Моделирование характеристик многомодульных детекторов нейтронного излучения

• Автор: Деденко, Григорий Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Глава 1. Физика взаимодействия излучения с веществом. Математическое моделирование

1.1 Поля излучений

1.2 Нейтронное излучение делящихся материалов

1.3. Нейтроны в космосе

1.4 Детектирование нейтронного излучения

1.5. Методы идентификации и диагностики радиоактивных материалов по нейтронному излучению

1.6. Аппаратура, применяемая для регистрации потоков нейтронов

1.7 Исследуемая Аппаратура

1.8. Необходимость моделирования

1.9 Моделирование методом Монте-Карло

1.9.1 Теория и характеристики метода

1.9.2 Метод Монте-Карло в задаче взаимодействия излучения с веществом
1.10 Примеры моделирования аппаратуры
1.10.1 Программа MCU-RFFI/2
1.10.2 Программа «ПРИЗМА»
1.10.3 Программа GEANT
1.11 Программа MCNP-4C
1.12 Программа NEDSUM
1.13 Выводы
Глава 2. Типы моделируемых устройств
2.1 Метод регистрации нейтронов
2.2 Технические характеристики прибора МДШ
2.3 Технические характеристики прибора «Рябина-4П»
2.4 Выводы
Глава 3. Алгоритм программы NEDSUM
3.1 Описание программы
3.1.1 Модель системы детекторов
3.1.2 Алгоритм NEDSUM
3.2 Выводы
Глава 4. Результаты расчетных экспериментов, проведенных с помощью
программы NEDSUM
4.1 Тестирование программы
4.1.1 Исследование программы на основе результатов расчетов проведенных во
ВНИИТФ
4.1.2 Исследуемые приборы типа МДН1
4.1.3 Тестирование программы на основе эксперимента с радионуклидным источником 252Cf проведенного в НИ И ИТ
4.1.4 Тестирование программы на основе экспериментальных данных с моноэнергетическими нейтронами
4.1.5 Проверка программы NEDSUM-2 на основе экспериментов с радионуклидными источниками, проведенными в МИФИ и ВНИИТФ
4.2 Расчет функции отклика детектора «Рябина-4П»
4.3 Исследование отклика прибора МДН1 на поток нейтронов от точечного изотропного источника
4.3.1 Перемещение источника вдоль лицевой грани детектора
4.3.2 Перемещение источника по окружности относительно центра детектора
4.4 Исследование отклика прибора МД111 на скрыто-провозимые делящиеся материалы
4.4.1 Расчет функции отклика от источника 252Cf в полиэтиленовом шаре
4.4.2 Вероятность обнаружения делящихся материалов в стандартных транспортных контейнерах при помощи МДН1
4.5 Выводы
Глава 5. Предложения по модификации и совершенствованию приборов МДН
5.1 Совершенствование конструкции многослойного детектора
5.1.1 Уменьшение толщины заднего слоя полиэтилена
5.1.2 Уменьшение количества счетчиков, повышение давления
5.1.3 Улучшение расположения счетчиков в полиэтилене
5.2 Исследование чувствительности прибора МД112 к нейтронам спектра деления (252Cf) и нейтронам отРи-а-Ве источника
5.3 Предложения по дальнейшему совершенствованию приборов тина МД11
5.3.1 Моделирование функции отклика нейтронного детектора для счетчиков различных диаметров
5.3.2 Расчет функции отклика многодетекторного комплекса
5.4 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Описание алгоритма (моделирование точечного источника)
СОКРАЩЕНИЯ
мдн — Многослойный детектор нейтронов
ИНГ — Импульсный нейтронный генератор
ОС — Орбитальная станция
ЭВМ — Электронно-вычислительная машина
исис — Информационная система сбора данных
ЭСУ — Электростатический ускоритель
дм — Делящиеся материалы
РМ — Радиоактивные материалы
ппд — Полупроводниковый детектор
ям — Ядерные материалы
ИККА — Измерительно-контрольный комплекс аппаратуры
лек — Лабораторная система координат
иск — І Іейтронная (система, связанная с нейтроном) система координат
ецм — Система центра инерции
Глава 2. Типы моделируемых устройств
Как было указано выше в главе 1, в рамках выполнения диссертационной работы для проведения численных экспериментов были выбраны устройства, основанные на регистрации тепловых нейтронов. Рассматривались пятислойный детектор нейтронов первого поколения МДН1, в двух модификациях МДШ.01 и МДШ.02, отличающихся толщинами замедляющих слоев (детально отличие модификаций описано в параграфе 3.2.2), пятислойный детектор нейтронов второго поколения МДН2, в создание которого диссертант внес существенный вклад, и двухслойная модель «Рябина-4П». Пятислойные детекторы предназначены для предотвращения несанкционированного провоза ЯМ и ДМ, а двухслойная модель для исследования нейтронных полей в космосе и определения направления на предполагаемый источник нейтронов искусственного происхождения.
Ниже кратко рассмотрены физические процессы, происходящие при регистрации нейтронного излучения, и приводятся технические характеристики моделируемых приборов класса МДН.
2.1 Метод регистрации нейтронов
Метод регистрации нейтронов исследуемыми приборами основан на замедлении быстрых нейтронов и последующей регистрации тепловых нейтронов гелиевыми счётчиками, работающими в режиме пропорционального разряда. Быстрые нейтроны источника в результате упругих столкновений с атомами вещества замедлителя уменьшают свою энергию до тепловых значений, и часть из них захватывается ядрами 3Не в рабочем объёме гелиевого счётчика. В результате ядерной реакции 3Не(п,р)3Т образуется протон р и тритон 3Т, суммарная кинетическая энергия которых равна 0,76 МэВ. Продукты реакции захвата р, 3Т вызывают электрический разряд в газе счётчика, который регистрируется электрической схемой.
Регистрация электронов и гамма-излучения исключается подбором порога дискриминатора амплитуды импульсов, поступающих с гелиевого счётчика. Протоны и другие ядра, проникающие в газовый объём счётчика, могут быть зарегистрированы при условии, что создаваемая ими ионизация сравнима с ионизацией р и 3Т, образовавшихся в результате реакции захвата нейтрона [82].