CC BY
15
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕЙТРОННОГО ИСТОЧНИКА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ТОЛСТОЙ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ИЗ БЕТОНА
Алексеев Александр Григорьевич
старший научный сотрудник, НИЦ Курчатовский институт-ИФВЭ
г.Протвино, площадь Науки 1 Алексеев Павел Александрович, ведущий инженер, к.т.н., ООО «АтомПромИнжиниринг»
г.Протвино, проезд Наумова 1 Бритвич Геннадий Иванович, ведущий научный сотрудник, к.ф.м.н НИЦ Курчатовский институт-ИФВЭ
г.Протвино, площадь Науки 1 DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.2.61.10
АННОТАЦИЯ.
Рассматривается метод проверки эффективности бетонной радиационной защиты с помощью использования радионуклидного нейтронного источника. Метод основан на использовании чувствительного сцинтилляционного гамма спектрометра. Приведены некоторые расчетные и экспериментальные характеристики метода.
ABSTRACT.
The method for testing of the effectiveness of concrete radiation shielding using the radionuclide neutron source is presented. The method is based on the use of sensitive scintillation gamma spectrometer. Some calculated and experimental characteristics of the method are given.
Ключевые слова: бетонная радиационная защита, нейтронный источник, сцинтилляционный гамма спектрометр
Key words: concrete radiation shielding, radionuclide neutron source, scintillation gamma spectrometer.
ВВЕДЕНИЕ
В процессе ввода в эксплуатацию радиационно-опасных объектов («горячие» камеры, новый энергоблок АЭС и др.) обязательной процедурой является проверка эффективности радиационной (биологической) защиты.
Обычно для этого применяется радиоактивный источник (как правило, изотоп 60Со), что влечет за собой организационные и технические трудности.
Чем толще проверяемая радиационная защита, тем мощнее нужен источник, так как источник недостаточной мощности не обеспечивает возможности фиксации увеличения радиационного фона за защитой над уровнем естественного радиационного фона и оценки кратности ослабления.
Под толстой бетонной защитой понимается толщина 1м и более. Сложилась практика, что для такого типа проверки используется радионуклид-ный источник активностью не менее 1700 Ки[1], толщина биологической защиты составляет при этом от 1 до 1,1 м. Использование такого мощного источника - сложная техническая задача, требующая специальных мер по радиационной безопасности.
Целью данной работы является исследование возможности использования альтернативного метода, который, с одной стороны, позволял бы достаточно четко выявлять эффект от источника на фоне естественного радиационного фона, а с другой стороны, мощность дозы от такого источника должна быть ниже, чем при использовании радионуклид-ного источника изотопа 60Со. При этом время ска-
нирования единицы площади радиационного защиты должно быть сравнимо с методом, когда используется изотоп 60Со (площадь радиационной защиты для тестирования может составлять несколько сотен м2).
В данной работе предлагается использование радионуклидного источника нейтронов для проверки цельности толстой радиационной защиты из бетона, как альтернативы использования мощного источника гамма-излучения.
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ
Основные отличия предложенного метода состоят в том, что вместо гамма радионуклидного источника изотопа 60Со применяется нейтронный источник 239Ри-Ве, а вместо дозиметра гамма излучения используется высокочувствительный сцинтилляционный гамма спектрометр.
При прохождении нейтронов через бетон происходит их замедление, термализация и захват на ядрах вещества, входящих в состав бетона; при захвате нейтронов образуются гамма кванты широкого энергетического диапазона с энергией до 10 МэВ.
На рисунке 1 приведен измеренный спектр импульсов от гамма квантов Ри-Ве источника за бетонной защитой толщиной 1 м. Там же приведен спектр от естественного фонового излучения (фон). Вертикальная линия - энергия гамма квантов 4,4 МэВ. Измерения выполнялись в экспериментальной зоне «Радиобиологического стенда на углеродном пучке У-70» [2].
100 200 300 400 500
Номер канала АЦП
Рис. 1 Спектр гамма квантов (в единицах каналов аналог-цифрового преобразователя (АЦП)) от источника нейтронов за 1 м бетона и спектр от естественного фонового излучения (фон). Вертикальная линия - энергия гамма квантов 4,4 МэВ
В радионуклидном источнике типа ^^^Ве для генерации нейтронов используется реакция 9Ве(а, п, у)С*. На один нейтрон испускается 0,6 гамма квантов с энергией 4,4 МэВ и несколько гамма квантов меньшей энергии. Спектр импульсов (спектр гамма квантов) от нейтронного источника приведен на рисунке 2.
1UU J -9 » • • - 1 I ' • ' » 1 • » T »
012345678
Photon energy ( MeV )
Рис. 2 Спектр гамма квантов от нейтронного источника в сравнении со спектром
от естественного фона
От гамма квантов нейтронного источника в спектре имеются пики 0,2, 0,5, 3,4 3,9 и 4,4 МэВ ( пики 3,4 и 3,9 - производные от 4,4 МэВ) и небольшой пик 2,2 МэВ обусловлен реакцией захвата тепловых нейтронов на водороде. Спектр гамма квантов естественного фона включает: 0,912 МэВ от 228Ас, 1,12 МэВ от 214В^ 1,46 МэВ от 40К; 1,76МэВ от 2,12 МэВ и 2,2 МэВ перекрытие от 2,6 МэВ от 208,П. Таким образом, в диапазоне выше
2,5-3 МэВ гамма квантов от естественного фона практически нет.
В данной работе в качестве источника использовался 239 Pu-Be типа БН-27 мощностью 5 107 н/с.
В качестве гамма-спектрометра использовался ГАМС 2017 - сцинтилляционный гамма спектрометр с кристаллом NaI(Tl) диаметром 150 мм, высотой 150 мм и ФЭУ-167.
Характеристики ГАМС 2017 приведены на рисунках 3 и 4. На рисунке 3 представлена зависимость фотоэффективности п(Еу) в диапазоне от 22,59 кэВ до 4439 кэВ, где п(Еу), т.н. фотоэффективность, определяется как количество импульсов в пике полного поглощения отнесенное к количеству
Л(%)
1001-
80 60 4020
0^-1-1-
101 102 103 _ , „, 10'
Е(кэВ)
Рис. 3 Зависимость фотоэффективности ГАМС 2017
у-квантов пересекающих поверхность кристалла (площадь круга диаметром 15 см) при фиксированном расстоянии R = 75 см между источником и кристаллом. На рисунке 4 приведено энергетическое разрешение спектрометра ГАМС 2017 от энергии гамма квантов.
10
,-1.0
10'
0.0
Еу (МэВ) 101
Рис.4 Энергетическое разрешение спектрометра ГАМС 2017.от энергии гамма квантов
Таким образом, в предложенном методе при тестировании бетонной защиты выполняется измерения событий (число гамма-квантов) в диапазоне выше 2,5 МэВ и число гамма квантов с энергий 4,4 МэВ, как представлено на рис. 5.
Рис. 5 Спектр гамма квантов за бетонной защитой толщиной 1 м
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты измерения за 1 м бетонной защиты приведены на рисунках 6, 7, 8. На рисунке 6 приведена скорость счета в пике полного поглощения 4,4 МэВ в зависимости от смещения от оси источник-детектор. Источник смещался от оси «в лево» и «в право» на расстояние до 60 см, т.е. толщина бетона между источником и детектором изменялась от 100 до 117 см. Скорость счета в пике полного поглощения изменялась при этом от 6 до 2 имп/с. На рисунке 7 показана скорость счета в пике полного по-
глощения 4,4 МэВ в зависимости от расстояния источник-детектор. Видно, что хорошо соблюдается зависимость 1/г2. На рисунке 8 представлена зависимость скорости счета для событий с энергией поглощения выше 2,5 МэВ от расстояния источник-детектор за 1 м бетона. Видно, что так же хорошо соблюдается зависимость 1/г2 . Т.е. это доказывает, что соотношение событий полного поглощения 4,4 МэВ и событий с энергией выше 2,5 МэВ коррелируют между собой. При этом скорость счета для событий с 2,5 МэВ в 7 104 раз больше, чем для событий полного поглощения пика 4,4 МэВ.
Рис.6 Скорость счета в пике полного поглощения 4,4 МэВ в зависимости от смещения от оси
источник-детектор
п-1-1-г
120 140 160 180
Расстояние источник - детектор (см)
Рис. 7 Скорость счета в пике полного поглощения 4,4 МэВ в зависимости от расстояния
источник-детектор
Расстояние источник - детектор (см)
Рис.8 Зависимость скорости счета для событий с энергией поглощения выше 2,5МэВ от расстояния источник-детектор за 1 м бетона
С помощью программы MCNPX[3] выполнены расчеты плотности потока гамма квантов для геометрии, показанной на рис. 9. В бетоне толщиной 110 см, имеется полость диаметром 10 см. Расчет
проведен для случаев смещения полости от линии (источник - детектор 1) и различных глубин d залегания полости в бетоне.
Рис.9 Геометрия расчета эффекта полости. Результаты проведенных расчётов приведены на рисунке 10.
| 5 й и т- 5
X о н
а
н
и §
И
Ж о
Ж
г
а
о со
1.2Е 07
1.0Е-0*
8.0Е-08
6.0Е-08
5 4.0Е-08
«й с <
я 2.0Е-08 »
0ЯЕ+00
11 ус то та ДИ.11 не Т]) 01у: Ю с м
*** _
— — — — 01, — —
с (1 см
— п ус то" г
— — — — — —
ю :о зо 40
смещение от источника, см
50
60
Рис. 10 Плотность потока гамма квантов с энергией выше 2,5 МэВ: для случая, когда в бетоне пустоты нет, кода есть пустота диаметром 10 см, на глубине 30 и 80 см от источника
Независимо от расположения полости в толщине бетона, ее наличие хорошо фиксируется по измерению скорости счета в спектре выше 2,5 МэВ; при этом смещение детектора (от положения источника с противоположной стороны защиты) не критично (до расстояния 30-40 см) для фиксации наличия полости или неоднородности в защите. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Полученные экспериментальные результаты показывают возможность использования нейтронного источника для определения цельности биологической защиты из бетона.
Анализ результатов показывают, что для того чтобы качественно провести поверку бетонной защиты большой толщины данным методом, необходимо тестирования проводить в два этапа:
- определение кратности ослабления в защите (по кратности ослабления пика полного поглощения 4,4 МэВ) с длительностью измерения от 20 до 30-40 минут;
- сканирование биологической защиты для определения ее цельности (по изменению скорости счета от событий выше 2,5 МэВ), быстрые измерения 10..20 с.
В дальнейшем методика будет дополнена данными (полученными с помощью программ по расчету переноса излучения в веществе) для пересчета
кратности ослабления гамма квантов с энергией 4,4 МэВ к кратности ослабления гамма квантов других энергий, в том числе для спектра гамма-квантов от тепло-выделяющих сборок на АЭС (ТВС) , для сравнения с проектными значениями.
Список литературы
1. А.В. Деткина, М.А. Нехожин, С.В. Семеновых, Е.П.Ященко, М.С. Орлов/ Результаты работ по проверке сплошности биологической защиты защитной камеры отделения разделки ОТВС При-строя ХОЯТ Курской АЭС /III Международный ядерный форум "Безопасность ядерных техноло-
гий: культура безопасности на объектах использования атомной энергии", С.-Петербург, 9-13 сентября 2013 г. http://sosny.ru/publikaczii/viii-mezhdu-narodnyij -yadernyij -forum/rezultatyi-rabot-po-proverke-sploshnosti-biologicheskoj-zashhityi-zash-hitnoj-kameryi-otdeleniya-razdelki-otvs-pristroya-xo-yat-kurskoj -aes.html
2. Центр коллективного пользования «Радиобиологический стенд на углеродном пучке У-70»-www.ihep.ru/pages/main/6580/8769/index.shtml
3. Denise B. Pelowitz, MCNPX User's ManualVersion 2.6.0, April 2008 LA-CP-07-1473
ГИДРОАППАРАТ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ШТОКА _ГИДРОЦИЛИНДРА._
Джылкычиев Аскарбек Исаевич
доктор технических наук, профессор, Кыргызско-Российский Славянский университет им. Б.Н.Ельцина,
Бекбоев Алтымыш Рысалиевич Кандидат технических наук, доцент Кыргызского государственного технического университета им. И.Раззакова,
Джылкычиев Мирлан Кубанычбекович, Аспирант Кыргызского государственного университета строительства,
транспорта и архитектуры им. Н.Исанова, DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.2.61.11 HYDROAPPARAT FOR THE TRANSFORMATION OF SPEEDS MOVEMENT OF THE
HYDROCILINDER ROD.
Dzhylkychiev Askarbek Isaevich,
Doctor of Technical Sci., Professor, Kyrgyz Russian Slavic University named after B.N. Yeltsin,
Bekboev AltymyshRysalievich, Candidate of Technical(Cand. Sci. (Tech.)), assistant professor of Kyrgyz state of technical university named after I.Razzakov, Jylkychiev Mirlan Kubanychbekovich, Assistant, Kyrgyz state university of construction, transport and architecture named after N. Isanov,
АННОТАЦИЯ.
В данной статье рассматривается гидроаппарат для преобразования скорости перемещение штоков гидроцилиндров, с целью повышения производительности гидрофицированных машин и оборудований циклического действия при постоянном расходе жидкости источника гидравлического питания. Представлена принципиальная гидравлическая схема и конструктивное исполнение основного и управляющего каскада гидроаппарата для преобразования скорости перемещение штока гидроцилиндра с плоскими мембранными запорно-регулирующими элементами.
Разработанный гидроаппарат с плоскими мембранными запорно-регулирующими элементами позволяет за счет дифференциальной схемы подключения исполнительного гидроцилиндра к гидросистеме управления, повысить скорость выдвижения штока исполнительного гидроцилиндра, при фиксированном значение расхода источника гидравлического питания.
ABSTRACT.
This article discusses a hydraulic device for converting the speed of moving hydraulic cylinder rods in order to improve the performance of hydraulic machines and equipment of cyclical operation with a constant flow of fluid from a hydraulic power source. A basic hydraulic scheme and design of the main and control cascade of the hydraulic unit for converting the speed of the movement of the hydraulic cylinder rod with flat diaphragm valves are presented.
The designed hydraulic device with flat diaphragm shut-off and regulating elements allows, due to the differential scheme of connecting the actuating hydraulic cylinder to the hydraulic control system, to increase the speed of extension of the actuator hydraulic rod, at a fixed value of the flow rate of the hydraulic power source.
Ключевые слова: гидропривод, гидроцилиндр, шток, преобразователь, плоская мембрана, мощность, гидравлический аппарат.
Key words: hydraulic drive, hydraulic-cylinder, stock, transformation, flat membrane, power, hydraulic apparatus.
