Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011

Информация о заранее измеренных спектрах плутония, а также паспортные данные для использованных образцов плутония и урана, представлены в табл. 6.3-6.6.

Порядоквыполненияработы

1.Настройка измерительной системы, согласно требованиям программы FRAM

Вменю программы установите число каналов анализатора, равное 8192; нулевое смещение энергетической шкалы; усиление 0,125 кэВ/канал; время формирования импульса 5 мкс. Затем проведите компенсацию полюса нулем.

Начните набор спектра уранового образца. Убедитесь, что пик с энергией 185,7 кэВ находится в 1486±3 канале, а пик с энергией

1001,1 кэВ в 8008±3 канале.

2.Измерение спектров излучения образцов урана

Вариант 1

В данном задании проводятся измерения шаровых твэлов ВТГР в закрытом контейнере. Штатно в контейнер помещается четыре одинаковых твэла. Преподаватель делает подмену одного или нескольких твэлов со штатными характеристиками на твэлы другого обогащения, либо на пустые графитовые оболочки. По результатам измерения и обработки спектра студенты должны обнаружить и объяснить подмену.

Проведите измерение контейнера с первым набором шаровых твэлов. Время измерения – 40 мин. По окончании измерения сохраните спектр, обработайте его с помощью набора параметров UloEnr. Распечатайте отчет.

Проведите измерение контейнера со вторым набором шаровых твэлов. Время измерения – 40 мин. По окончании измерения сохраните спектр, обработайте его с помощью набора параметров UloEnr. Распечатайте отчет (Medium).

106

По результатам измерений, зная, что в наличии имеются шаровые твэлы двух обогащений (табл. 6.5), и используя спектр стандартного контейнера, указанный преподавателем, сделайте выводы о наличии либо отсутствии в контейнерах шаровых твэлов нештатного обогащения (по результатам анализа изотопного состава) и о сохранности общей массы урана (по интенсивности пиков гаммаизлучения изотопов урана).

Вариант 2

Проведите измерения образцов урана №№ 6 и 7 (время измерения 30 мин. для каждого образца). Определите их изотопный состав, распечатайте отчеты и графики кривых эффективности.

Влияние контейнера на эффективность регистрации гамма-

квантов. Проведите измерение образцов урана №№ 6 и 7 с использованием имитатора оболочки контейнера. Время измерения 30 мин для каждого образца. Распечатайте отчеты и графики кривых эффективности. Объясните ход кривых эффективности для данного и предыдущего измерений.

3. Основные меню программы FRAM (приложение 2)

Войдите в режим редактирования наборов параметров (Edit→Parameters). Откройте набор параметров Coax8k3 (File→Open). Последовательно открывая окна Fitting Parameters, Peaks, Regions by channel, Regions by energy, Isotopes (меню Edit)

ознакомьтесь с параметрами для подгонки пика, пиками разных изотопов, используемыми в процессе обработки, диапазонами поиска пиков и фона, способами аппроксимации фона. Выйдите из режима редактирования наборов параметров.

Загрузите для обработки спектр 9_1.dat (менюMeasure→ Analyze Data). Набор параметров – Coax8k3. Поставьте флажок в рамке Print Results, формат отчета – Short. После нажатия кнопки OK программа начнет обработку спектра и автоматически отправит результаты на печать.

Выберите опцию Options→Display Results→Medium. Озна-

комьтесь с содержанием этого варианта отчета.

Выберите опцию Options→PlotSpectrum. В меню Display по-

ставьте флажок в окне regions (набор параметров Coax8k3). На гра-

107

фике спектра точки пиков в области пиков окрашиваются в красный цвет, а точки фона – в зеленый. Убедитесь, совпадают ли области, окрашенные в красный цвет с пиками γ-излучения Pu, и являются ли выделенные зеленым цветом области непрерывным фоном, не находятся ли в этих диапазонах пики. Распечатайте участок спектра с 200 кэВ по 450 кэВ. Последовательно помещая флажок в окна ecal peaks, fcal peaks, scal peaks меню Display, убедитесь, что области,

окрашенные в красный цвет и используемые для энергетической калибровки, калибровки по ПШПВ и калибровки по форме пика соответственно, совпадают с пиками γ-излучения плутония.

Выберите опцию Options→PlotEfficiencies. Распечатайте график. Объясните ход кривой эффективности.

С помощью опции Options→ISOPOW скорректируйте паспортные значения изотопного состава образцов плутония №№9,8,7,6 на 10 ноября 1998 года. Результаты распечатайте.

4. Изучение процедуры обработки спектра, используемой в программе FRAM, и определение изотопного состава образца плутония или урана

Для выполнения этого задания воспользуйтесь распечаткой отчета для спектра "Х", выданной преподавателем1.

Постройте калибровочный график Еγ(Nкан.), пользуясь таблицей,

представленной в отчете (table used for energy calibration).

Используя коэффициенты А1, А2, А3, рассчитанные программой (раздел отчета: FWHM parameters in formula), рассчитайте по формуле (6.3) значения ПШПВ для значений энергии в интервале 120÷1001 кэВ. Постройте калибровочный график ПШПВ(Еγ). Нанесите на график экспериментальные значения ПШПВ, приведенные в таблице (fitted fwhm).

Постройте калибровочный график εγ(Еγ), используя формулу (6.6) и коэффициенты, приведенные в разделе Results of efficiency calculations.

1 Обратите внимание, что в одних случаях размерность энергии – МэВ, а в других – кэВ.

108

Определите изотопный состав измеренного образца плутония, используя наиболее интенсивные пики излучения 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Pu и следующие формулы:

где i=238, 239, 240, 241; S239, I239, ε239, T1/2(239) – соответственно, пло-

щадь пика, выход, эффективность и период полураспада для пика 239Pu; Si, Ii, εi, T1/2(i) – аналогичные величины для пиков 238, 240, 241Pu.

Задание 4 выполняется при оформлении отчета. Все необходимые пояснения даются преподавателем в процессе выполнения лабораторной работы.

5. Исследование некоторых факторов, влияющих на выбор параметров обработки спектра

Влияние контейнера на спектр излучения образца и выбор параметров обработки спектра

Обработайте с помощью программы спектры излучения образца плутония №7, измеренного без контейнера и в контейнере (спектры 7_1.dat и 7_2.dat соответственно). Используйте набор параметров Coax8k3 (для автоматического вывода отчета на принтер поставьте флажок напротив окошка Print Results). После этого проанализируйте спектр 7_2.dat, используя набор параметров Sc42. Распечатайте результаты расчета и кривые эффективности. Сравните спектры излучения образцов. Рассчитайте отношения эффективности для линий 255,4 и 451,5 кэВ в обоих случаях. Сравните результаты, объясните расхождения.

109

Влияние толщины образца на результаты анализа

Проанализируйте с помощью программы спектры излучения образца плутония №9 толщиной 3,16 мм и 9,48 мм (спектры 9_9.dat и 9_11.dat соответственно), используя набор параметров Sc42. Распечатайте результаты расчета и кривые эффективности. Сравните спектры излучения образцов. Рассчитайте отношения эффективности для линий 208,0 и 451,5 кэВ в обоих случаях. Сравните результаты, объясните расхождения.

Влияние величины усиления амплитуды сигнала на результаты анализа

Обработайте спектры одного и того же образца плутония, измеренные при усилении 0,122 кэВ/канал (9_4.dat) и 0,125 кэВ/канал (9_1.dat). Выведите на экран графики спектров. Сравните результаты анализа, объясните расхождения.

Влияние времени измерений на погрешность результатов

Обработайте спектры излучения образца плутония №7, измеренного в течение 2149 с и 45 с на планарном детекторе (спектры 7_1_P.dat и 7_3_P.dat соответственно), с помощью набора параметров wr6Planar. Сравните спектры и распечатайте графики. Сравните погрешности результатов. Объясните разницу.

Отчет о работе

По результатам, полученным при выполнении работы, составляется краткий отчет, включающий:

1.Описание и схему измерительной установки.

2.Результаты проведенных измерений с распечатанными отче-

тами.

3.Для варианта 1 выводы о наличии (отсутствии) аномалий в содержимом контейнеров.

4.Для варианта 2 выводы о влиянии ослабления в стенке контейнера на ход кривой относительной эффективности.

5.Результаты расчета изотопного состава неизвестного образца

скалибровочными графиками.

6.Результаты определения изотопного состава плутониевых образцов по заранее отмеренным спектрам их излучения и выводы

110