Введение к работе
Актуальность проблемы. Рациональное использование нейтронного
НЗЛуЧеНИЯ И ПеренОСИМОЙ ИМ Энергии ЯБЛЯЄТСЯ одним ИЗ ОСНОЕНЫХ
направлений развития ядерной энергетики. Не менее важна проблема биологической и экологической безопасности ядерных энергетических установок. В обоих случаях необходимо знание процессов: взаимодействия излучения с веществом конструкции и биологической зашиты установок и, следовательно, параметров излучения.
Для измерения энергетических спектров излучения требуется соответствующая измерительная аппаратура. особенностью которой является работа в условиях смешанного гамма-нейтронного излучения.
Хорошими метрологическими и эксплуатационными параметрами обладает метод определения энергия нейтрона по ионизации, производимой заряженными продуктами реакции взаимодействия нейтрона с рабочим телом детектора. Заряд ионизации может быть измерен как непосредственно (в ионизационной камере, пропорциональном счетчике или ППД), так и опосредованно (сцинтилляиионный метод). Сочетание газовых пропорциональных счетчиков и органических сцинтиллятороЕ обеспечивает измерение спектров нейтронов в диапазоне энергии 10 кэВ - 20 МэВ и плотностей потока 102-106 неитрон/см^/с. Однако загрузочная способность спектрометров зачастую не превышает нескольких килогерц, а энергетическое разрешение достаточно далеко от теоретического предела. Кроме того, пр'иборы регистрируют только аппаратурные распределения, требующие математической обработки для восстановления действующих спектроь.
За границей популярностью пользуются ионизационные спектрометры нейтронов на основе сэндвича" из полупроводниковых детекторов с заключенным между ними тонким слоем газа 3Не или BF3,
преимуществом которых является простая Форма спектральной линии, но с чувствительностью на 1-2 порядка меньше пропорционального счетчика тех же размеров и худшим энергетическим разрешением. Разработки сцинтилляционных спектрометров нейтронов на основе детектора NE-213 обладают высокой загрузочной способностью, но их реализации различаются энергетическим порогом и коэффициентом подавления фона, что говорит о недостаточной изученности вопроса.
Значительный объем регистрируемой и обрабатываемой информации, непосредственно связанный с принципом многоканального анализа, требует пересмотра требований, предъявляемых к устройствам накопления и обработки информации. Особенно ярко это проявляется в связи с появлением экспериментальных термоядерных установок. Малая длительность импульса излучения, быстрое развитие процесса во времени и сложность пространственной конфигурации источника излучения требуют автоматизированного сбора информации, синхронизованного с основными моментами развития термоядерного процесса [1,6]. Для таких применений предельную загрузку в 3-Ю3 с-1 вряд ли можно считать удовлетворительной.
Основной задачей работы является выявление и устранение причин, ограничивающих характеристики спектрометра нейтронов, с учетом особенностей, присущих именно данному типу приборов. Для решения поставленной проблемы в диссертации решаются следующие задачи: 1) улучшение энергетического разрешения газовых детекторов: 2) повышение временной и температурной стабильности сиинтилляиионных блоков детектирования; 3) повышение точности настройки и загрузочной способности селектора Фоновых импульсов и расширение его Функциональных возможностей: 4) создание спектрометра нейтронов с оперативной обработкой данных.
Научно-техническая новизна и практическая ценность работы:
Разработаны:
-
математическая модель газового пропорционального счетчика со специфическим способом Формирования рабочего объема, позволяющая определить оптимальные геометрические размеры электродов с целью получения наиболее равномерного газового усиления по объему счетчика:
-
несколько типов газовых пропорциональных счетчиков, в том числе малогабаритные 3Не-счетчики с разрешением лучше 4% по тепловому пику; -.
-
сцинтилляиионный блок детектирования, обладающий повышенной температурной и временной стабильностью и пониженным напряжением высоковольтного питания;
-
математическая модель анализатора Формы импульса, используемого в селекторе Фоновых импульсов, учитывающая статистику центров сцинтилляции в детекторе.
-
селектор Фоновых импульсов с новым принципом действия и расширенными Функциональными возможностями;
-
режектор случайных наложений, учитывающий особенности режекиии импульсов в спектрометре нейтронов с селекцией импульсов по Форме;
-
спектрометры нейтронов с лучшим энергетическим разрешением, повышенной загрузочной способностью и оперативным восстановлением действующих спектров нейтронов и гамма-излучения.
Работа выполнялась автором в течение 1986-1992 гг. в рамках НИР: "Исследование путей создания универсального спектрометра нейтронов", "Исследование возможности создания комплекса аппаратуры для измерения характеристик полей нейтронов", а также НИР и ОКР, выполнявшихся в рамках работ по обеспечению диагностики излучений
установок управляемого термоядерного синтеза ("Сириус", "Северка", "Нарын").
Реализация и внедрение результатов исследования проводились в рамках создания спектрометров нейтронов для работы на реакторах и ускорителях.
Основный положения, предптдвдянныя к зашите: Разработаны:
-
Алгоритм расчета Функции отклика газового пропорционального счетчика со специальным Формированием чувствительного объема и малогабаритный счетчик, разработанный с использованием данного алгоритма;
-
Сиинтилляционный блок детектирования, использующий лииь часть каскадов Фотоумножителя, имеющий повышенную стабильность и сниженное напряжение питания ФЭУ;
-
Математическая модель анализатора Формы импульсов, учитывающая статистику Фотонов сцинтилляции и временные параметры электронного тракта;
-
Режектор случайных наложений для сциитилляционного спектрометра с селекцией импульсов по Форме, уменьшающий искажения спектра, вызванные искажением Формы импульсов при их совпадении;
-
Селектор Формы импульсов органического сциитилляционного детектора, имеющий повышенную загрузочную способность и низкий энергетический порог;
в) Спектрометры нейтронов на основе микро-ЭБМ, обеспечивающие автоматическое восстановление действующих спектров из аппаратурных распределений.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, получены положительные решения по 4 заявкам на изобретение.