Глава 16

Принципы регистрации нейтронных совпадений

Н. Энсслин (Переводчик В. В. Свиридова)

16.1 ВВЕДЕНИЕ

Определение содержания урана и плутония в объемных образцах металла, оксидов, смешанного уран-плутониевого оксидного топлива, ТВЭЛ, ТВС и т.д. часто может проводиться без разрушения образца с помощью регистрации нейтронных совпадений. Эта мощная методика основана на том, что нейтроны спонтанного или вынужденного деления испускаются практически одновременно. Во многих случаях можно получить почти уникальную характеристику для конкретного ядерного материала. Измерение может выполняться при наличии нейтронов фона в том помещении, где проводятся измерения, и нейтронов (α,n)-реакций, т.к. эти нейтроны являются некоррелированными или случайн ыми во времени.

В табл. 11.1 главы 11 приведены значения выходов нейтронов спонтанного деления и значения множественности (среднего количества нейтронов на один акт деления) для многих изотопов, встречающихся в ядерном топливном цикле. Из таблицы видно, что изотопы 238Pu, 240Pu è 242Pu имеют большие значения выхода нейтронов спонтанного деления. Для урана значения выхода нейтронов невелики, однако образцы, содержащие килограммовые количества 238U, будут иметь измеримые значения выхода. При спонтанном делении ядер обычно одновременно испускается более одного нейтрона, поэтому прибор, который чувствителен только к нейтронным совпадениям, будет чувствителен только к таким изотопам. Содержание этих изотопов может быть определено даже тогда, когда химический состав материала таков, что возможно образование дополнительных одиночных нейтронов за счет (α,n)-реакций. Тогда, если изотопный состав материала известен, может быть рассчитано полное содержание урана и плу тония.

Для плутониевого образца, содержащего 238Pu, 240Pu è 242Pu, наблюдаемый отклик нейтронных совпадений будет обусловлен всеми тремя изотопами. Однако вклад 240Pu обычно является доминирующим как в плутонии низкого выгорания (~6 % 240Pu), так и в реакторном плутонии высокого выгорания (от~15 до ~25 % 240Pu). В связи с этим при регистрации нейтронных совпадений удобно ввести понятие эффективной массы 240Pu, êàê:

240 Puýôô = 2,52238 Pu+240 Pu +1,68242 Pu .

(16.1)

240Puýôô — это такое значение массы 240Pu, которое вызвало бы точно такой же отклик нейтронных совпадений, который был бы получен от всех четных изотопов в реальном образце. Обычно содержание 240Puýôô превышает действительное содержание 240Pu на величину от 2 до 20 %. Коэффициенты 2,52 и 1,68 в уравне-