Основными источниками погрешности счетчика для упаковок являются непостоянство эффектов матрицы и неизвестная химическая форма плутония. Результат сравнений со счетчиком для 55-галонных бочек показывает, что измерения со счетчиком для упаковок дают завышенную оценку содержания плутония. Типичная загрузка упаковки составляет менее 100 г плутония; время измерения обычно составляет 200 с. Результаты измерений обычно согласуются с целевыми значениями в пределах коэффициента 4.

Счетчик для упаковок используется для отбора упаковок, которые необходимо вскрыть и проверить более тщательно. Периодически счетчик обнаруживает упаковки, которые были некорректно описаны в документах. Для получения более точных количественных результатов измерения объединяются с методом пассивного гамма-счета.

15.6 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Специальные применения, описанные в этом разделе, связаны с энергетиче- ским спектром нейтронного излучения, наблюдаемым с помощью некоторых приборов пассивного анализа. В первых двух примерах наблюдаемый энергети- ческий спектр используется для определения специфических характеристик образца.

15.6.1 Анализатор водорода на основе источника 252Cf

Анализатор водорода на основе источника 252Cf (рис. 15.8) может определять содержание водорода в небольших образцах урана путем измерения смягчения нейтронного спектра близко расположенного источника 252Cf [20]. Анализатор состоит из стального блока с отверстиями, высверленными для фиксации двух никелевых цилиндров диаметром 76 мм. В одном из цилиндров находится источ- ник 252Cf, а в другом — образец и два нейтронных детектора на основе 3Не, что подробно показано на рис. 15.9. Для образцов, содержащих водород, скорость счета нейтронов возрастает, поскольку 3Не-счетчики обладают более высокой эффективностью для нейтронов низких энергий. Этот эффект матрицы усиливается, если вместо полиэтиленовых замедлителей вокруг образца и детекторов разместить стальные отражатели.

Электроника счета импульсов состоит только из одноканального анализатора. Использование достаточно мощного калифорниевого источника, обеспечивающего скорость счета порядка 10 кГц, дает сходимость результатов, равную 0,1 %, при вполне приемлемом времени измерения 100 с. За трехдневный период наблюдался временной дрейф в 0,3 %. Однако в реальности данные получают при измерении образца, перед которым или после которого выполняются измерения фона. Таким образом, наличие временных дрейфов не являетс я проблемой.

На рис. 15.10 представлен отклик анализатора (разность между числом от- счетов от образца и фона) в зависимости от содержания водорода. Прямая линия представляет собой подгонку данных методом наименьших квадратов. Четыре образца, указанные на графике, имели графитовую матрицу и одинаковый объем. На рис. 15.11 показано влияние увеличения содержания изотопа 235U на отклик анализатора водорода. Анализатор водорода первоначально был предназначен к использованию вместе с системой анализа небольших образцов SSAS (Small Sam-

Глава 15. Приборы регистрации полного потока нейтронов и их применение 457

65 вес. % воды. Анализ плутония осуществляется с помощью метода пассивной регистрации нейтронных совпадений, однако, введение поправки на содержание воды осуществляется с использованием отношения числа отсчетов в кольцах. Такая поправка необходима, поскольку водород является лучшим замедлителем, чем оксалат плутония, и образцы с более высоким содержанием воды в большей степени снижают среднюю энергию нейтронов. Нейтронный счетчик состоит из внутреннего кольца детекторов, отделенного от образца полиэтиленом толщиной 11 мм, и внешнего кольца, отделенного полиэтиленом толщиной 33 мм. Вследствие разной толщины слоя полиэтилена для счетчиков разных колец изменение энергетического спектра нейтронов влияет на отклик обои х колец по-разному.

Счетчик был отградуирован при анализе 19 образцов с известным содержанием плутония и воды. Масса плутония m была представлена в виде

ãäå R o — скорость счета совпадений во внешнем кольце; Ti — полная скорость счета во внутреннем кольце; To — полная скорость счета во внешнем кольце;

а, α, β — параметры подгонки.

Дополнительно 22 образца были проанализированы неразрушающим методом со стандартным отклонением 2,2 % (1σ) [22] относительно результатов последующего разрушающего анализа. Без введения поправки на влажность с использованием отношения числа отсчетов в кольцах отклонение составляет от 50 до 100 %.

15.6.3 Энергетически независимый "длинный" счетчик

В области исследования быстрых нейтронов существует множество областей применения для счетчика, эффективность регистрации которого не зависит от энергии падающих нейтронов. Одним из таких счетчиков, используемых для градуировки и стандартизации приборов нейтронного анализа, является "длинный" (всеволновой) счетчик [10, 24]. Эффективность регистрации всеволнового счет- чика в широком диапазоне энергий почти постоянна, однако не полностью энергетически независима, как иногда считается.

На рис. 15.12 показаны характеристики конструкции высокоэффективного всеволнового счетчика. Нейтронный источник располагается на оси 3Не-детекто- ра на расстоянии не менее 1 м от торца. Для достижения постоянного энергетиче- ского отклика существенными являются минимальное расстояние между источ- ником и детектором, количество и расположение отверстий в замедлителе и конструкция полиэтиленового кольца перед замедлителем. На рис. 15.13 [10] показан отклик счетчика от нейтронных источников в широком энергетическом диапазоне. Относительные мощности источников были известны с точностью 3 %. В пределах точности мощности источника, отклик счетчика постоянен в диапазоне от 0,024 МэВ до более, чем 4 МэВ. Последние данные (рис. 15.14) для этого счетчика были получены с использованием ускорителя Ван-де-Граафа, обеспечи- вающего относительно моноэнергетический поток нейтронов реакции 7Li(p,n)7Be [25]. При изменении энергии нейтронов от 100 до 1200 кэВ наблюдался неболь-

8.J.T. Caldwell, S.W. France, R.D. Hastings, J.C. Pratt, E.R. Shunk, T.H. Kuckertz, and R. Goin, "Neutron Monitoring of Plutonium Storage Vaults", in "Nuclear Safeguards and Development Program Status Report, October 1980-January 1981", C.N. Henry, Comp., Los Alamos National Laboratory report LA-8870-PR (November 1981), pp.21-28.

9.E.J. Dowdy, A.A. Robba, and R.D. Hastings, "Power Reactor Monitor", in "Nuclear Safeguards Research and Development Program Status Report, May-August 1978", S.D. Gardner, Ed., Los Alamos Scientific Laboratory report LA-7616-PR (April 1979), pp.58-60.

10.L.V. East and R.B. Walton, "Polyethylene Moderated 3He Neutron Detectors",

Nuclear Instruments and Methods 72, 161 (1969).

11.J.E. Stewart, S.C. Bourret, R.W. Slice, J.T. Markin, C.A. Coulter, and C.A. Spirio, "An Area Neutron-Monitoring Strategy for International Inspections at Centrifuge Enrichment Plants", in "Safeguards and Security Status Report, February-July 1982", Los Alamos National Laboratory report LA-9595-PR (February 1982), pp.53-56.

12.J.T. Markin, J.E. Stewart, and A.S. Goldman, "Data Analysis for Neutron Monitoring in an Enrichment Facility", European Safeguards Research and Development Assotiation Specialists’ Meeting, Petten, The Netherlands, April 27-29, 1982, Los Alamos National Laboratory document LA-UR-81-2304.

13.J.W. Tape, D.A. Close, and R.B. Walton, "Total Room Holdup of Plutonium Measured with a Large-Area Neutron Detector", Nuclear Materials Management V (3), 533 (1976).

14.J.K. Sprinkle, Jr., and M.M. Stephens, "End-Crop Box Counter Manual", Los Alamos National Laboratory report LA-9781-M (June 1983).

15.C.O. Shonrock, L.G. Speir, P.R. Collinsworth, and N. Ensslin, "Neutron Counter for 238Pu Heat Source Program", in "Nuclear Safeguards Research and Development Program Status Report, April-June 1980", Los Alamos Scientific Laboratory report LA-8514-PR (February 1981), pp.5-6.

16.T. Crane, "Measurement of Uranium and Plutonium in Solid Waste by Passive Photon or Neutron Counting and Isotopic Neutron Source Interrogation", Los Alamos Scientific Laboratory report LA-8294-MS (March 1980).

17.T.D. Reilly and M.M. Thorpe, "Neutron Assay of 55-Gallon Barrels", in "Nuclear Safeguards Research and Development Program Status Report, May-August 1970", Los Alamos Scientific Laboratory report LA-4523-MS (September 1970), pp.26-29.

18.L. Doher, "A Measurement Control Scheme for Plutonium Counting Systems", Proc. Institute of Nuclear Materials Management Annual Meeting, Gatlinburg, Tennessee (May 1970).

19.R. Harlan, "U and Pu Assay of Crated Waste by Gamma-ray, Singles Neutron, and Slow Neutron Coincidence Counting", Measurement Technology for Safeguards and Materials Control, T.R. Canada and B.S. Carpenter, Eds. (NBS Special Publication 582, 1980).

20.D.A. Close, R.C. Bearse, and H.O. Menlove, "252Cf-based Hydrogen Analyzer",

Nuclear Instruments and methods 136, 131 (1976).

Глава 15. Приборы регистрации полного потока нейтронов и их применение 461

21.A.E. Evans, Jr., IEEE Transactions on Nuclear Science 21 (1), 628 (1974).

22.T.W. Crane, "Calibration of a Neutron Coincidence Counter for Measurement of the Plutonium Content of Wet Oxalate Cakes", Los Alamos National Laboratory report LA-9744-MS (April 1983).

23.R.S. Marshall and T.R. Canada, "An NDA Technique for the Assay of Wet Plutonium Oxalate", Nuclear Material Management 107-113 (1980).

24.W.D. Allen, Fast Neutron Physics, J.B. Marson and J.L. Fowler, Eds. (Interscience Publications, 1960), Vol.I, p.361.

25.A.E. Evans, Jr., "Energy Dependance of the Response of a 3He Long Counter",

Nuclear Instruments and Methods 199, 643 (1982).