нейтронов со средней энергией 1,9 МэВ и максимумом на энергии Емакс~ 0,7 МэВ и практиче­ски линейным спадом при повышении энергии относительно Емакс. Его вид в ли­нейном и логарифмическом масштабе (по энергии) представлен на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Энергетический спектр 252С1-источника нейтронов, нормированный относительно максимума интенсивности а) линейный масштаб по энергии, б) логарифмический масштаб

Сопутствующее гамма-излучение при этом невелико и составляет около 3 гамма-квантов на 1 испущенный нейтрон. Простая форма спектра позволяет доста­точно точно описывать его аналитической функцией Уатта [27]:

Наиболее вероятная энергия нейтронов деления Em= 0,7104 МэВ, а средняя энергия нейтронов деления Еср= 1,9 МэВ. Почти все нейтроны деления рождаются быстрыми (с энергиями Е > 0, 1МэВ). Но быстрых нейтронов с относительно высо­кими кинетическими энергиями (более 7 МэВ) рождается мало (меньше 1%), хотя среди них имеются и нейтроны с энергиями до 18 - 20 МэВ. Важными достоин­ствами этих источников являются длительный ресурс (более трех лет); сравни­тельно низкая стоимость и “точечность” источника (для получения желаемого по­тока нейтронов обычно достаточно менее 1 мг изотопа).

Для получения нейтронов более низких энергий используются образцовые источники на (γ, «)-реакции. Эта реакция может идти при энергиях γ-квантов, пре­вышающих энергию связи нейтрона в ядре мишени. Поскольку радиоактивные изо­топы обычно излучают γ-кванты с энергией менее 3 МэВ, то в фотонейтронных источниках используются в качестве мишеней только бериллий и дейтерий, имею­щие низкую энергию связи нейтронов с ядром. В качестве источников γ-квантов используются изотопы 24Na, 56Mn, 72Ga, 88Y, 116La, 140La, 228Th в равновесии с основ­ными дочерними продуктами распада.

В фотонейтронных источниках разброс нейтронов по энергиям относительно небольшой, поэтому для многих практических задач такие источники могут счи­таться моноэнергетическими. В качестве примера на рисунке 4.3 приведен спектр источника 24Na-γ-Be, рассчитанный с помощью GEANT-4. Излучаемые изотопом 24Na гамма-кванты облучают бериллиевую мишень, из которой вылетают нейтроны, формирующие спектр. Поэтому фотонейтронные источники удобно ис­пользовать для исследования формы отклика нейтронной спектральной линии нейтронных детекторов.

В соответствии с ГОСТ 8.355-79 [52] допущены для проведения поверки нейтронных радиометров следующие гамма-нейтронные образцовые источники: 24Na-γ-Be со средней энергией 0,8 МэВ, 226Ra-γ-Be со средней энергией 0,3 МэВ, 24Na-γ-D со средней энергией 0,2 МэВ и 124 Sb-γ-Be со средней энергией 24 кэВ.

Рисунок 4.3 - Энергетический спектр 24Na-γ-Be источника нейтронов, нормированный относительно максимума интенсивности

Основным ограничением использования источников, основанных на (γ, n)- реакции, является высокий уровень гамма-фона. Поэтому их можно использовать только в тех случаях, когда используются детекторы, не чувствительные к гамма- излучению (например, газоразрядные) или при наличии устройства идентификации выходных импульсов детектора, порождаемых нейтронами и гамма-квантами, ра­ботающего в реальном режиме времени.

4.2

<< | >>
Источник: ЛОГВИНОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курск, 2019. 2019

Еще по теме Первичные источники нейтронов:

  1. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
  2. Статья 3. Единственным источником государственной власти и носителем суверенитета в Республике Беларусь является народ.
  3. 4.3.3 Определение спектральной чувствительности нейтронных детекторов с низкой чувствительностью к тепловым нейтронам
  4. ГЛАВЕ 4 ФОРМИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ НЕЙТРОННЫХ ПОЛЕЙ С РАЗНООБРАЗНОЙ ФОРМОЙ СПЕКТРОВ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ
  5. ЛОГВИНОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курск, 2019, 2019
  6. Базовые спектры нейтронных потоков для формирования обучающей и проверочной выборок
  7. Исследование способов создания опорных нейтронных полей с различной формой энергетических спектров
  8. Основные методы спектрометрии нейтронного излучения
  9. Основные виды нейтронных детекторов
  10. Концепция построения спектрометра-дозиметра нейтронного излучения реального времени
  11. Особенности детектирования нейтронного излучения
  12. Энергетические спектральные характеристики нейтронных детекторов и активационных индикаторов
  13. Способы получения сцинтилляционных нейтронных детекторов с различными спектральными характеристиками
  14. Методы расчёта спектральных характеристик нейтронных детекторов
  15. Выбор энергетических интервалов, для которых определяются усреднённые значения спектральной плотности нейтронного излучения
  16. ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
  17. ГЛАВА 2 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ С РАЗНООБРАЗНЫМИ СПЕКТРАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
  18. Предлагаемый метод экспериментального измерения спектральных характеристик нейтронных детекторов
  19. ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИ­МЕТРА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И ПОДБОР ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ