Добавил:
Upload
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:PANDA.pdf
X
- •Глава 1
- •1.2 Характеристики ядерного распада
- •1.2.1 Процессы ядерного распада. Общие сведения
- •1.2.2 Альфа-распад
- •1.2.3 Бета-распад
- •1.3 Образование рентгеновского излучения
- •1.3.1 Модель атома Бора
- •1.3.2 Процессы образования рентгеновского излучения
- •1.4.1 Типичные спектры
- •1.4.2 Основные характеристики гамма-излучения, используемые для анализа ядерных материалов
- •1.4.3 Гамма-излучение продуктов деления
- •1.4.4 Радиационный фон
- •1.5.1 Тормозное излучение
- •Глава 2
- •2.1 Введение
- •2.2 Экспоненциальное ослабление
- •2.2.1 Основной закон ослабления гамма-излучения
- •2.2.2 Массовый коэффициент ослабления
- •2.3 Процессы взаимодействия
- •2.3.1 Фотоэлектрическое поглощение
- •2.3.2 Комптоновское рассеяние
- •2.3.3 Образование пар
- •2.3.4 Полный массовый коэффициент ослабления
- •2.4 Фильтры
- •2.5 Защита
- •Глава 3
- •3.1 Введение
- •3.2 Типы детекторов
- •3.2.1 Газонаполненные детекторы
- •3.2.2 Сцинтилляционные детекторы
- •3.2.3 Твердотельные детекторы
- •3.3 Характеристики регистрируемых спектров
- •3.3.1 Общий отклик детектора
- •3.3.2 Спектральные характеристики
- •3.3.3 Разрешение детектора
- •3.3.4 Эффективность детектора
- •3.4 Выбор детектора
- •Глава 4
- •4.1 Введение
- •4.2 Выбор детектора
- •4.3 Высоковольтные источники напряжения смещения
- •4.4 Предусилитель
- •4.5 Усилитель
- •4.5.1 Схема "полюс-ноль"
- •4.5.2 Цепь восстановления базового уровня
- •4.5.3 Цепь режекции наложений
- •4.5.4 Усовершенствование схемы усилителей
- •4.6 Одноканальный анализатор
- •4.8 Многоканальный анализатор
- •4.8.1 Аналого-цифровой преобразователь
- •4.8.2 Стабилизаторы спектра
- •4.8.3 Память многоканального анализатора, дисплей и анализ данных
- •4.9 Вспомогательное электронное оборудование
- •4.10 Заключительные замечания
- •Глава 5
- •5.1 Энергетическая градуировка и определение положения пика
- •5.1.1 Введение
- •5.1.2 Линейная энергетическая градуировка
- •5.1.3 Определение положения пика (центроиды)
- •5.1.4 Визуальное определение положения пика
- •5.1.5 Графическое определение положения пика
- •5.1.6 Определение положения пика методом первых моментов
- •5.1.7 Определение положения пика с помощью метода пяти каналов
- •5.1.8 Определение положения пика с помощью подгонки линеаризованной функцией Гаусса
- •5.1.9 Определение положения пика с использованием подгонки параболаризованной функцией Гаусса
- •5.1.10 Определение положения пика с помощью сложных программ подгонки спектра
- •5.2 Измерения разрешения детектора
- •5.2.1 Введение
- •5.2.3 Графическое определение ширины пика
- •5.2.4 Определение ширины пика с помощью аналитической интерполяции
- •5.2.5 Определение ширины пика с помощью метода вторых моментов
- •5.2.6 Определение ширины пика с помощью подгонки линеаризованной функцией Гаусса
- •5.2.7 Определение ширины пика с помощью подгонки параболаризованной функцией Гаусса
- •5.3 Определение площади пика полного поглощения
- •5.3.1 Введение
- •5.3.2 Выбор рассматриваемых областей
- •5.3.3 Вычитание линейного комптоновского фона
- •5.3.4 Вычитание сглаженной ступеньки комптоновского фона
- •5.3.5 Вычитание комптоновского фона при использовании единственной рассматриваемой области фона
- •5.3.6 Вычитание комптоновского фона с помощью процедуры двух стандартных образцов
- •5.3.7 Использование сумм числа отсчетов в рассматриваемых областях для измерения площадей пиков
- •5.3.8 Использование простых подгонок функцией Гаусса для измерения площади пика
- •5.3.9 Использование известных параметров формы для измерения площадей пиков в мультиплетах
- •5.3.10 Использование сложных вычислительных программ для измерения площади пика
- •5.4.1 Введение
- •5.4.2 Зависимость просчетов от входной загрузки
- •5.4.3 Пропускная способность спектрометрических систем
- •5.4.4 Методы введения поправок. Общие замечания
- •5.4.6 Введение поправок на мертвое время и наложения импульсов с помощью генератора импульсов
- •5.4.7 Метод образцового источника для введения поправок на мертвое время и наложения
- •5.5 Эффекты закона обратного квадрата
- •5.6 Измерения эффективности детектора
- •5.6.1 Абсолютная эффективность регистрации пика полного поглощения
- •5.6.2 Собственная эффективность регистрации пика полного поглощения энергии
- •5.6.3 Относительная эффективность
- •5.6.5 Эффективность в зависимости от энергии и положения
- •Глава 6
- •6.1 Введение
- •6.2 Процедуры
- •6.2.1 Предварительные замечания
- •6.2.2 Общее описание процедуры анализа
- •6.2.3 Необходимые требования при определении коэффициента поправки на самоослабление
- •6.2.4 Методы определения линейного коэффициента ослабления образца
- •6.3 Формальное определение коэффициента поправки на самоослабление
- •6.3.1 Общее определение
- •6.3.2 Удобные типовые формы образцов
- •6.4 Основные параметры коэффициента поправки на самоослабление
- •6.5 Аналитические зависимости для коэффициента поправки на самоослабление в дальней геометрии
- •6.5.1 Образцы в форме пластины
- •6.5.2 Цилиндрические образцы
- •6.5.3 Образцы сферической формы
- •6.6 Численные расчеты для ближней геометрии
- •6.6.1 Общие положения
- •6.6.2 Одномерная модель
- •6.6.3 Двухмерная модель
- •6.6.4 Трехмерная модель
- •6.6.5 Приближенные формулы и интерполяция
- •6.6.6 Влияние абсолютной и относительной погрешностей при расчете коэффициента поправки на самоослабление
- •6.6.7 Точность определения коэффициента поправки на самоослабление и полной скорректированной скорости счета
- •6.9 Примеры анализа
- •6.9.2 Интерполяция и экстраполяция коэффициента пропускания излучения
- •6.9.4 Анализ раствора плутония-239 в ближней геометрии
- •6.9.5 Сегментное сканирование с поправкой на пропускание излучения
- •7.3.2 Двухкомпонентная задача (уран и материал матрицы)
- •7.4 Методики анализа по отношению пиков
- •7.6 Измерения обогащения по нейтронному излучению
- •7.7 Поправки на ослабление в стенках контейнера
- •7.7.1 Прямое измерение толщины стенки
- •7.8.1 Измерение концентрации
- •7.8.2 Соотношение компонентов в смешанном оксидном топливе
- •8.2 Основные сведения
- •8.2.1 Характеристики распада изотопов плутония
- •8.2.2 Характеристики распада изотопа 241Pu
- •8.2.3 Определение концентрации изотопа 242Pu
- •8.2.4 Спектральная интерференция
- •8.2.5 Практическое применение измерений изотопного состава плутония
- •8.3 Спектральные области, используемые для изотопных измерений
- •8.3.1 Область энергии 40 кэВ
- •8.3.2 Область энергии 100 кэВ
- •8.3.3 Область энергии 125 кэВ
- •8.3.4 Область энергии 148 кэВ
- •8.3.5 Область энергии 160 кэВ
- •8.3.6 Область энергии 208 кэВ
- •8.3.7 Область энергии 332 кэВ
- •8.3.8 Область энергии 375 кэВ
- •8.3.9 Область энергии 640 кэВ
- •8.4 Основы измерений
- •8.4.1 Измерение изотопных отношений
- •8.4.2 Измерение абсолютной массы изотопа
- •8.4.3 Изотопная корреляция 242Pu
- •8.5 Получение данных
- •8.5.1 Электроника
- •8.5.2 Детекторы
- •8.5.3 Фильтры
- •8.5.4 Скорость счета и геометрия образец/детектор
- •8.5.5 Время измерения
- •8.6.1 Суммирование по рассматриваемой области
- •8.6.2 Подгонка пика
- •8.6.3 Анализ по функции соответствия
- •8.7 Приборное оснащение
- •8.7.1 Компания Рокуэлл-Хэнфорд
- •8.7.2 Лос-Аламосская национальная лаборатория
- •8.7.3 Установка Маундской лаборатории
- •8.7.5 Обзор погрешностей измерений
- •Глава 9
- •9.1 Введение
- •9.2 Моноэнергетическая плотнометрия
- •9.2.1 Измерение концентрации и толщины
- •9.2.2 Точность измерений
- •9.3 Многоэнергетическая плотнометрия
- •9.3.1 Анализ двухэнергетического случая
- •9.3.2 Точность измерения
- •9.3.3 Распространение на случай большего числа значений энергий
- •9.4 Плотнометрия по краю поглощения
- •9.4.1 Описание методики измерений
- •9.4.2 Точность измерения
- •9.4.3 Чувствительность измерения
- •9.4.4 Эффекты матрицы
- •9.4.5 Выбор методики измерений
- •9.4.6 Источники излучения
- •9.5 Моноэнергетические плотномеры
- •9.6 Двухэнергетические плотномеры
- •9.7 Плотномеры по краю поглощения
- •Глава 10
- •10.1 Введение
- •10.2 Теория
- •10.2.1 Образование рентгеновского излучения
- •10.2.2 Выход флюоресценции
- •10.2.3 Пропускание фотонов
- •10.2.4 Геометрия измерений
- •10.3 Типы источников
- •10.4 Поправка на ослабление в образце
- •10.4.1 Эффекты ослабления в образце
- •10.4.2 Основное уравнение анализа
- •10.4.3 Методы поправки на ослабление
- •10.5 Области применения и аппаратура
- •Глава 11
- •11.1 Введение
- •11.2 Спонтанное и вынужденное деление ядер
- •11.3 Нейтроны и гамма-кванты деления
- •11.5 Нейтроны других ядерных реакций
- •11.6 Изотопные нейтронные источники
- •11.7 Выводы
- •Глава 12
- •12.1 Введение
- •12.2 Микроскопические взаимодействия
- •12.2.1 Понятие сечения взаимодействия
- •12.2.2 Соотношение энергия-скорость для нейтронов
- •12.2.3 Типы взаимодействий
- •12.2.4 Зависимость сечения взаимодействия от энергии
- •12.3 Макроскопические взаимодействия
- •12.3.1 Макроскопические сечения
- •12.3.2 Длина свободного пробега и скорость реакции
- •12.4 Эффекты замедления в большом объеме вещества
- •12.5 Эффекты размножения в массивных образцах вещества
- •12.6 Защита от нейтронов
- •12.7 Методы расчета переноса нейтронов
- •12.7.1 Метод Монте-Карло
- •12.7.2 Метод дискретных ординат
- •Глава 13
- •13.1 Механизмы регистрации нейтронов
- •13.2 Основные свойства газонаполненных детекторов
- •13.4 Газонаполненные детекторы
- •13.4.3 Камеры деления
- •13.4.4 Детекторы с покрытием из 10B
- •13.5 Пластмассовые и жидкие сцинтилляторы
- •13.5.1 Введение
- •13.5.3 Дискриминация по форме импульса
- •13.6 Другие типы детекторов нейтронов
- •13.7 Измерение энергетических спектров нейтронов
- •13.7.1 Введение
- •13.7.2 Методы измерений
- •Глава 14
- •14.1 Введение
- •14.1.1 Теория регистрации полного потока нейтронов
- •14.1.2 Сравнение методов регистрации полного потока нейтронов и нейтронных совпадений
- •14.2 Источники образования первичных нейтронов
- •14.2.1 Соединения плутония
- •14.2.2 Соединения урана
- •14.2.3 Примеси
- •14.2.4 Эффекты влияния энергетического спектра нейтронов
- •14.2.5 Эффекты тонкой мишени
- •14.3 Перенос нейтронов в образце
- •14.3.1 Умножение нейтронов утечки
- •14.3.2 Спектр нейтронов утечки
- •14.4 Эффективность регистрации нейтронов
- •14.4.1 Расположение гелиевых счетчиков в замедлителе
- •14.4.2 Конструкция замедлителя
- •14.4.3 Влияние энергетического спектра нейтронов
- •Глава 15
- •15.1 Введение
- •15.2 Направленный нейтронный зонд SNAP
- •15.2.1 Контроль металлического плутония
- •15.2.2 Контроль баллонов с UF6
- •15.2.3 Измерение отложений
- •15.2.4 Другие применения
- •15.3 Плоские детекторы
- •15.3.1 Контроль обогащения UF6
- •15.3.2 Измерение отложений
- •15.4.1 Счетчик для контейнеров
- •15.4.2 Измерение источников теплоты на основе 238Pu
- •15.5 Измерение низкоактивных отходов
- •15.5.1 Чувствительность регистрации
- •15.5.2 Анализ 55-галонных бочек
- •15.5.3 Анализ больших упаковок
- •15.6 Специальные применения
- •15.6.1 Анализатор водорода на основе источника 252Cf
- •15.6.2 Определение влажности с помощью кольцевого отношения детектора
- •15.6.3 Энергетически независимый "длинный" счетчик
- •Глава 16
- •16.1 Введение
- •16.2 Характеристики последовательности нейтронных импульсов
- •16.2.2 Распределение интервалов
- •16.2.3 Распределение Росси-альфа
- •16.3 Основные особенности схем совпадений
- •16.3.1 Электронные ворота
- •16.3.2 Продлеваемое и непродлеваемое мертвое время
- •16.3.3 Взаимокорреляционные и автокорреляционные схемы
- •16.4 Три основные схемы регистрации совпадений
- •16.4.1 Схема с переменным мертвым временем
- •16.4.3 Логика уменьшенной дисперсии
- •16.5 Схема анализа совпадений на основе сдвигового регистра
- •16.5.1 Принцип работы сдвигового регистра
- •16.5.2 Ворота R+A
- •16.5.3 Ворота А
- •16.5.4 Чистый отклик совпадений R
- •16.6 Поправки на мертвое время сдвигового регистра
- •16.6.1 Мертвое время детектора и усилителя
- •16.6.2 Смещение из-за наложения импульсов
- •16.6.3 Мертвое время цифровой электроники
- •16.6.4 Эмпирические формулы поправки на мертвое время
- •16.7.1 Простое уравнение для оценки погрешности сдвигового регистра
- •16.7.2 Неопределенности для пассивного и активного счета совпадений
- •16.8 Эффекты саморазмножения в образце
- •16.8.1 Источник эффекта саморазмножения
- •16.8.2 Результаты вычислений
- •16.8.3 Влияние различных эффектов на отклик сдвигового регистра
- •16.8.4 Простой коэффициент поправки на саморазмножение
- •16.8.5 Применения и ограничения простой поправки
- •16.9 Другие эффекты матрицы
- •Глава 17
- •17.1 Основы проектирования установок нейтронных совпадений
- •17.2 Пассивные системы регистрации нейтронных совпадений
- •17.2.1 Установка для контроля 200-литровых бочек
- •17.2.4 Специальные блоки детектирования для контроля элементов быстрых критических стендов
- •17.2.5 Специальные блоки детектирования для контроля топлива реакторов на быстрых нейтронах
- •17.2.6 Счетчик совпадений для инвентарных измерений ISCC
- •17.2.7 Установки для контроля растворов нитрата плутония
- •17.2.8 Двухдиапазонный счетчик совпадений DRCC
- •17.3 Активные системы для регистрации нейтронных совпадений
- •17.3.1 Активный колодезный счетчик нейтронных совпадений AWCC
- •17.3.3 Пассивный воротниковый счетчик нейтронных совпадений PNCC
- •Глава 18
- •18.1 Введение
- •18.2 Характеристики реакторного топлива
- •18.2.1 Физическое описание
- •18.2.2 Определение выгорания и глубины выгорания
- •18.2.3 Выход продуктов деления
- •18.3 Косвенные характеристики выгорания топлива
- •18.3.1 Физические атрибутивные признаки
- •18.3.2 Черенковское излучение
- •18.3.3 Интенсивность гамма-излучения отдельных продуктов деления
- •18.3.4 Полная интенсивность гамма-излучения
- •18.3.5 Отношение активностей продуктов деления
- •18.3.6 Полный выход нейтронов
- •18.4 Гамма-измерения облученного топлива
- •18.4.1 Измерения полной интенсивности гамма-излучения
- •18.4.3 Гамма-спектрометрия высокого разрешения
- •18.4.4 Измерения черенковского излучения
- •18.5 Нейтронные измерения облученного топлива
- •18.5.1 Вилочный детектор и блок электроники ION-1
- •18.5.2 Нейтронные измерения выгорания
- •18.6 Определение содержания делящихся материалов в облученном топливе
- •18.6.1 Косвенное определение характеристик топлива с помощью пассивных измерений выгорания
- •18.6.2 Определение характеристик топлива методом активной нейтронной подсветки
- •18.7 Обзор методов неразрушающего анализа для контроля облученного топлива
- •Глава 19
- •19.1 Введение
- •19.2 Влияние радиационного фона
- •19.3 Характеристики сигналов систем контроля за перемещением ядерных материалов и радиоактивного загрязнения
- •19.3.1 Источники излучения
- •19.4 Анализ сигналов
- •19.4.1 Регистрация излучения
- •19.4.2 Аналоговые методы регистрации
- •19.4.3 Цифровые методы регистрации
- •19.4.4 Долговременный мониторинг
- •19.5 Детекторы излучения
- •19.5.1 Пластмассовые сцинтилляторы
- •19.5.2 Проточные газоразрядные детекторы
- •19.6 Составные части мониторов контроля периметра
- •19.6.1 Составные части и их функции
- •19.6.2 Электроника для обработки сигналов
- •19.6.3 Источники питания
- •19.6.4 Диагностика
- •19.7 Градуировка мониторов
- •19.7.1 Градуировка сцинтилляционных детекторов
- •19.7.2 Градуировка одноканального анализатора
- •19.7.3 Периодический контроль градуировки
- •19.8 Методы оценки мониторов
- •19.9 Примеры мониторов контроля периметра
- •19.9.1 Ручные мониторы контроля периметра
- •19.9.2 Автоматические пешеходные мониторы
- •19.9.3 Автоматические транспортные мониторы
- •19.9.4 Обзор характеристик мониторов
- •Глава 20
- •20.1 Введение
- •20.2 Измерение атрибутивных признаков ядерных материалов
- •20.3 Количественная сортировка отходов
- •20.3.2 Чувствительность к гамма-квантам и нейтронам
- •20.4 Подтверждающие измерения
- •20.4.2 Варианты неразрушающего анализа
- •20.4.3 Современная практика
- •20.5 Отложения ядерного материала
- •20.5.1 Причины и механизмы
- •20.5.2 Величина отложения
- •20.5.3 Статистическое моделирование
- •20.6 Искусство и наука измерения отложений
- •20.6.1 Полезные характеристики излучений
- •20.6.2 Детекторы и приборы считывания
- •20.6.3 Процедуры измерения отложений
- •20.6.4 Градуировка для точечной, линейной зоны и зоны в виде плоскости
- •20.6.5 Стандартные образцы для градуировки и контрольные источники
- •20.6.6 Поправки на ослабление и самопоглощение
- •20.6.7 Оценка погрешности
- •Глава 21
- •21.1 Введение
- •21.2 Выработка теплоты радиоизотопами
- •21.2.1 Альфа-частицы
- •21.2.2 Бета-частицы
- •21.2.3 Гамма-кванты
- •21.2.4 Другие виды излучений
- •21.3 Определение удельной мощности
- •21.3.1 Определение удельной мощности
- •21.3.2 Эффективная удельная мощность
- •21.4.1 Адиабатические калориметры
- •21.4.2 Изотермические калориметры
- •21.5 Типы калориметров теплового потока
- •21.5.1 Общие электрические характеристики
- •21.5.2 Полные мостовые двухэлементные калориметры
- •21.5.3 Мостовые калориметры с верхней/нижней камерами
- •21.5.4 Градиентный мостовой калориметр
- •21.6 Методы работы с калориметрами теплового потока
- •21.6.1 Метод замещения
- •21.6.2 Дифференциальный метод
- •21.6.3 Метод сервоконтроля постоянной температуры
- •21.7 Время анализа
- •21.7.1 Конструкция калориметра и метод работы
- •21.7.2 Предварительная подготовка образца
- •21.7.3 Прогнозирование конечной точки
- •21.8 Градуировка калориметра
- •21.8.1 Электрическая градуировка
- •21.9 Источники погрешностей
- •Глава 22
- •22.1 Введение
- •22.1.1 Компоненты систем калориметрического анализа
- •22.2 Небольшие калориметры для анализа в лабораторных условиях
- •22.2.1 Маундский аналитический калориметр
- •22.2.2 Аргоннский калориметр для небольших образцов
- •22.3 Передвижные калориметры
- •22.3.1 Маундский передвижной калориметр
- •22.4 Калориметры для работы в заводских условиях
- •22.4.1 Маундский серийный двухэлементный мостовой калориметр
- •22.4.2 Маундский калориметр для совместных измерений изотопов
- •22.4.3 Серийные калориметры завода Рокки Флэтс
- •22.4.4 Маундские градиентные мостовые калориметры
- •22.5 Калориметры для топливных стержней
- •22.5.1 Аргоннский калориметр для топливных стержней
- •22.5.2 Калориметр фирмы "Дженерал Электрик" для облученных топливных сборок
- •Глава 23
- •23.1 Введение
- •23.2 Возможности некоторых пассивных и активных методик неразрушающего анализа
- •23.3 Типы ядерных материалов и применимые методики неразрушающего анализа
- •Предметный указатель
Глава 22
Приборы для калориметрического анализа
Р. Лайкс (Переводчик П. И. Самарин)
22.1ВВЕДЕНИЕ
Âданной главе описываются некоторые современные системы калориметри- ческого анализа, используемые в настоящее время в ядерном топливном цикле для неразрушающего анализа плутония. Начиная с 1950 г. Маундской лабораторией (МЛ, Monsanto Research Corporation, Майямибург, штат Огайо) создано свыше 200 калориметров различных конструкций для целей учета и контроля ядерных материалов, главным образом, на объектах Министерства энергетики США. Наряду с этим, некоторые объекты Министерства энергетики и коммерче- ские ядерные предприятия создавали свои собственные калориметры. Аргоннская национальная лаборатория (АНЛ, Чикагский Университет, Аргонн, штат Иллинойс) построила несколько калориметров для Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Описываемые в этой главе калориметры представляют типы используемых в настоящее время приборов, включающие приборы, созданные МЛ, АНЛ, заводом Рокки Флэтс и фирмой "Дженера л электрик".
Описываемые в настоящей главе приборы МЛ представлены следующими калориметрами: аналитическим, передвижным, серийным двухэлементным мостовым и градиентным мостовым. Приборы АНЛ представлены следующими калориметрами: для небольших образцов, для анализа материалов в балк-форме, для топливных стержней длиной в 1 м. Также описываются используемые для производственных целей калориметры Рокки Флэтс и калориметр фирмы "Дженерал Электрик" для облученных ТВЭЛов. Приведенным в настоящей главе примерам предшествует сводка типичных компонентов калориметрических систем и обсуждение их конструкций.
22.1.1 Компоненты систем калориметрического анализа
Типичная современная система, предназначенная для калориметрического анализа материалов, содержащих плутоний, имеет следующие компоненты:
а) механически точно обработанный корпус калориметра теплового потока: двухэлементного мостового, мостового с верхней/нижней камерами или градиентного мостового типа. Каждая камера содержит схему электрического нагревателя для точной имитации мощности образца;
б) мостовую схему для точного измерения разности температур между камерой для образца и внешним теплоотводом. Электрическая схема включает высококачественные потенциометры и цифровые вольтметры;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]