Спосіб роздільного одночасного визначення вмісту високоенергетичних фотонів та теплових і швидких нейтронів у гальмівному випромінюванні електронних прискорювачів

Спосіб роздільного одночасного визначення вмісту високоенергетичних фотонів та теплових і швидких нейтронів гальмівного випромінювання електронних прискорювачів радіоактиваційним методом, який відрізняється тим, що аналіз здійснюється за активністю окремих гамма-ліній продуктів активації елементарних речовин та їх сполук і/або їх комбінації, які утворюються за каналами ( , n)-, (n, )- та (n, р)- або (n, )-реакцій в інтервалі енергій від порогу ( , n)- до порогу (n, 2n)реакцій. (19) (21) u201007181 (22) 10.06.2010 (24) 25.11.2010 (46) 25.11.2010, Бюл.№ 22, 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 наважок елементарних хімічних речовин, причому частина з них активується за каналом ( ,n)реакцій, а інша - за каналом (n, )-реакцій. Недоліком способу є відсутність можливості одночасного визначення окрім гамма-квантів та швидких нейтронів також і теплових нейтронів. Завданням корисної моделі є одночасне визначення вмісту гамма-квантів, теплових та швидких нейтронів у пучках гальмівного випромінювання електронних прискорювачів. Спосіб роздільного одночасного визначення вмісту високоенергетичних фотонів та теплових та швидких нейтронів гальмівного випромінювання електронних прискорювачів радіоактиваційним методом відповідно до корисної моделі, що аналіз здійснюється за активністю окремих гамма-ліній продуктів активації елементарних речовин та їх сполук і/або їх комбінацій, які утворюються за каналами ( ,n)-, (nth, )-, (n,р)-, (n, )-реакцій в інтервалі енергій від порогу ( ,n)- до порогу ( ,2n)- реакцій. Ядерно-фізичні характеристики відповідних реакцій та утворених ізотопів наведено в [2]. У випадках нестійкості відповідної елементарної речовини в атмосферних умовах більш доцільним є використання у складі 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 найближчим аналогом випливає, що, завдяки одночасному визначенню вмісту гамма-квантів, теплових і швидких нейтронів у гальмівному випромінюванні електронних прискорювачів за продуктами активації, утвореними за каналами ( ,n)-, (nth, )-, (n,р)-, (n, )-реакцій, активаційний детектор може бути спрощений і містити лише дві елементарні речовини або їх сполуки (наприклад, оксиди). Для кількісного визначення вмісту гаммаквантів та теплових і швидких нейтронів як активаційні детектори можуть бути використані елементарні речовини (або їх сполуки), що вдовольняють низці певних вимог. До таких вимог можна віднести: 1. Наявність у складі детектора щонайменше одного ізотопу, продукти активації якого утворюються за каналами ( ,n)-, (nth, )-, (n,р)-, (n, )реакцій і є мітками наявності у пучку гамма-квантів та теплових і швидких нейтронів; 2. Відносно високий переріз активації тепловими і швидкими нейтронами і малий переріз активації гамма-квантами ізотопів хімічних елементів, які використовуються для активаційного аналізу; 3. Зручні для аналізу ядерно-фізичні характеристики випромінювання, що спрощує ідентифікацію та визначення кількісних характеристик продуктів ( ,n)-, (nth, )-, (n,р)-, (n, )-реакцій. 4. Елементарні хімічні речовини або їх сполуки, які використовують для активації, повинні бути нетоксичними і стійкими в атмосферних умовах (негігроскопічними, нелеткими, не окиснюватися на повітрі тощо). Наводимо приклади реалізації. Приклад 1 (аналог). Для визначення у пучку гальмівного випромінювання електронного прис 54921 4 корювача 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 співполімера фенолформальдегідної 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 алюмінію, нікелю, заліза, талію, індію, ртуті, хлору [7]. Даний спосіб непридатний для визначення гаммаскладової гальмівного випромінювання електронного прискорювача. Приклад 2 (прототип). Для одночасного роздільного визначення вмісту гамма - і нейтронної складових у пучку гальмівного випромінювання електронного прискорювача використано низку порогових активаційних детекторів у вигляді наважок елементарних хімічних речових з порогами активації від 0,3 до 5,5 МеВ. 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, ) 128 J; 75As (n, ) 76As), завдяки чому стало можливим одночасне роздільне визначення вмісту гаммаквантів і швидких нейтронів у змішаному гамманейтронному випромінюванні [8]. Даний спосіб не дозволяє визначати у гальмівному випромінюванні електронного прискорювача теплові нейтрони. Приклад 3. Для одночасного роздільного визначення гамма - і нейтронної складових у пучку гальмівного випромінювання електронного прискорювача як матеріал активаційного детектора використовували склад, який містив суміш діоксиду мангану МnО2 і металічного алюмінію (або оксиду алюмінію Аl2О3). Завдяки високому енергетичному порогу фотоядерних реакцій для ізотопів кисню їх присутність не заважає проведенню аналізу. Відповідні ядерні реакції і характеристики продуктів активації використаних ізотопів наведено у таблиці 1, а гамма-спектри продуктів активації і часові режими вимірів - на Рис.1. Активаційний детектор, який містив рівні за масою наважки діоксиду мангану МnО2 і металічного алюмінію (або оксиду алюмінію Аl2О3) розміщували у стандартних циліндричних контейнерах з кальки. Розміри контейнерів складали: діаметр ~10,0 мм і висота ~4,0 мм, маса детектора - 0,300 г. Контейнери встановлювали по центру вісі пучка випромінювання на відстані 55 мм від гальмівної мішені. Опромінення здійснювали на електронному прискорювачі ІЕФ НАН України - мікротроні М30 в стандартних геометричних умовах при максимальній енергії електронів 14 МеВ та середньому струмі ~6 мкА. Пучок прискорених електронів взаємодіяв з танталовою мішенню товщиною 1 мм, внаслідок чого утворювалося гальмівне випромінювання, що містило високоенергетичні гам 5 54921 ма-кванти та фотонейтрони (у склад яких входять як теплові, так і швидкі нейтрони). Виміри наведеної активності детекторів проводили на гаммаспектрометричному комплексі SBS-40 з напівпровідниковим Gе(Lі)-детектором в стандартних геометричних умовах. Виявлено, що за даних умов експерименту вміст .фотонейтронів в пучку гальмівного випромінювання не перевищувала ~3%, з яких на швидкі нейтрони припадало ~2%. Приклад 4. Аналогічно прикладу 3, але як матеріал активаційного детектора використовували склад, який містив суміш діоксиду мангану МnО2 і елементарного сіліцію (або діоксиду сіліцію SiO2). Відповідні ядерні реакції і характеристики продук 6 тів активації використаних ізотопів наведено у таблиці 2, а гамма-спектри продуктів активації і часові режими вимірів - на Рис.2. Виявлено, що за даних умов експерименту вміст фотонейтронів в пучку гальмівного випромінювання не перевищувала ~3%, з яких на швидкі нейтрони припадало ~1,6%. Рис.1. Фрагмент гамма-спектру продуктів активації суміші №1. (Топром.=10 хв. Тохол.=1 хв. Твим.=10 хв.). Рис.2. Фрагмент гамма-спектру продуктів активації суміші №2. (Топром.=10 хв. Тохол.=1 хв. Твим.=10 хв.). Таблиця 1 Ядерно-фізичні характеристики продуктів активації суміші №1 Тип випромінювання, Елементарна що визначається речовина Реакції Продукти реакції Високо енергетичні гамма-кванти 55 Мn ( ,n) 54 Мn Нейтрони теплові 55 Мn (n, ) 56 Пороги реакцій, МеВ Мn Нейтрони теплові 27 Нейтрони швидкі 27 АІ АІ 28 (n, ) (n,p) 27 10,23 Енергії Квантовий Періоди на- аналітичних вихід гампіврозпаду гамма-ліній, ма-ліній, % кеВ 312,2 діб 2,579 год. Аl 2,2406 хв. Mg 1,828 9,462 хв. 834,8 100 846,8 1811 2113 1779 844 1014 99 30 15,5 100 72 28 Таблиця 2 Ядерно-фізичні характеристики продуктів активації суміші № 2 Тип випромінювання, Елементарна що визначається речовина Реакції Продукти реакції Пороги реакцій, МеВ Енергії Квантовий Періоди на- аналітичних вихід гампіврозпаду гамма-ліній, ма-ліній, % кеВ Високо енергетичні гамма-кванти 55 Мn ( ,n) 54 Мn 10,23 312,2 діб Нейтрони теплові 55 Мn (n, ) 56 Мn 2,579 год. 3,860 2,2406 хв. Нейтрони швидкі 28 Si (n,p) 28 Джерела інформації: 1. В.В. Варламов, Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов. Фотоядерные реакции. Современный статус 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. Аl 834,8 100 846,8 1811 2113 1779 99 30 15,5 100 4. Таблица 9.4. Активационный анализ на тепловых нейтронах / Новый справочник химика и технолога. http://chemanalytica.eom/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/03_analitiche skaya_khimiya_chast_II/5270(2008). 5. В.М. Бычков, В.Н. Манохин, А.Б. Пащенко, В.И. Пляскин. Сечения пороговых реакций, вызываемых нейтронами: Справочник. М.: Энергоиздат, 1982. - 216с. 6. 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. 7. Pat. USA 3931523. Activation neutron detector. МПК5 G01Т3/00/ T.S. Ambardanishvili, Kolomiitsev M.A., Zakharina T.Ya. et al; 7 54921 №05/4141054; заявл. 11.08.1973; опубл. 01.06.1976. 8. T.V. Malykhina, A.A. Torgovkin, A.V. Torgovkin et al. The research of mixed x,n-radiation field at Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 8 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