2.4. Образцовые нейтронные источники

при поверки нейтронной аппаратуры в качестве образцовых мер используют изотопные источники нейтронов. Нейтроны образуются в результате ядерных реакций (α, n) или (γ, n) на ядрах бериллия-9либо в результате спонтанного деления ядер. В настоящее время промышленность выпускает плутоний-α-бериллиевые источники с нуклидами плутоний-239 и плутоний-238 и источники спонтанного деления из калифорния-252, предназначенные для аттестации в качестве образцовых. Наряду с ними можно применять также образцовые полоний-α-бериллиевые, радий-α-бериллиевые и радий-γ-бериллиевые источники.

Основной параметр образцовых источников – полный поток нейтронов в угле 4π, который определяет число нейтронов, испускаемых за пределы оболочки в секунду. Следует отметить, что в научно-технической литературе часто встречается термин «выход нейтронного источника». В соответствии с ГОСТ 19849 – 74 этот термин определяет число нейтронов испускаемых источником за пределы его оболочки в течение заданного интервала времени, т.е. размерность этой величины нейтр., а не нейтр./с.

При изготовлении источников предусматривается возможность сохранения их основных параметров в диапазоне температур от –60 до + 250⁰С при относительной влажности до 98% при температуре 20⁰С при вибрационной тряске в диапазоне частот от 30 до 60 Гц с ускорением 3g.

Источники изготавливают в виде цилиндров, диаметр которых приблизительно равен высоте; центр активной смеси совпадает с геометрическим центром источников. В этом случае анизотропия нейтронного излучения источников не превышает ± 2%. Значение полного потока нейтронов в угле 4π и размеры источников приводятся в паспорте.

Т а б л и ц а 10

Характеристика плутоний-α-бериллиевых источников нейтронов,

Предназначенных для аттестации в качестве образцовых

Маркировка источника	Номинальное значение потока нейтронов в угле 4π,нейтр./с	Наружные размеры, мм
		Диаметр	Высота
ИБН-13 ИБН-14 ИБН-15 ИБН-16 ИБН-17 ИБН-18 ИБН-19 ИБН-20 ИБН-21 ИБН-22 ИБН-23 ИБН-24 ИБН-25 ИБН-26 ИБН-27 ИБН-8-1 ИБН-8-2 ИБН-8-3 ИБН-8-4 ИБН-8-5 ИБН-8-6 ИБН-8-8	1·103 2·103 5·103 1·104 2·104 5·104 1·105 2·105 5·105 1·106 2·106 5·106 1·107 2·107 5·107 5·105 1·106 2·106 5·106 1·107 2·107 5·107	10±0,2 10±0,2 10±0,2 10±0,2 12±0,2 12±0,2 15±0,2 15±0,2 18±0,2 21±0,2 24±0,2 29±0,2 35±0,2 42±0,2 54±0,2 10±0,2 12±0,2 15±0,2 15±0,2 18±0,2 21±0,2 24±0,2	13-0,5 13-0,5 13-0,5 13-0,5 16-0,5 16-0,5 18-0,5 18-0,5 22-0,5 25-1 30-1 33-1 39-1 46-1 58-1 13-0,5 16-0,5 18-0,5 20-0,5 22-0,5 25-0,5 30-1

Рассмотрим основные типы изотопных источников нейтронов. Из плутоний-α-бериллиевых источников широкое распространение в физических и поверочных лабораториях получили источники с нуклидом плутоний-239. Они маркируются буквами ИБН и числами от 13 до 27. Диапазон номинальных значений потока нейтронов в угле 4π и размеры источников типа ИБН приведены в табл.10.

Источник представляет собой геометрическую ампулу из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, заполненную сплавом интерметаллического соединения плутоний-бериллий. Ампулы герметизируют электронно-лучевой и аргонно-дуговой сваркой. Толщина стенки оболочки не более 4 мм.

Допустимые отклонения фактического значения полного потока нейтронов от номинального значения в момент изготовления источника не превышают ±25%. При нормальных условиях эксплуатации гарантийный срок годности плутоний-α-бериллиевых источников составляет 5 лет. Срок повторной аттестации источников указывается в свидетельстве об аттестации. Он не должен превышать 3 лет. Основное преимущество этого типа источников перед другими изотопными источниками – это стабильность во времени нейтронного излучения. Низкий уровень сопутствующего γ-излучения. Период полураспада плутония-239 составляет 24300 лет, а использование интерметаллического соединения PuBe₁₃ исключает возможность изменения состава смеси.

Плутоний-α-бериллиевые источники с использование плутония-238 имеют размеры примерно в 1,5 раза меньше, чем размеры источников с нуклидом плутоний-239 при том же полном потоке нейтронов. Основные технико-эксплуатационные параметры источников с нуклидом плутоний-238 совпадают с приведенными выше. Их маркируют ИБН8 и цифрами от 1 до 8 (источники типа ИБН8-7 не предназначены для аттестации в качестве образцовых).

Образцовые источники нейтронов спонтанного деления из калифирния-252 имеют размеры: диаметр 8мм, высота 10мм, полный поток нейтронов до 10⁷ нейтр./с.

радий-α-бериллиевые источники нейтронов представляют собой смесь бромистого радия с порошком бериллия, размещенную в двойной оболочке общей толщиной 3мм. Оболочки заварены аргоно-дуговой сваркой. Это обеспечивает надежную герметизацию источника. Тем не менее перед использованием источник следует проверять на загрязненность продуктами распада радия. Проверка проводится методом снятия мазков. Загрязнение поверхности радиоактивными веществами не должно превышать 34част./с.

Радий-α-бериллиевые источники маркируются буквами РБА и двузначными или трехзначными числами. Числами обозначают номинальное значение полного потока нейтронов из источников. Первое число при двузначной маркировке надо умножить на 10 в соответствующей степени; второе число – показатель этой степени. При трехзначной маркировке первые две цифры обозначают число 2,5, а последняя – показатель степени. Например, маркировка РБА-16 означает, что полный поток нейтронов составляет 1·10⁶ нейтр./с, а РБА-256 – полный поток нейтронов составляет 2,5·10⁶ нейтр./с. Отклонения фактических значений от номинальных для образцовых источников не должны превышать ±20%. Сроки повторной аттестации образцовых источников не должны превышать 3 лет.

Значения полных потоков нейтронов источников типа РБА изменяются в переделах от 10⁴ (РБА-14) до 10⁷ нейтр./с (РБА-17).

Полоний-α-бериллевые источники нейтронов получили широкое распространение при нейтронных измерениях. Это обусловлено тем, что полный поток других типов источников, выпускаемых промышленностью, не превышает 10⁷нейтр./с. Кроме того, большой габарит полоний-α-бериллевых источников с полным потоком свыше 10⁶ нейтр./с не позволяет применять их в шаровых источниках тепловых нейтронов полоний-α-бериллевых источников, выпускаемых в настоящее время, составляет 10⁶ - 5·10⁸ нейтр./с. Периодичность поверки полоний-α-бериллевых источников, 1-го и 2-го разрядов должна быть не свыше 6 месяцев. Изменение полного потока нейтронов из полоний-α-бериллевого источника во времени происходит с периодом полураспада 138,4 дня. В паспорте на полоний-α-бериллевые источники обычно указывается активность источника полония в кюри. Для оценки полного потока нейтронов из источника следует иметь в виду, что при активности полония 1 кюри полный поток нейтронов составляет примерно 1,8·10⁶ нейтр./с. источники представляют собой таблетки из бериллиевой керамики с внедренным в них полонием-210. Таблетки помещены в герметично запаянную латунную оболочку. Диаметр источников 20 мм, высота 40мм.

Размеры источников одинаковы для источников с различным полным потоком. Отметим, что анизотропия нейтронного излучения полоний-α-бериллевых источников довольно велика. Это обусловлено тем, что на одном из торцов имеется толстая пробка, сильно рассеивающая нейтроны. Поэтому при поверочных работах источник должен располагаться к детектору боковой поверхностью. Источники можно эксплуатировать при температуре от –50 до +60⁰С и относительной влажности до 98% при температуре 20⁰С.

В качестве источников промежуточных нейтронов используют радий-γ-бериллевые источники с содержанием 200мг радия (допустимое отклонение не должно превышать ±20%). Радий-γ-бериллевые источники представляют собой спрессованную соль бромистого радия, помещенную в запаянную стеклянную ампулу с толщиной стенки 0,3мм. Эта ампула заключена в сферическую бериллиевую оболочку диаметром 400мм с полостью диаметром 8мм; полный поток нейтронов источника составляет около 10⁵ нейтр./с.

Из других типов γ-бериллиевых источников следует упомянуть сурьмяно-γ-бериллиевые и натрий-γ-бериллиевые источники. Их изготавливают в лабораториях, помещая в бериллиевые сферы стеклянные ампулы с радиоактивными препаратами сурьмы-124 и натрия-24.

В табл.11 приведены основные радиационно-физические характеристики ряда источников нейтронов, которые встречаются в практической работе по поверке и настройке нейтронной аппаратуры. В графе для спонтанных источников из калифорния 252 и кюрия-244 даны периоды полураспада спонтанного деления, которые определяют поток нейтронов, и периоды альфа-распада, которые определяют изменение потока нейтронов во времени.

В графе «Удельный поток нейтронов» даны: 1) для α-бериллиевых источников – число нейтронов в секунду на 1Кu радиоактивного нуклида при условии, что все α-частицы вступают в реакцию с ядрами бериллия; 2) для γ-береиллиевых источников – число нейтронов в секунду при условии, что 1г бериллия находится на расстоянии1см от радиоактивного нуклида активность. 1мКu; 3) для спонтанных источников – число нейтронов на 1мг делящегося нуклида. В графе “Энергия нейтронов” максимальная энергия нейтронов для γ-береиллиевых источников не приведена, так как она совпадает практически со средней. В качестве источников тепловых нейтронов при поверке используют замедлители различной конфигурации, в которых располагают изотопные источники быстрых нейтронов. Конструкция источников может быть различной: шаровой замедлитель – источник в центре, замедлитель в виде призмы с полостью – источник в замедлителе и т.д.

Т а б л и ц а 11

Некоторые характеристики источников нейтронов

Источник нейтронов	Период полураспада	Энергия нейтронов, МэВ		Удельный поток нейтронов	Внешнее γ-излучение, Р/(ч·м), на 106 нейтр./с
		максимальная	средняя
210Po-α-Be 239Pu-α-Be 238Pu-α-Be 226Ra-α-Be 226 Ra-γ-Be 24 Na-γ-Be 124 Sb-γ-Be 252Cf 244Cm	138,4 дня 24400 лет 86,4 года 1610 лет 1610 лет 15 ч 60 суток 66 лет (спонтанное деление) 2,6 года (α-распад) 1,4·107 лет (спонтанное деление) 18,4 года (α-распад)	10,9 10,7 11 13,3 - - - 15 15	4,2 4,5 - 3,9 0,30 0,97 0,024 1,9 1,9	2,5 2,0 2,8 15 35 240-290 130 3·109 104	0,04 1,7 - 60 - - - Незначительное, изменяется во времени тоже