Моноэнергетический источник нейтронов
Сущность изобретения: нейтронный источник, представляющий собой радиоактивную сурьму, заключенную в оболочку из бериллия, размещают в слое железа. Для повышения моноэнергетичности источника и получения возможности управления отношением интенсивностей нейтронного и фотонного излучения толщину слоя железа x выбирают из условия x = (ln k/ko)/(н -
ф), k = Iн/Iф,
, где
- интенсивности нейтронного и фотонного излучения на входе в слой железа и на выходе из него,
н,
ф - полные макроскопические сечения взаимодействия нейтронов и фотонов с железом, A - активность сурьмы, P - вес бериллия, зависящий от толщины слоя бериллия, K
- выход фотонов при радиоактивном распаде сурьмы, Kн - выход нейтронов при взаимодействии фотонов с бериллием. 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для генерации ионизирующего излучения, обладающего совокупностью определенных свойств, например моноэнергетичностью, высокой интенсивностью, низким фоном сопутствующих излучений. Известен фотонейтронный источник на системе сурьма-бериллий (Sb-Be) для получения тепловых нейтронов. Источник помещался внутрь водяного замедлителя и позволял получать плотность потока тепловых нейтронов Ф 106-107 нейтр/см2с. Устройство окружалось свинцовой защитой
25 см, при этом на расстоянии 1 м от устройства плотность потока фотонов составляла Фф
5 -108 фотон/см2с. Недостатком устройства является то, что спектр нейтронов лежит в интервале 0,00253 эв - 23 кэв, т.е. нет моноэнергетичности, а также высокий фон фотонов Фф/Фн
102. Известен источник нейтронов для получения квазимоноэнергетических нейтронов с энергией Ем = 24,3 кэв. Устройство содержит реактор ВВР-М, из которого выводится пучок нейтронов. Для выделения линии 24,3 кэв используется фильтр из слоев железа - 25 см, алюминия - 35 см, серы - 6,5 см. Интенсивность нейтронов за фильтром Iн
107 нейтр/с. Недостатком устройства является отсутствие монохроматичности, так как на фильтр падает непрерывный спектр нейтронов и необходимо подавлять нейтроны, проходящие через другие минимумы в сечении взаимодействия желза с помощью алюминия. Однако и в этом случае на выходе из фильтра в спектре нейтронов кроме линии 24,3 кэв присутствуют линии 72 кэв, 135 кэв, 279 кэв. Кроме того, присутствует жесткое фотонное излучение реакторного спектра. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является источник нейтронов с энергией Ен = 24
2,2 кэв на системе сурьма - бериллий. Устройство содержит цилиндр из сурьмы, который окружен бериллиевым кожухом, поэтому имеется возможность включать и выключать источник, снимая кожух. Источник позволяет получить интенсивность нейтронов Iн -107 нейтр/с на 1 кюри активности сурьмы. Интенсивность фотонов Iф
2
1010 фотон/с. Недостатком известного устройства является уменьшение его моноэнергетичности, так как вследствие замедления на бериллии нейтроны теряют в среднем
18% энергии, а также существует разброс по энергии в зависимости от угла вылета фотонейтронов относительно направления фотонов, взаимодействующих с бериллием. Кроме того, устройство имеет высокий фон фотонов, так как Iф/Iн
2
103. Цель изобретения - устранение указанных недостатков, а именно увеличение моноэнергетичности и управление соотношением нейтронного и фотонного излучения источника. Указанная цель достигается тем, что в моноэнергетическом источнике нейтронов, включающем сурьму, окруженную слоем бериллия, система сурьма-бериллий окружена слоем, при этом изменяют толщину слоя бериллия и железа, а толщину определяют из расчетных соотношений. На фиг. 1 представлен моноэнергетический источник нейтронов; на фиг. 2, 3 - сечение взаимодействия нейтронов с железом (Fe) - естественная смесь изотопов и бериллием (Ве); на фиг. 4 - то же, с изотопом железа (Fe56). Устройство содержит источник фотонов - сурьму 1 в форме цилиндра, источник фотонейтронов - бериллий 2 в форме цилиндрической трубы, фильтр нейтронов - железо 3 в форме стакана, в который помещают систему сурьма 1 - бериллий 2 и закрывают пробкой 4 из железа 3. Источник фотонов - сурьма 1 представляет собой смесь радиоактивных изотопов сурьмы Sb122 и Sb124. Изотоп Sb122 имеет период полураспада 2,74 дн, Sb124 - 60,3 дн. Изотоп Sb124 за счет
50%
-распадов переходит в возбужденное состояние теллура Те124, излучающего при переходе в стабильное состояние фотоны с линейным спектром Е1 = 0,603 Мэв (98,2%), Е2 = 0,723 Мэв (11,1%), Е3 = 1,691 Мэв (48,3%), Е4 = =2,091 Мэв (5,7%). Спектр фотонов при распаде Sb122: Е5 = 0,564 Мэв (73%), Е6 = 0,693 Мэв (3,6%). Фотоны с энергией Е3 = 1,691 Мэв и Е4 = 2,091 Мэв, взаимодействуя с бериллием 2, вызывают фотонейтронную реакцию, порог которой Е = 1,665 Мэв. При этой реакции образуются нейтроны с энергией Е1 = 23,1
1,3 кэв, Е2 = 378
6,6 кэв и соотношением интенсивностей I1/I2
8,5, которые фильтруются железом 3 с помощью интерференционного минимума при Е = =24,6
2 кэв в сечении взаимодействия нейтронов, а также резонансной областью ниже 400 кэв, так что на выходе остается линия Е
24 кэв. Одновременно железо 3 ослабляет фотонное излучение линейчатого спектра. Пробка 4 закрывает систему сурьмы 1 - бериллий 2 в стакане из железа 3. Форма пробки 4 позволяет избежать прострела излучения вдоль пробки. Управление соотношением нейтронного и фотонного излучения осуществляют толщиной слоя бериллия 2 и слоя железа 3 при заданной активности сурьмы 1. Действительно, в модели "узкой" геометрии Iн= Iноl
;; Iф= Iфоl
; , где Iно, Iфо, Iн, Iф - интенсивность нейтронного и фотонного излучения на входе и выходе из слоя железа,
1,
2 - полное макроскопическое сечение взаимодействия нейтронов фотонов с железом, Х1 - толщина слоя железа, тогда X1=
;; (1) К = Iн/Iф, Ко = Iно/Iфо, (2) причем Iфо = K
А, Iно = Кн
А
Р , (3) где А - активность сурьмы, Р - вес бериллия, K
- выход фотонов при радиоактивном распаде сурьмы, равный 0,5 фотон/распад, Кн - выход нейтронов при взаимодействии фотонов с бериллием, равный 1,9
105нейтр/с
кюри
г. В цилиндрической геометрии вес бериллия Р можно представить в виде Р =
НХ2(2R1 + X2); (4) R1=
, (5) где
,
1 - плотность бериллия и сурьмы, Н, Х2 - высота и толщина цилиндрического слоя бериллия, R1 - радиус цилиндра из сурьмы, А, КА - активность и удельная активность сурьмы, равная 1,75 кюри/г. Таким образом из (1)-(5) следует, что, изменяя Х1, Х2, можно управлять Iно и К при заданной активности А сурьмы. За базовый объект сравнения целесообразно принять устройство, выбранное в качестве прототипа. Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с базовым заключается в высокой моноэнергетичности нейтронного излучения, регулировании интенсивностью и соотношением нейтронного и фотонного излучения.
Формула изобретения
МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ, содержащий радиоактивные изотопы сурьмы, заключенные в оболочку из бериллия, отличающийся тем, что, с целью увеличения моноэнергетичности источника и управления соотношением нейтронного и фотонного излучения, система сурьма-бериллий окружена слоем железа, толщина которого определяется из соотношения x =
k=Iн / Iф ,
ko=Iнo / Iфо ,
Iно = kн


Iфо = K


где x - толщина слоя железа;
Iно, Iфо, Iн, Iф - интенсивности нейтронного и фотонного излучения на входе и выходе из слоя железа;


A - активность сурьмы;
P - вес бериллия, зависящий от толщины слоя бериллия;
K

Kн - выход нейтронов при взаимодействии фотонов с бериллием.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002
Извещение опубликовано: 20.05.2002