Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011
3.Проведение серии измерений с целью поиска дефектов в исследуемом твэле. Шаг перемещения твэла 10 мм. Время каждого измерения – 3-5 мин (согласовать с преподавателем). Результаты измерений на расстоянии > 20 мм от дефектов служат для вычис-
ления отношения S185/S1001, характерного для материала твэла, и для определения обогащения топлива.
4.Вблизи от мест расположения дефектов в исследуемом твэле проведите подробные измерения с малым шагом перемещения (3-5 мм) с целью исследования размера дефектной части и ее природы (полость или таблетка с другим обогащением). В последнем случае
вычисляют (S185/S1001)деф и определяют обогащение нештатной таблетки.
Отчет о работе
По результатам, полученным при выполнении работы, составляется краткий отчет, включающий:
1.Градуировочный график зависимости Еγ(Nкан).
2.Результаты расчета среднего отношения (S185/S1001)эт по результатам трех измерений эталонного твэла.
3.Результаты определения обогащения топлива исследуемого
твэла.
4.Выводы по результатам анализа дефектов топливного столба: размеры дефектных областей и обогащение, если дефект – таблетка.
5.Заключение.
Все результаты представляются с погрешностями.
71
твэл |
шкала |
|
|
подвеска твэла |
ходовой винт |
|
шаговый |
|
двигатель |
щелевой |
|
коллиматор |
|
|
блок управ- |
защита |
ления шаго- |
детектора |
вым двига- |
(свинец) |
телем S-MD |
Ge- |
|
детектор |
|
Рис. 3.2. Схема установки γ-сканирования твэлов |
|
72
Вопросы к работе 3
1.Каким нуклидам принадлежат пики 185,7 кэВ и 1001 кэВ в
спектрах урановых образцов и почему их можно использовать для оценок содержания 235U и 238U?
2.Можно ли для гамма-сканирования твэлов использовать NаI(Te)-спектрометр вместо германиевого?
3.Оцените толщину свинцового листа, пригодного для изготовления коллиматора для гамма-сканирования.
4.Можно ли с помощью гамма-сканирования определить длину топливного столба в твэле?
5.Какие требования следует предъявить к характеристикам стандартного твэла?
6.Надо ли вносить поправки на просчет в результаты измерений относительной интенсивности пиков 185,7 кэВ и 1001 кэВ?
7.Можно ли в данном опыте определить обогащение урана, используя только результаты измерения площади пика 185,7 кэВ?
8.Сравните разрешающую способность спектрометра при 185,7
и1001 кэВ. Объясните разницу.
73
Работа 4 Определение концентрации ЯМ в растворах методом
денситометрии на K-крае поглощения (ККД)
Цель лабораторной работы – определение концентраций ЯМ в имитаторах водных растворов урана и тория методом денситометрии на K-крае поглощения.
Денситометрия (плотнометрия) основана на измерении пропускания коллимированного пучка квантов гаммаили рентгеновского излучения через исследуемый образец (рис. 4.1).
|
Образец |
|
|
N0 |
материала |
|
|
|
N |
||
|
d |
|
|
Источник |
|
Детектор |
|
|
γ-квантов |
||
γ-квантов |
Коллиматоры |
||
|
Рис. 4.1. Схема установки для денситометрии растворов ЯМ
Пропускание γ-излучения (T) – это отношение числа гаммаквантов (N0), попавших на поверхность исследуемого образца, к числу квантов (N), прошедших через слой материала толщиной d:
T = |
N |
= exp(−μ ρd) , |
(4.1) |
|
|||
|
N 0 |
|
|
где μ – массовый коэффициент ослабления излучения с данной энергией в данном материале; ρ – плотность или концентрация материала; μρ – линейный коэффициент ослабления.
Величина пропускания определяется путем измерения интенсивности γ-излучения источника определенной энергии с образцом ЯМ и без него.
74
Определение концентрации ЯМ в растворе с помощью источника моноэнергетического γ-излучения
Пропускание моноэнергетического излучения позволяет определять плотность однородных веществ или концентрацию одного компонента в растворе или смеси. Рассмотрим, например, двухкомпонентную систему – раствор урана в азотной кислоте с плотностями ρ (для ЯМ) и ρm (для матрицы) и массовыми коэффициентами ослабления γ -квантов μ и μm соответственно. Пропускание моноэнергетического излучения через образец такого раствора ЯМ рассчитывается по формуле:
T = exp(−(μ ρ+μm ρm ) d ) . |
(4.2) |
После логарифмирования уравнения (4.2) формула для расчета неизвестной концентрации ЯМ в образце размером d будет выглядеть следующим образом:
|
|
|
m |
|
m |
|
ρ = − |
1 |
lnT − μ |
|
ρ |
. |
(4.3) |
|
|
|
||||
|
|
|
μ |
|
|
|
|
μd |
|
|
|||
При измерении концентрации ЯМ в растворах необходимо, чтобы состав матрицы (растворителя) был хорошо известен и постоянен. Произведение μmρm можно определить из уравнения (4.1), если измерить пропускание T0 через чистую матрицу, не содержащую ЯМ:
μmρm =−lnT / d . |
(4.4) |
0 |
|
Массовый коэффициент ослабления μ для выбранной энергии источника γ-излучения можно взять из базы ядерных данных.
Определение концентрации ЯМ в растворе с помощью источников γ-излучения двух энергий
Измерение пропускания через образец излучений двух энергий дает возможность контролировать оба компонента раствора, на-
75