Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами
Проведены исследования ядерно-физических характеристик электроядерной сборки ГАММА-МДМ с протяженным графитовым замедлителем, облучаемой пучком релятивистских дейтронов с энергией 2.33 ГэВ «Нуклотрона» ЛФВЭ ОИЯИ (г. Дубна). Представлены результаты измерений пространственных распределений различных с...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17038 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами / В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, Ю.Т. Петрусенко, И.В. Жук, А.С. Потапенко, А.А. Сафронова, М.И. Кривопустов, А.Д. Коваленко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 163-167. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17038 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Петрусенко, Ю.Т. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Сафронова, А.А. Кривопустов, М.И. Коваленко, А.Д. 2011-02-18T12:40:59Z 2011-02-18T12:40:59Z 2010 Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами / В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, Ю.Т. Петрусенко, И.В. Жук, А.С. Потапенко, А.А. Сафронова, М.И. Кривопустов, А.Д. Коваленко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 163-167. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17038 621.039: 621.385 Проведены исследования ядерно-физических характеристик электроядерной сборки ГАММА-МДМ с протяженным графитовым замедлителем, облучаемой пучком релятивистских дейтронов с энергией 2.33 ГэВ «Нуклотрона» ЛФВЭ ОИЯИ (г. Дубна). Представлены результаты измерений пространственных распределений различных спектральных индексов (отношений эффективных сечений деления и захвата) по объему сборки. Проведено дослідження ядерно-фізичних характеристик електроядерної збірки ГАММА-МДМ із протяжним графітовим сповільнювачем, що опромінюється пучком релятивістських дейтронів з енергією 2,33 ГеВ «Нуклотрона» ЛФВЕ ОІЯД (м. Дубна). Представлено результати вимірів просторових розподілів різних спектральних індексів (відносин ефективних перетинів розподілу і захоплення) по об'єму збірки. The nuclear-physical characteristics of the unit «Graphite-MDM» with a long graphite moderator are shown. Relativistic deuteron beam («Nuclotron» LHEP JINR, Dubna) with the energy of 2.33 GeV was used as irradiation source. The results of the spatial distributions measurements for different spectral indexes (effective cross-section fission-to-capture ratio) in the installation are presented. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Применение ускорителей Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами Просторові розподіли спектральних індексів в електроядерній сбірки з графітовим сповільнювачем, що опромінюється релятивістськими дейтронами Spectral indexes’s spatial distributions in electronuclear assembly with graphite moderator irradiated by relativistic deuterons Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами |
| spellingShingle |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Петрусенко, Ю.Т. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Сафронова, А.А. Кривопустов, М.И. Коваленко, А.Д. Применение ускорителей |
| title_short |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами |
| title_full |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами |
| title_fullStr |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами |
| title_full_unstemmed |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами |
| title_sort |
пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами |
| author |
Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Петрусенко, Ю.Т. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Сафронова, А.А. Кривопустов, М.И. Коваленко, А.Д. |
| author_facet |
Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Петрусенко, Ю.Т. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Сафронова, А.А. Кривопустов, М.И. Коваленко, А.Д. |
| topic |
Применение ускорителей |
| topic_facet |
Применение ускорителей |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Просторові розподіли спектральних індексів в електроядерній сбірки з графітовим сповільнювачем, що опромінюється релятивістськими дейтронами Spectral indexes’s spatial distributions in electronuclear assembly with graphite moderator irradiated by relativistic deuterons |
| description |
Проведены исследования ядерно-физических характеристик электроядерной сборки ГАММА-МДМ с протяженным графитовым замедлителем, облучаемой пучком релятивистских дейтронов с энергией 2.33 ГэВ «Нуклотрона» ЛФВЭ ОИЯИ (г. Дубна). Представлены результаты измерений пространственных распределений различных спектральных индексов (отношений эффективных сечений деления и захвата) по объему сборки.
Проведено дослідження ядерно-фізичних характеристик електроядерної збірки ГАММА-МДМ із протяжним графітовим сповільнювачем, що опромінюється пучком релятивістських дейтронів з енергією 2,33 ГеВ «Нуклотрона» ЛФВЕ ОІЯД (м. Дубна). Представлено результати вимірів просторових розподілів різних спектральних індексів (відносин ефективних перетинів розподілу і захоплення) по об'єму збірки.
The nuclear-physical characteristics of the unit «Graphite-MDM» with a long graphite moderator are shown. Relativistic deuteron beam («Nuclotron» LHEP JINR, Dubna) with the energy of 2.33 GeV was used as irradiation source. The results of the spatial distributions measurements for different spectral indexes (effective cross-section fission-to-capture ratio) in the installation are presented.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17038 |
| citation_txt |
Пространственные распределения спектральных индексов в электроядерной сборке с графитовым замедлителем, облучаемой релятивистскими дейтронами / В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, Ю.Т. Петрусенко, И.В. Жук, А.С. Потапенко, А.А. Сафронова, М.И. Кривопустов, А.Д. Коваленко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 163-167. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT voronkova prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT sotnikovvv prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT sidorenkovv prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT petrusenkoût prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT žukiv prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT potapenkoas prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT safronovaaa prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT krivopustovmi prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT kovalenkoad prostranstvennyeraspredeleniâspektralʹnyhindeksovvélektroâdernoisborkesgrafitovymzamedlitelemoblučaemoirelâtivistskimideitronami AT voronkova prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT sotnikovvv prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT sidorenkovv prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT petrusenkoût prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT žukiv prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT potapenkoas prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT safronovaaa prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT krivopustovmi prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT kovalenkoad prostorovírozpodílispektralʹnihíndeksívvelektroâderníisbírkizgrafítovimspovílʹnûvačemŝoopromínûêtʹsârelâtivístsʹkimideitronami AT voronkova spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT sotnikovvv spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT sidorenkovv spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT petrusenkoût spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT žukiv spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT potapenkoas spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT safronovaaa spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT krivopustovmi spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons AT kovalenkoad spectralindexessspatialdistributionsinelectronuclearassemblywithgraphitemoderatorirradiatedbyrelativisticdeuterons |
| first_indexed |
2025-11-24T16:49:13Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:49:13Z |
| _version_ |
1850483974520963072 |
| fulltext |
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.163-167. 163
УДК 621.039: 621.385
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ
ИНДЕКСОВ В ЭЛЕКТРОЯДЕРНОЙ СБОРКЕ С ГРАФИТОВЫМ
ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ, ОБЛУЧАЕМОЙ РЕЛЯТИВИСТСКИМИ
ДЕЙТРОНАМИ
В.А. Воронко1, В.В. Сотников1, В.В. Сидоренко1, Ю.Т. Петрусенко1, И.В. Жук2,
А.С. Потапенко2, А.А.Сафронова2, М.И. Кривопустов3, А.Д. Коваленко3
1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина;
2Объединенный институт энергетических и ядерных исследований «Сосны»,
Минск, Беларусь;
3Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия
E-mail: voronko@kipt.kharkov.ua
Проведены исследования ядерно-физических характеристик электроядерной сборки ГАММА-МДМ с
протяженным графитовым замедлителем, облучаемой пучком релятивистских дейтронов с энергией
2.33 ГэВ «Нуклотрона» ЛФВЭ ОИЯИ (г. Дубна). Представлены результаты измерений пространственных
распределений различных спектральных индексов (отношений эффективных сечений деления и захвата) по
объему сборки.
1. ВВЕДЕНИЕ
К настоящему времени уже рассмотрен и создан
ряд установок для исследования процесса трансму-
тации долгоживущих радионуклидов и изучены их
характеристики. Основной особенностью таких ус-
тановок является использование подкритической
системы на основе урана или другого делящегося
вещества, работающей под управлением внешнего
источника частиц (протонов, дейтронов, нейтронов,
электронов). Примерами таких систем являются
установки «Энергия плюс трансмутация» [1], «Ялi-
на» [2], «Ялiна-Б» [3]. Однако использование урана
или других делящихся веществ ведет к образованию
новых радионуклидов – осколков деления и транс-
урановых нуклидов, образующихся в поле нейтро-
нов установки. Чтобы уменьшить параллельную
наработку долгоживущих изотопов можно либо ис-
пользовать вместо урана долгоживущие делящиеся
актиниды (Np, Pu, Am, Cm) [4], которые являются
экологически опасными веществами и будут одно-
временно трансмутировать, либо применять высо-
копоточные источники нейтронов, например, на
основе ускорителя заряженных частиц совместно с
нейтронопроизводящей мишенью (без использова-
ния бланкетов делящихся веществ).
Нейтроны, образующиеся с использованием ус-
корителей, имеют среднюю энергию более 1 МэВ.
Для трансмутации некоторых четных актинидов,
имеющих значительные пороги реакций на нейтро-
нах, требуются быстрые нейтроны. Однако для дру-
гих радионуклидов, эффективным способом транс-
мутации является использование медленных ней-
тронов (тепловых и резонансных энергий), которые
имеют для ряда нуклидов большое сечение реакций
(n,γ), (n,f).
Классическими замедлителями быстрых нейтро-
нов являются вода, парафин и графит или их комби-
нация [5,6]. Преимуществом воды по сравнению с
графитом является малая длина замедления (∼5 см),
а недостатком – значительное сечение поглощения
тепловых нейтронов водородом (∼0,33 барн). На-
оборот, у графита сечение поглощения тепловых
нейтронов малое ∼0,0035 барн, но длина замедления
∼50 см. Это означает, что размеры установки на ос-
нове графита для трансмутации нуклидов также
должны быть значительными. Это не является су-
щественным недостатком, так как требуются поля
нейтронов, во-первых, различающиеся спектрами
(тепловой и резонансной составляющими) и, во-
вторых, имеющие малые градиенты. Последнее об-
стоятельство связано с необходимостью создания
больших по объему зон для размещения значитель-
ного количества вещества трансмутируемых нукли-
дов. Отметим еще одну особенность будущих уста-
новок для трансмутации радионуклидов: выделяе-
мая тепловая мощность будет значительной, что
приведет к повышению температуры рабочей среды.
Для графита температура плавления составляет
3800°C, а температура воспламенения в атмосфере
кислорода – 750°C.
Перечисленным физико-техническим характери-
стикам вполне удовлетворяет графит. В связи с этим
разработана и создана установка с протяженным
графитовым замедлителем и свинцовой мишенью
ГАММА-МДМ для исследований трансмутации
долгоживущих продуктов деления и младших акти-
нидов.
2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Спектральные индексы или отношения средних
(эффективных) сечений захвата к сечениям деления
показывают соотношение числа нейтронов в раз-
личных энергетических группах нейтронного спек-
тра, т.е. они несут информацию о спектральном со-
ставе потока нейтронов в ядерно-физической уста-
mailto:voronko@kipt.kharkov.ua
новке. Сравнение результатов измерения и расчета
позволяет выявить источник погрешностей при рас-
чете характеристик ядерно-физических установок.
Средние сечения и спектральные индексы опреде-
ляются с помощью следующих выражений:
∫
∫
∞
∞
=
0
0
)(
)()(
dEE
dEEEi
k
i
k
ϕ
ϕσ
σ , (1)
∫
∫
∞
∞
=
0
0
)()(
)()(
dEEE
dEEE
j
l
i
k
j
l
i
k
ϕσ
ϕσ
σ
σ , (2)
где i, j – атомный номер ядра; k, l – тип реакции: (n,
f) или (n, γ).
Экспериментальные значения спектральных ин-
дексов являются наиболее точными и удобными
величинами для сравнения с результатами модели-
рования по программам типа MNCPX, поскольку
они не содержат в себе погрешность, связанную с
неопределенностью флюенса первичных частиц,
бомбардирующих мишень в ADS (Accelerator Driven
Systems)-устройствах. Из формул видно, что отно-
шение средних сечений процессов равно отноше-
нию скоростей реакций этих процессов. Для опре-
деления скоростей реакций (n, f) и (n, γ) были ис-
пользованы метод твердотельных трековых детек-
торов ядер (ТТДЯ) и активационная методика.
2.1. РАЗМЕЩЕНИЕ СЕНСОРОВ
Сенсоры (ТТДЯ + радиатор осколков деления)
размещались в экспериментальном канале на рас-
стояниях Z = 0, 78, 138, 162, 222, 282 и 402 мм от
торца сборки. Экспериментальный канал проходил
на расстоянии 122 мм от оси установки. В качестве
радиаторов использовались фольги natU диаметром
8 мм и толщиной 1 мм, а также фольги урана с обо-
гащением 6.5% по изотопу 235U. Причем в каждой
экспериментальной точке находились сенсоры с
обоими типами радиаторов. Фольги натурального
урана одновременно использовались для определе-
ния скорости радиационного захвата нейтронов
ураном-238, а также в качестве ещё одного способа
определения скорости деления естественного урана.
2.2. МЕТОДИКА ТТДЯ
В качестве основного экспериментального мето-
да для измерения скоростей реакции деления
natU(n,f), 235U(n,f) и natPb(n,f) в данной работе ис-
пользован метод твердотельных трековых детекто-
ров ядер (ТТДЯ). В его основе лежит соотношение
между плотностью треков, образующихся на по-
верхности трекового детектора, экспонируемого в
тесном контакте с радиатором, являющимся источ-
ником осколков деления, и плотностью потока ис-
следуемого поля нейтронов, в котором проводится
экспозиция радиатора и трекового детектора [7].
Все радиаторы являлись «толстыми», т.е. для них
выполнялось условие d>> 0R , где d − толщина ра-
диатора, а 0R – средний пробег осколков деления в
материале радиатора. Преимуществом применения
«толстых» радиаторов является то, что не требуется
проводить калибровку каждого индивидуального
радиатора.
Согласно [8,9] соотношение между плотностью
треков , образующихся на поверхности ТТДЯ,
находящегося в контакте с q-м радиатором, который
содержит i-й нуклид, и дифференциальной энерге-
тической плотностью потока нейтронов
i
qN
)(Eϕ оп-
ределяется следующим образом:
dEEEPN i
f
i
q )()(
0
ϕσω ∫
∞
= , (3)
где − дифференциальное микроскопическое
сечение деления i-го нуклида нейтронами; P - коли-
чество первичных частиц, бомбардирующих ми-
шень; ω – коэффициент чувствительности для пары
радиатор + ТТДЯ.
)(Ei
fσ
После экспонирования твердотельные трековые
детекторы (искусственная слюда) протравливались в
6,8% растворе НF при температуре 60°C в течение
10…45 минут в зависимости от плотности зарегист-
рированных на детекторе треков. После травления
производился визуальный счет треков при помощи
микроскопа.
2.3. АКТИВАЦИОННАЯ МЕТОДИКА
Для измерения скоростей реакции деления 238U
(n,γ), natU (n,f) в данной работе была использована
активационная методика. После окончания облуче-
ния графит-свинцовой сборки проводилось измере-
ние γ-спектров облученных урановых фольг с по-
мощью детектора из особо чистого германия объе-
мом 55 см3 с относительной эффективностью 9,2%.
Для измерения скорости реакции захвата и деле-
ния 238U использовались те же фольги, которые слу-
жили в качестве радиаторов осколков деления 238U
при применении трековой методики. Скорость реак-
ции захвата определялась по γ-линии 239Np с энергией
277,6 кэВ (из реакции 238U(n,γ)239U→239Np→239Pu).
Таким образом, с одних и тех же образцов трековым
и γ-спектрометрическим методами снималась инфор-
мация по скоростям реакций двух процессов: деления
и захвата, соответственно
Наряду с гамма-линиями, сопровождающими
распад 239Np, в спектре было идентифицировано
большое количество линий радиоактивных осколков
деления в интервале массового числа А=91…143
(91Sr, 105Ru, 131I, 132Te, 133I, 135I, 135Xe, 143Ce). По ин-
тенсивности гамма-линий были определены полные
количества ядер этих нуклидов, наработанных за
весь сеанс облучения в различных точках сборки. Из
количества образовавшихся продуктов деления, у
которых выходы на одно деление близки для ней-
тронов в широком энергетическом диапазоне [10],
можно определить распределение плотности деле-
ния 238U.
Подробнее активационная методика описана в
работах [11,12].
164
3. ПАРАМЕТРЫ ПУЧКА ДЕЙТРОНОВ
Для определения параметров дейтронного пучка
использовались трековые детекторы с радиаторами
из естественного свинца. Сенсоры размещались на
торце установки перед свинцовой мишенью. Изме-
рительные точки располагались в двух направлени-
ях (20 точек на каждом) под углами 0…180° (гори-
зонтально) и 90°…270° (вертикально) на расстоянии
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8.5, 11, 13,5 см, считая от оси уста-
новки.
165
Плотность треков осколков деления свинца, харак-
теризующая пространственное распределение дей-
тронного пучка, достаточно хорошо аппроксимируется
двухмерным распределением Гаусса (Рис.1).
-15 -10 -5 0 5 10 15
0.0
5.0x106
1.0x107
1.5x107
2.0x107
2.5x107
3.0x107
Ï
ëî
òí
îñ
òü
ò
ðå
êî
â,
ò
ð/
cì
2
R, cì à
-15 -10 -5 0 5 10 15
0
1x106
2x106
3x106
4x106
5x106
6x106
7x106
8x106
9x106
Ï
ëî
òí
îñ
òü
ò
ðå
êî
â,
ò
ð/
cì
2
R, cì á
Рис.1. Распределения плотности треков деления
естественного свинца: азимут 0…180° (ось X) (а);
азимут 90…270° (ось Y) (б)
Исходя из данного предположения, были полу-
чены следующие данные о пространственном рас-
положении протонного пучка: координаты центра
пучка (см) − X = 0.7±0.1, Y=0.2±0.1; ширина гауссо-
вого пика на полувысоте (см) – FWHMX = 1.5±0.1
FWHMY = 2.4±0.1.
Необходимо отметить, что предположение о га-
уссовой форме распределения справедливо только
вблизи центральной части пучка, реальное же рас-
пределение плотности потока имеет «хвосты».
Определение полного флюенса упавших на свин-
цовую мишень ускоренных дейтронов проводилось с
помощью стандартной методики активации алюми-
ниевой фольги. Полное число ядер 24Na (T1/2=15,02 ч)
образующегося в результате реакции 27Al(d,3p2n)
24Na, определяется по выходу γ-квантов с энергией
1368,5 кэВ (выход на распад 100%) и 2754 кэВ
(99,9%), сопровождающих β-распад ядер 24Na. Сече-
ние образования 24Na для дейтронов с энергией
2,33 ГэВ равно (15,25±1,50) мбарн [13]. Полное число
дейтронов за все время облучения составило
(5,9±0,6)×1012, время облучения вместе с техниче-
скими остановками составило 8 часов 15 минут.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
В таблице представлены экспериментально из-
меренные скорости реакции деления урана естест-
венного изотопного состава. Значения, измеренные
двумя независимыми методами, хорошо согласуют-
ся (в пределах экспериментальных погрешностей).
При измерениях с помощью активационной ме-
тодики число делений определялось усреднением
результатов для следующих осколков:97Zr (5,7%),
131I (3,6%), 133I (6,3%), 143Ce (4,3%). В скобках −
средний кумулятивный выход для спектра деления и
для 14 МэВ-нейтронов [10].
Скорости реакций деления, измеренные двумя
независимыми методами
При измерениях с помощью методики ТТДЯ:
скорость реакции деления урана естественного изо-
топного состава выражается следующей формулой:
,)()(
)()(
0
2355
0.1
2388
∫
∫
∞
∞
⋅+
+⋅=
dEEE
dEEER
U
fnat
U
fnat
U
f
nat
ϕσχ
ϕσχ
(4)
где и − дифференциальные
сечения реакции деления (n,f) для изотопов U
)(238 EU
fσ )(235 EU
fσ
238 и
U235; )(Eϕ − дифференциальная плотность потока,
нейтр./(cм2×дейтр.×МэВ); , − процентное
содержание изотопов U
8
natχ 5
natχ
238 и U235 в естественном
уране.
Комбинируя формулы (3) и (4), можно рассчи-
тать скорости реакций деления U238 и U235 в радиа-
торах из Unat и урана с обогащением 6.5% по изото-
пу U235. На Рис.2,а представлено аксиальное распре-
деление скорости реакции деления U235, полученное
из экспериментальных данных. Видно, что количе-
ство делений U235 на два порядка превышает коли-
чество делений U238.
На Рис.2,б представлено аксиальное распределе-
ние скорости реакции радиационного захвата 238U
(n,γ). Число реакций радиационного захвата 238U
соответствует количеству 239Pu, образующемуся в
результате цепочки β-распадов 239U. Распределения
скоростей реакции деления 235U и захвата 238U (n,γ)
имеют похожую форму, что характеризует устано-
вившийся спектр вдоль оси установки (см. ниже).
Спектральные индексы или отношения средних
(эффективных) сечений деления дают информацию
о соотношении числа нейтронов в различных энер-
гетических группах нейтронного спектра, т.е. несут
информацию о спектральном составе потока ней-
тронов в ядерно-физической установке. Ниже при-
ведены экспериментально измеренные спектраль-
ные индексы для установки ГАММА-МДМ в срав-
нении с эталонными полями нейтронов установок
Ф-1 и BIG-TEN.
В качестве стандартного теплового поля нейтро-
нов использовалась графитовая тепловая колонна
реактора Ф-1 ГРНЦ “Курчатовский институт”
(г. Москва, Россия), являющаяся “Вторичным эта-
лоном плотности потока тепловых нейтронов РФ”
[14]. Центральная часть установки BIG-TEN пред-
Скорость реакции, 1/ядро,
×1012
Z,
мм
Актив. метод ТТДЯ
(ТТДЯ-Акт.)
/ТТДЯ
0 0,5±0,04 0,4±0,04 -18%
78 1,3±0,1 1,3±0,1 -1%
138 1,6±0,1 1,6±0,1 2%
162 1,9±0,1 2,0±0,1 3%
222 2,0±0,2 2,0±0,2 -2%
282 2,0±0,2 2,0±0,2 -2%
402 1,6±0,1 1,4±0,1 -15%
ставляет собой цилиндр (высотой h=25 см и диамет-
ром D=25) из гомогенного металлического урана с
10%-обогащением, окруженный отражателем из
обедненного урана. Спектр BIG-TEN характеризует-
ся средней энергией нейтронов 0,58 МэВ, медиан-
ной энергией 314 кэВ [15,16].
На Рис.3 представлено аксиальное распределе-
ние спектрального индекса σσ U
fission
U
fission
235238 . Среднее
значение индекса - (4±0.8)×10-3. Значение данного
спектрального индекса для эталонного поля нейтро-
нов BIG-TEN равняется 0.037.
Необходимо отметить, что погрешность измере-
ния данного спектрального индекса в спектре, близ-
ком к тепловому, составит значительную величину:
в нашем случае от 20 до 30%.
На Рис.4 представлено аксиальное распределе-
ние спектрального индекса σσ U
fission
U
capt
235238 . Среднее
значение индекса - (1.72±0.25)×10-2. Значение дан-
ного спектрального индекса для эталонного поля
нейтронов BIG-TEN равняется 0.11; для теплового
спектра – 0.0046.
0 100 200 300 400
4.0x10-11
6.0x10-11
8.0x10-11
1.0x10-10
1.2x10-10
1.4x10-10
1.6x10-10
1.8x10-10
2.0x10-10
Ñ
êî
ðî
ñò
ü
ðå
àê
öè
è
U
23
5 (n
,f)
, 1
/ÿ
äð
î
Z , ì ì à
0 100 200 300 400
5.0x10-13
1.0x10-12
1.5x10-12
2.0x10-12
2.5x10-12
3.0x10-12
3.5x10-12
Ñ
êî
ðî
ñò
ü
ðå
àê
öè
è
U
23
8 (n
,γ)
, 1
/ÿ
äð
î
Z, ì ì á
Рис.2. Аксиальное распределение скорости реакций:
деления 235U (а); захвата 238U (n,γ) (б) (сплошные
линии – сплайн аппроксимация)
0 100 200 300 400
1E-3
0.01
èí
äå
êñ
: σ
8 fis
si
on
/σ
5 fis
si
on
Z, ì ì
BIG-TEN
0.037
Рис.3. Аксиальное распределение значений спек-
трального индекса σσ U
fission
U
fission
235238 . Сплошная линия
– сплайн аппроксимация. Прерывистая линия – зна-
чения спектрального индекса для эталонного поля
нейтронов BIG-TEN
0 100 200 300 400
0.01
0.1
èí
äå
êñ
: σ
8 ca
pt
ur
e/
σ5 fis
si
on
Z, ì ì
0.0046
THERMAL
0.11
BIG-TEN
Рис.4. Аксиальное распределение значений спек-
трального индекса σσ U
fission
U
capt
235238 . Сплошная линия
– сплайн аппроксимация. Прерывистые линии –
значения спектрального индекса для эталонных
полей нейтронов: графитовой тепловой колонны
реактора и эталонного поля BIG-TEN
0 100 200 300 400
1
2
3
4
èí
äå
êñ
: σ
8 ca
pt
ur
e
/ σ
8 fis
si
on
Z, ì ì
2.97
BIG-TEN
Рис.5. Аксиальное распределение спектрального
индекса σσ U
fission
U
capt
235238 . Сплошная линия – сплайн
аппроксимация. Прерывистая – значения спек-
трального индекса для эталонного поля BIG-TEN
На Рис.5 представлено аксиальное распределе-
ние спектрального индекса σσ U
fission
U
capt
238238 . Сред-
нее значение индекса - (1.5±0.3)×10-3. Значение дан-
ного спектрального индекса для эталонного поля
нейтронов BIG-TEN равняется 2.97.
Формы кривых, представленных на Рис.3-5,
имеют схожую форму. При увеличении аксиального
расстояния Z от 0 до ~ 100 мм происходит рост на ~
50...100%, затем колебания около среднего значения
(в пределах погрешности). И на расстоянии Z ~
300…350 мм происходит спад.
Увеличение спектральных индексов означает
увеличение жесткости спектра нейтронов. Одно из
вероятных объяснений этого – возрастание доли
нейтронов расщепления (spallation) и нейтронов ре-
акции Pbnat(d,n) с увеличением аксиального расстоя-
ния, поскольку они имеют преимущественное на-
правление вылета − вперед. Затем, по прохождении
точки максимального взаимодействия для высоко-
энергетичных нейтронов (Z=150…250 мм), плот-
ность потока падает как ~ 1/R2.
ЛИТЕРАТУРА
1. M.I. Krivopustov, et al. Collaboration “Energy plus
Transmutation”. First results studying the transmuta-
tion of 129I, 237Np, 238Pu, and 239Pu in the irradiation
of an extended natU/Pb-assembly with 2.52 GeV deu-
terons // Journal of Radioanalytical and Nuclear
Chemistry. 2009, v.279, №2, р.567-584.
166
2. С.Е. Чигринов и др. Особенности формирования
нейтронных полей в системах «нейтронопроиз-
водящая мишень–замедлитель», облучаемых
частицами высоких энергий («Ялiна» тепловая) //
Вопросы атомной науки и техники. Серия
«Ядерно-физические исследования». 2005, №3,
с.101-105.
167
3. С.Е. Чигринов, И.Г. Серафимович, В.В. Бурнос и
др. Бустерная подкритическая сборка, управ-
ляемая генератором нейтронов: Препринт ОИЭ-
ЯИ-Сосны №14, Минск, 2004, с.31.
4. H.I. Kiyavitskaya, et al. The Transmutation of minor
actinides in a system “proton accelerators lead neu-
tron-producing target graphite neutron moderator” //
Nonlin. Phenom. in Complex Systems. 2006, v.9,
№1, р.87-91.
5. В.И. Гутько, А.М. Хильманович. Использование
предварительного замедлителя для создания по-
ля тепловых нейтронов с большой плотностью
потока // Известия Академии наук Белоруссии.
Серия «Физико-технические науки». 1994, №1,
с.83-86.
6. J.-S Wan, Th. Schmidt, E.-J. Langrok, R. Brandt, et
al. Transmutation of 129I and 237Np using spallation
neutrons produced by 1.5, 3.7, and 7.4 Gev protons
// Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Research. 2001,
v.A463, p.364-652.
7. С. Дюррани, Р. Балл. Твердотельные ядерные
детекторы. М.: «Атомиздат», 1990.
8. А.П. Малыхин, И.В. Жук, О.И. Ярошевич,
Ю.И. Чуркин. Измерение отношения эффектив-
ных сечений деления 238 235
f fσ σ и 235 239
f fσ σ и
гетерогенных эффектов в быстро-тепловых кри-
тических сборках // Весцi АН БССР. Сер. фiз.-
энер. навук. 1975, №1, с.22-24.
9. А.П. Малыхин, И.В. Жук, Ю.И. Чуркин,
О.И. Ярошевич. Измерение отношения эффек-
тивных сечений деления 238 235
f fσ σ методом
твердых трековых детекторов // Весцi АН БССР.
Сер. фiз.-энер. навук. 1972, №2, с.5-10.
10. В.М. Горбачев, Ю.С. Замятин, А.А. Лбов. Взаи-
модействие излучений с ядрами тяжелых эле-
ментов и деление ядер. М.: «Атомиздат», 1976.
11. В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко и
др. Нейтронно-физические характеристики уран-
свинцовой сборки, бомбардируемой релятивист-
скими дейтронами // Вісник ХНУ ім. Каразіна.
2006, №746, с.75-81.
12. В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко и
др. Генерация нейтронов в уран-свинцовой сбор-
ке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ
// Вопросы атомной науки и техники. Серия
«Ядерно-физические исследования». 2008, №5,
с.174-178.
13. J. Banaigs, J. Berger, J. Dulfo, еt al. Determination
del intensite d un faiscean de deutrons extrain d un
synchrotron et mesure des sections efficaces des
reactions 12C(d,p2n)11C et 27Al(d,3p2n)24Na a
2.33 GeV // Nucl. Instr. and Meth. 1971, v.95,
р.307-311.
14. Э.Ф. Гарапов, А.Г. Инихов, Е.П. Кучерявенко и
др. Создание рабочего эталона плотности потока
тепловых нейтронов на базе реактора Ф-1 //
Атомная энергия. 1977, т.42, в.4, с.286-289.
15. E.J. Dowdy, E.J. Lozito, and E.A. Plassman. The
central neutron spectrum of the fast critical assembly
Big-Ten // Nucl. Tech. 1975, v.25, №2, p.381.
16. J. Grundl and C. Eisenhauer. Benchmark neutron
field for reactor dosimetry. Contribution to neutron
cross section for reactor dosimetry. Proc. IAEA Con-
sultants Meeting. Vienna, November 15-19, 1976;
Report IAEA. 1978, v.I, p.53.
Статья поступила в редакцию 20.11.2009 г.
SPECTRAL INDEXES’S SPATIAL DISTRIBUTIONS IN ELECTRONUCLEAR ASSEMBLY
WITH GRAPHITE MODERATOR IRRADIATED BY RELATIVISTIC DEUTERONS
V.A. Voronko, V.V. Sotnikov, V.V. Sidorenko, Yu.T. Petrusenko, I.V. Zhuk, A.S. Potapenko, A.A. Safronova,
M.I. Krivopustov, A.D. Kovalenko
The nuclear-physical characteristics of the unit «Graphite-MDM» with a long graphite moderator are shown.
Relativistic deuteron beam («Nuclotron» LHEP JINR, Dubna) with the energy of 2.33 GeV was used as irradiation
source. The results of the spatial distributions measurements for different spectral indexes (effective cross-section
fission-to-capture ratio) in the installation are presented.
ПРОСТОРОВІ РОЗПОДІЛИ СПЕКТРАЛЬНИХ ІНДЕКСІВ В ЕЛЕКТРОЯДЕРНІЙ СБІРКИ
З ГРАФІТОВИМ СПОВІЛЬНЮВАЧЕМ, ЩО ОПРОМІНЮЄТЬСЯ
РЕЛЯТИВІСТСЬКИМИ ДЕЙТРОНАМИ
В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, Ю.Т. Петрусенко, І.В. Жук, А.С. Потапенко,
А.А. Сафронова, М.І. Кривопустов, А.Д. Коваленко
Проведено дослідження ядерно-фізичних характеристик електроядерної збірки ГАММА-МДМ із протя-
жним графітовим сповільнювачем, що опромінюється пучком релятивістських дейтронів з енергією
2,33 ГеВ «Нуклотрона» ЛФВЕ ОІЯД (м. Дубна). Представлено результати вимірів просторових розподілів
різних спектральних індексів (відносин ефективних перетинів розподілу і захоплення) по об'єму збірки.
|