Спосіб роздільного визначення вмісту гамма-квантів та теплових нейтронів у гальмівному випромінюванні електронних прискорювачів

Спосіб роздільного визначення вмісту гаммаквантів та теплових нейтронів у гальмівному випромінюванні електронних прискорювачів радіоактиваційним методом, який відрізняється тим, що як матеріал активаційного детектора застосовують елементарну речовину або її сполуку, де елементарна речовина містить лише єдиний ізотоп, продукти активації якого утворюються за каналами (nth, )- і ( ,n)-реакцій. (19) (21) u200913648 (22) 28.12.2009 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) ПАРЛАГ ОЛЕГ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ГОЛОВЕЙ ВАДИМ МИХАЙЛОВИЧ, ДОВБНЯ АНАТОЛІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, МАСЛЮК ВОЛОДИМИР ТРОХИМОВИЧ, ЛЕНДЕЛ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОННОЇ ФІЗИКИ НАН УКРАЇНИ 3 елементарної речовини в атмосферних умовах та під час опромінення більш доцільним є використання як активаційного детектора її сполуки за умови, що інші хімічні елементи, які входять до складу такої сполуки, не вносять додаткових похибок у виміри її гамма-активності. З порівняльного аналізу з прототипом випливає, що, завдяки одночасному визначенню вмісту гамма-квантів і теплових нейтронів у гальмівному випромінюванні електронних прискорювачів по продуктам активації, утвореним за каналами (nth, )- і ( ,n)-реакцій, активаційний детектор може бути спрощений і містити лише одну елементарну речовину або її сполуку (наприклад, оксид). Для кількісного визначення вмісту гаммаквантів і теплових нейтронів як активаційні детектори можуть бути використані елементарні речовини (або їх сполуки), що вдовольняють низці певних вимог. До них можна віднести: 1. Наявність у складі детектора лише єдиного ізотопа хімічного елемента, який використовується для активації за каналами (nth, )- і ( ,n)-реакцій; 2. Відносно високий переріз активації тепловими нейтронами (~1 100 барн) і малий переріз активації гамма-квантами (до ~0.1 барн) ізотопа хімічного елемента, який використовується для активаційного аналізу; 3. Зручні для аналізу ядерно-фізичні характеристики випромінювання, що спрощує ідентифікацію та визначення кількісних характеристик продуктів (nth, )- і ( ,n)-реакцій. 4. Елементарні хімічні речовини або їх сполуки, які використовуються для активації, повинні бути нетоксичними і стійкими в атмосферних умовах (негігроскопічними, нелеткими, не окислюватися на повітрі). Наводимо приклади реалізації. Приклад 1 (аналог) Для визначення у пучку гальмівного випромінювання електронного прискорювача вмісту нейтронів у декількох діапазонах енергій був використаний активаційний детектор, який містив суміші сполук, наприклад, оксидів різних металів (алюмінію, нікелю, заліза, талію) і/або нітратів (індію та ртуті) і сополімера фенол-формальдегідної смоли та метахлорфенолформальдегіда. Після опромінення швидкими нейтронами з флюенсом 1017 н/см2 (для відокремлення теплових нейтронів використано фільтр з кадмію) і охолодження на протязі 24 год. його залишкову активність було виміряно за допомогою багатоканального аналізатора імпульсів на напівпровідниковому кристалі. Вміст нейтронів у різних енергетичних діапазонах було визначено з урахуванням енергетичних порогів реакцій взаємодії швидких нейтронів з відповідними ізотопами Аl, Ni, Fe, Тl, In, Hg, Cl [6]. Даний спосіб непридатний для визначення гамма-складової гальмівного випромінювання електронного прискорювача. Приклад 2 (прототип). Для одночасного роздільного визначення вмісту гамма- і нейтронної складових у пучку гальмівного випромінювання електронного прискорювача використовували низку порогових активаційних детекторів у вигляді наважок елементарних хімічних речових з порога 50868 4 ми активації від 0,3 до 5,5МеВ. Частину детекторів активували шляхом ( ,n)-реакцій (65Cu ( ,n) 64Cu; 54 Fe ( ,2n) 52Fe; 52Cr ( ,n) 51Cr) а іншу - шляхом (n, )-реакцій (187Re (n, ) 188Re; 115In (n, ) 116In; 127J (n, ) 128J; 75As (n, ) 76As), завдяки чому стало можливим одночасне роздільне визначення гамма- і нейтронної складових потоку активуючих частинок змішаного гамма-нейтронного випромінювання [7]. Даний спосіб потребує наявності декількох активаційних детекторів (щонайменше двох). Приклад 3. Для одночасного роздільного визначення гамма- і нейтронної складових у пучку гальмівного випромінювання електронного прискорювача як матеріал активаційного детектора використовували діоксид мангану (МNO2). Природний елементарний манган містить лише єдиний ізотоп мангану Мn. Використання замість елементарного мангану діоксиду мангану обумовлене стабільністю останнього в атмосферних умовах при нагріванні під час опромінення. Завдяки високому енергетичному порогу фотоядерних реакцій для ізотопів кисню їх присутність не заважає проведенню аналізу. Визначення вмісту гамма- і нейтронної складової змішаного гамма-нейтронного випромінювання здійснювали за рахунок використання реакцій 55Мn ( ,n) 54Мn та 55Mn (nth, ) 56Mn [2,4]. Детектори (наважки діоксиду мангану) розміщували у стандартних циліндричних контейнерах з кальки. Розміри контейнерів складали: діаметр ~5,0мм і висота ~20,0мм, вага - 0,300г. Контейнери встановлювали по центру вісі пучка випромінювання на відстані 55мм від гальмівної мішені. Опромінення здійснювали на електронному прискорювачі ІЕФ НАН України - мікротроні М-30 в стандартних геометричних умовах при максимальній енергії електронів 14МеВ та середньому струмі ~6мкА. Пучок прискорених електронів взаємодіяв з танталовою мішенню товщиною 1мм, внаслідок чого утворювалося гальмівне випромінювання, що містило високоенергетичні гамма-кванти та фотонейтрони. Виміри наведеної активності детекторів проводили на гамма-спектрометричному комплексі SBS-40 з напівпровідниковим Gе(Lі)-детектором в стандартних геометричних умовах. Виявлено, що за даних умов експерименту вміст теплових нейтронів в пучку гальмівного випромінювання не перевищує 1%. Приклад 4. Аналогічно прикладу 3, але для одночасного роздільного визначення гамма- і нейтронної складових у пучку гальмівного випромінювання електронного прискорювача як матеріал активаційного детектору використовували металічне золото. Природне елементарне золото містить лише єдиний ізотоп 197Аu. Визначення нейтронної і гамма-складової змішаного гамма-нейтронного випромінювання здійснювали за рахунок використання реакцій 197Аu ( ,n) 196Аu та 197Au (nth, ) 198Au [2,4]. Виявлено, що за даних умов експерименту вміст теплових нейтронів в пучку гальмівного випромінювання не перевищує 1%. Джерела інформації: 1. В.В. Варламов, Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов Фотоядерные реакции. Современный статус 5 50868 экспериментальных данных. (Учебное пособие). М.: Университетская книга, 2008. - 304с. 2. О.О. Парлаг, В.Т. Маслюк, П.П. Пуга, В.М Головей. Каталог гамма-спектрів продуктів активації хімічних елементів гальмівним випромінюванням мікротрону. -К.: Наукова думка, 2008.-184с. 3. A.V. Varlamov, V.V. Varlamov. D.S. Rudenko, M.E. Stepanov. Atlas of Giant Dipole Resonances. Parameters and Graphs of Photo nuclear Reaction Cross Sections. - Vienna: Intern. Atomic Energy Agency. INDS (NDS)-394. Distr. GN+NM. - 1999. 311p. 4. Таблица 9.4. Активационный анализ на тепловых нейтронах / Новый справочник химика и технолога. http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_kh Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 imika_i_tekhnologa/ 03_analiticheskaya_khimiya_chast_H/5270(2008). 5. А.А. Алексеев, В.В. Андреев, В.П. Бадовский и др. Вопросы дозиметрии и радиационной безопасности на атомных электрических станциях. Учебное пособие. - Славутич: Укратомиздат, 1998. -406с. 6. Pat. USA 3931523. Activation neutron detector. МПК5 G01T3/00/ Ambardanishvili T.S., Kolomiitsev M.A., Zakharina T.Ya. et al; №05/4141054; заявл. 11.08.1973; опубл. 01.06.1976. 7. T.V. Malykhina, A.A. Torgovkin, A.V. Torgovkin et al. The research of mixed X,n-radiation field at photonuclear isotopes production // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Nucl. Phys. Invest. - 2008. - V. 50, №5. - P.184-188. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601