Файл: Альбедо нейтронов..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 78

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

АЛЬБЕДО НЕЙТРОНОВ

3

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1973

У Д К 621.039.58:537.531

''1 '.f

Альбедо нейтронов. M., Лтоммздат, 1973, стр. 280. (Авт. Т. Л. Г е р м о г е и о в а, В. Г. З о л о т у х и н , В. А. К л и м а и о в, В. П. M а ш к о в н ч, А. И. M н с ь-

ке в и ч, А. П. С у в о р о в.)

Вработе собраны, систематизированы и проанализи­ рованы имеющаяся в литературе информация п полу­ ченные авторами книги данные по характеристикам об­

ратного рассеяния (альбедо) тепловых, промежуточных

и быстрых нейтронов,

рассмотрены методы получения

характеристик альбедо,

проанализированы основные Фи­

зические закономерности формирования поля отражен­ ного излучения, рассмотрено явление квазиальбедо.

Большая часть полученной авторамп на ЭВМ инфор­ мации о дифференциальных характеристиках альбедо моионаправлепных моноэиергетпческих (заданы в виде импульсов в узких энергетических интервалах) источни­ ков публикуется впервые.

Приведенная в книге количественная информация может быть использована для определения поля отра­

женного

нейтронного излучения

для большинства прак­

тических

задач

работы

с нейтронными

источниками.

Данные, помещенные в книге, необходимы для ра­

счета отраженного излучения

в задачах

дозиметрии и

защиты

от

излучений, раднаннонноіі физики

и техники

и др.

 

 

 

 

 

 

 

Таблиц

39,

рисунков

75,

библиография

202 назв.

А

0317—037

37—73

Атоыиздат, 1973

 

034(01)—73

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

При решении большого круга задач, возникающих в связи с использованием источников ионизирующих излучений в раз­ личных областях (физика защиты', дозиметрия, радиометрия, радиационная техника и т. д . ), необходимо учитывать обратно рассеянное (отраженное) от среды излучение.

Наибольший в к л а д в поле излучения дает отраженная радиация, когда детектор экранирован от попадания в него

нерассеянного излучения

источника.

 

 

 

Явление обратного

рассеяния

(альбедо)

излучений

имеет

две стороны — негативную и позитивную.

 

 

С негативной стороной этого явления мы

сталкиваемся

вся­

кий раз, когда обратно

рассеянная

радиация

дает дополнитель­

ный в к л а д в поле излучения и приводит к повышению уровня облучения обслуживающего персонала, к повышению уровня фонового излучения. В таких случаях необходимо принимать со­ ответствующие меры для подавления этого излучения.

С позитивной стороной явления мы встречаемся, когда используем закономерности обратного рассеяния излучений д л я

распознавания

параметров и

качеств о т р а ж а т е л я

в радиоизо-

топном

приборостроении.

 

 

 

 

 

 

Приведем примеры некоторых задач, где должна

быть учтена

о т р а ж е н н а я радиация

(рис.

П . 1) . Типичные траектории

рас­

сеянных

частиц

или квантов

на

схемах

рис. П.1

изображены

условно

стрелками.

 

 

 

 

 

 

 

В к л а д отраженного

излучения

необходимо

учитывать

в за­

дачах

физики

радиационной

защиты

(рис.

П . 1, а — г):

при

прогнозировании поля излучения в защитах с неоднородностями

(см.

рис. П.1,

а)

[ 1 ] ,

при

расчетах

теневых

з а щ и т

(см.

рис. П . 1, б),

при

определении

вклада в поле излучения, отра­

женного от оборудования, стен, пола и

потолка

помещений

(например,

реакторного

з а л а )

(см. рис.

П . 1, е ) ,

отраженного

от окружающего

 

источник

воздуха

(см. рис. П . 1, г)

или от

других границ раздела сред.

 

 

 

 

 

 

 

Поясним

некоторые

из отмеченных

выше

примеров.

 

 

П о л е излучения

за защитой от мощного

источника

излуче­

ния

(например, реактора

или

ускорителя,

см.

рис. П . 1, s)

опре-

дел я ется не только излучением, выходящим из биологической защиты и попадающим сразу в детектор, но т а к ж е в значи­ тельной степени радиацией, покидающей защиту установки и

Область

применение Типичные геометрии задач источникоб

излучения

а

5

а-

 

в

 

<ъ

а

о.

g

з

a

S-S-

? § tu s?

a

§1

§1

a

CL

Рис. ПЛ. Геометрии задач различных областей ис­ пользования источников ионизирующих излучении, решаемых с учетом обратно рассеянной радиации:

S — источник; D — детектор.

отраженной перед детектированием от стен, пола и. потолка экспериментального з а л а . Неучет отраженного излучения может существенно занизить уровень радиации и исказить ее энерге­

тический

спектр.

 

Конкретизируем пример рис. ПА, г. Если на

этом рисунке

в качестве

источника излучения S предположить

электоонный

ускоритель с энергией 40 Мэв

со

средним

током

на

тяжелой

мишени оптимальной

толщины

100

ма,

заглубленный

на

4 м

в землю,

то

в точке

детектирования

D

на

поверхности

земли

на расстоянии 30 м от мишени

мощность дозы

фотонейтронов,

отраженных

от воздуха,

будет

превышать

предельно

допусти­

мую величину для профессионального

облучения

примерно в

5 - 10ѳ раз

[ 2 ] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Насколько существенным может быть в к л а д отраженной

радиации,

показывают

приведенные

на

рис.

П.2

измеренные.

0 10 20 30 z/a

Рис. П.2. Зависимость отношения плотностей потоков бы­ стрых нейтронов, отраженных от стенок канала, и нерас­ сеянного излучения точечного изотропного (Ро—а—Ве)-

псточпнка

Фотр/Фир от расстояния

вдоль

оси

канала

г,

выраженного в числе радиусов канала

а:

 

для каналов

радиусом

а=3,3

см (О). 5,7

см (•),

8,3

см (Д) а

за­

щите из

бетона.

Вверху

справа — геометрия

эксперимента.

 

отношения отраженного излучения от стенок круглого цилиндри­

ческого

канала

в защите Ф 0 Т р

к нерассеянному излучению

источника Ф,,р

[ 1 ] . Приведенные

данные свидетельствуют

о том,

что при

относительных расстояниях вдоль оси канала

z/a~8

плотность потока отраженного нейтронного излучения соизмери­ ма с плотностью потока нерассеянного излучения источника.

Одной из больших и перспективных областей применения данных о поле отраженного излучения является их использо­

вание при

достаточно строгом расчете реальных реакторных

з а щ и т сложной

конструкции

(с учетом неоднородностей, обо­

рудования

и т.

д . ), большой

протяженности с трехмерной гео­

метрией. Современный уровень вычислительной техники не позволяет пока еще определять поле излучения сразу для всей сложной «составной системы», какой является реальная биоло­ гическая з а щ и т а ядерного реактора. Поэтому такие составные

системы разбиваются

на

отдельные элементы. Последние, в

свою очередь, т а к ж е

могут

быть совокупностями областей раз-

5

личной конфигурации и компоновки, но более простыми и в ка­

кой-то степени симметричными.

Д а л е е поле

излучения

находят

для каждого такого элемента

(с помощью,

например,

двумер ­

ных программ) с постановкой эффективных граничных условий,

учитывающих наличие смежных

областей. Д л я определения

ин­

тенсивности отраженного излучения ' необходимо знать

диффе ­

ренциальные характеристики альбедо различных сред для

раз­

ных углов падения и отражения

излучения.

 

 

 

В

дозиметрии

и радиометрии

(см. рис. П . 1, д — е) отражен ­

ную

радиацию

необходимо

учитывать, например,

при

оценке

в к л а д а рассеянной радиации

в

показания приборов

при

прове­

дении градуировочных работ с аппаратурой в ограниченных помещениях (см. рис. П . 1, д),' при расчете коллиматоров излу­ чения (см. рис. П . І . е ) и т. д.

Использование явлений альбедо в радиационной технике проиллюстрировано на рис. П.1 на примере двух из большого количества действующих радионзотопных приборов: толщино­ мера (см. рис. П . 1, ж ) и плотномера (см. рис. П . І . з ) . Исполь­ зование отраженного излучения в радиоизотопном приборострое­ нии основано на том, что характеристики обратно рассеянного излучения зависят от геометрической формы, габаритов, хими­

ческого

состава, агрегатного состояния

о т р а ж а т е л я ,

взаимной

ориентации детектора и

рассеивателя

и

т. д. В а ж н ы е

преиму­

щества

радионзотопных

приборов — бесконтактность

системы

определения исследуемых параметров,

независимость показаний

приборов от параметров

внешней среды.

 

 

Особое внимание исследователей к вопросам альбедо было привлечено в течение последних пятнадцати — двадцати лет.

Кнастоящему времени достаточно полно исследовано и

описано альбедо у - !

І З Л У ч е н и я -

Н а и б о л е е

полный

обзор,

систе­

матизация

и анализ

расчетных

и

экспериментальных

исследо­

ваний

о т р а ж е н и я

у-квантов

приведены

в

монографии

 

[ 3 ] .

 

Значительно

х у ж е

обстояло

дело с

рассеянием

нейтронов:

не х в а т а л о многих характеристик отраженного

излучения,

не

было достаточно полных обобщений выполненных

исследований

(исключение в этом отношении

представляют обзорные

разделы

в книгах

[ 1 , 4,

5 ] ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н а с т о я щ а я

книга

посвящена

проблеме

обратного

рассеяния

нейтронов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ

опубликованных

к-

1965 г. данных показал необхо­

димость

проведения

исследований

по

определению

характери ­

стик отраженных

нейтронов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти исследования проводились авторами книги с 1965 г. в

следующих

основных

направлениях: а)

расчеты методом Монте-

К а р л о

на

Э В М

альбедо

д л я

источников быстрых

нейтронов

от

воды и

ж е л е з а

(подробные данные д л я

бетона

опубликованы

в

работе

[6]);

б)

расчеты

методом

дискретных

ординат

на

Э В М

6

а л ь б е до нейтронов

всех

энергий, включая

промежуточную

об­

ласть;

в) создание

полуэмпирических

 

моделей расчетов

(метод

«-го столкновения) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К а к

и для

источников

у _ к в а н ' г о в

 

[ 3 ] ,

наиболее

целесооб­

разно

было проводить

исследования

для

дифференциальных

характеристик

поля

мононаправленных

моноэнергетических

(за­

даны в виде импульсов в узких энергетических

интервалах)

источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поле отраженного излучения для многих

/других

задач

можно

рассчитать

из

этих

данных

при помощи

преобразова ­

ний [ 3 ] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

целью настоящей

книги

являлись

изложение

развитых авторами методов и результатов расчетов, система­

тизация и анализ имеющейся в литературе

информации .

 

Следует отметить, что

большая

часть полученной

авторами

информации

публикуется

в

книге

впервые. Д а н н ы е ,

приведен­

ные в

книге,

ограничиваются

энергетическим диапазоном

реак­

торных и изотопных источников излучения. Частично

результаты

исследований

приведены в статьях

[7 — 11] .

 

 

 

 

Книга состоит из шести

глав.

 

 

 

 

 

I

глава — вводная.

В

ней рассматриваются

определения и

терминология

характеристик

альбедо, процессы

взаимодействия

нейтронов с веществом

и

удобная для многих задач двухгруп-

повая

модель

формирования

поля

отраженных

нейтронов.

Во

I I главе

излагаются

наиболее распространенные и час­

тично

развитые

авторами

расчетные методы

определения

х а р а к ­

теристик отраженных нейтронов: метод Монте - Карло, метод

дискретных ординат, диффузионное и возрастное

приближения,

метод д-го столкновения. Здесь

ж е кратко рассмотрены осо­

бенности экспериментальных методов определения

характеристик

отраженных нейтронов.

 

 

I I I — V главы — основные. Они

несут читателю

качественнуи

и количественную Информацию по обратному рассеянию тепле

вых,

промежуточных

и быстрых

нейтронов

соответственно

В этих главах дается

анализ основных работ

разных

авторов

приводятся табличные

данные для характеристик альбедо.

V I

глава — заключительная . В

ней анализируются

наиболее

в а ж н ы е закономерности формирования поля отраженного из­

лучения. М а т е р и а л ы этой главы вместе

с приведенной в I I I —

V главах информацией позволяют читателю решать

практиче­

ские задачи альбедо нейтронов для большинства

интересных

случаев работы с нейтронными источниками.

 

Книга предназначена для

инженеров,

аспирантов,

студентов

и всех • научно-технических

работников,

специализирующихся

по вопросам защиты от излучений, радиационной физики, тех­ ники или смежных областей, связанных с использованием источ­ ников радиации в различных областях науки, техники и народного хозяйства.

7

Смотрите также файлы