Способ определения абсолютного содержания урана и спонтанно делящихся изотопов трансурановых элементов

 

450568

Союз Советских

Социалистических

Ресоублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-Ву— (22) Заявлс((0 28.05.73 (21) 1922797J26-25! (5 ) II т " 6 01 п 23 00

I (53) УДК 550.835 (088.8)

1 с !!рпсоедииепием заявки— косулей;тоо(!нь(й комитет (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень М 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.82 оо лоло(и изобретений н о> крытнй (72) Авторы изобретения Г. М. Тер-Акопьян, А, 1. Попеко, М. П. Иваиol3, 3. Г. Суббстии и М. С. Бирулев

Объединенный институт ядерных исследоваиий (71) Заявитель (54) СПОСЭБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО

СОДЕРЖАНИ(Ч ".,-.- НА И СПОНТАННО ДЕЛЯЩИХСЯ

ИЗОТОПОВ ТРАНСУРАНОРУХ ">ЛЕ11ЕНТОР т. д.).

1 >зсбрстспi:с относится тс" кс 2 2i pn I 2 i! C:т-с.(-. .i!iio

I 5111(ii.">.C5(1(3;" OHOB I. СК > ÑÑÒ«Ñll! I i-l. . !1: l С.>" >(l!ОВЬ! Х ЭЛС. i C:(TOÂ В „ 2:3!! СООР 2:-: l i 1: ООЪЕК— (52х I! 120.ë CT Oыть 1!C Iî lli«0«21, l I" !СрсР200 (-с ТР 1 ОВЬ(х -, -! - 1;и и >О !:. i (с i

УР (111"-, (1, !Р",! 1!>; CIIOIIT2IIII;i .(СЛЯ!,1 I >!:,! С;,ICIlT0>, 1 Р!(Ра,ВС >КС МСС 0 On>," 1; ;й, 12ПОВЫХ РУД, 2 Т2К>КС В ТСХ C;I> "125!Х, 1 ;ОГ.. :1 шихся элсмситсв исдопустимс разру .спасе (ТЕПЛОВ!>1, !C„IЯЮ(ЦИС Э, : (С! .Т«i ЯДС 1(l. .:; рсактороч, метеориты, жпв " сбъскть(и

1 (звсстсп ряд способов;:i!2, ;!!32 1Ä ур(и: колор((мстр(;чески((, весовой, С.(сктро(рстомстр(! !ески1(, пслярографп:сский. люмипссцсптпый, альфа-радиомстр>иiccê(;!1, э. 2пациопный. Вce пере-(ислсцпыс способы и.,leioT исдостатки: кс. ориметрп (сскпй и весовой — низкую чувствптельностl>, эмапационный применим только и образцам, в которых уран находится в равновсс!(и со своими продуктами распада. Все способы фактически требуют уничтожения обра-:.;03, трудоемки, требуют применения Высо оквалифицированного труда, псвозможио пх применение в HOKQTophlx специфических

СЛ»(. :Л. :,l!2Ï 2...CÎ СПРСД ЛСВПЕ Х РаНа В

; 112 lO1 Il>ill!>IC IlC;IOCT2TIIII П;!ПCX 1! ;,l: ТпК- .—,:-.СC, 1::.>Di С:.ОСС02;i ОПР "C.;С,(ПЯ СПСП0 (ел 5.гц!1 .,- п.,стопов 1-,",. с г;-- п(ы; тnn,.:,,.:,;, 0«!.i элс (с;(тов.

От (.>-(Сх I;.".; - с 1 >I;,;> - 1>c-;э -2-;0

03000: 11 Сп. Ссб О 10(-,(С(1:151 > 021 . . !t ль> I

2-22,T((021iT! I !1!>!. элс Iсii ; 3 10 с .:и;с>(>

КО, . (1 С :ТВ > !101> !>Сцс -,;(С(!", "К;1С>1 >! Х,>0023цом.

О (,1! 2 :> Тс IIOCT(> ЭТОгэ и" ."0 i > пп31 .2.

ЗТО С >»3(! !О С TC:>I. В(ТО В!>IХЭ (1 ..:!Тс,l!!0(1! .>(2тсР! . л а х, сслспжаши 13 Дпса! .T!1(>11()lc элс. (с(:ть;, СВ5(зап с несколькпмп процссса. 1!., Вы хо.! псйтрспов от ядер(;>-гх рсаl;11!(i, (П, il) И (>, 11) - Тпl(ОВ 32ВПСПТ ОТ ХП .>(ИЧСского состава о(;разца, его::пкрсструктуры, влажности и т. д. Выхо.(исйтроцо(СПОПтаИИОГO ДЕЛСИ(Я И ЗаиаЗДЬгпаЮЩП., нсйтропов мо:::ст быть одиозна шо связан с содержанием спонтанио деля lllIxc51 элемситов. Раз,слснпе общего псйтроцногс потока, исг!ускас;;Oãî образцс.;(, иа компоненты нс моокст 0 .(ть выполнено достаточно точно и однозначно, что ограничивает приI(CIIC(lие п23ваипсго С70СО02 Только IICбольшим количеством спецпальпых слу

ЗО чаев., аб.! ll и а

Счет событий за 1 ч Совер>!са-! пие г ! ! ! !

Изотоп. со,!Ср>ка ш!!йс!! в образце

II 11!

1 Р38

Ри2!2

Сп!e - ! f252

290, 30

0,04

О,1

0,1 5

0,7

2,5 10

25 10

25 ° 10 12

1,3

2,2

2,7

43о

760

130

Согласно изобретени1о для искл очсния неточности при определении спонтанно делящихся изотопов по измерению и-"итроиHI-Ix потоков, связанной с нсйтроьп!ыми потоками от (а, и) - и (у, и) -реакци: ., и расширения возможностей применения способа предлагается измерять ту часть нейтронного потока, которая связана со спонтанным делением.

При делении атомного ядра испускается различное число -нейтронов. Набор вероятностей Р(v) испускания различного числа нейтронов О, 1, 2, 3... и величина среднего числа нейтронов v, испускаемых в одном акте раепада ядра, специфичны для каждого спонтанно делящегося изотопа. Например, для изотопов

Ums 2,00 1- 0,03

Pu 4 v2,141+ 0 009

Cm 44 ч 2,69+. 0,01

СР" v 3,756+ 40,012

В ядерной физике для определения ве.личин P (v) и v применяются специальные установки.

Аналогичные установки можно исполь:зовать для выделения части нейтронного потока образцов, вызванного спонтанным делением.

Такое выделение основано на том, что в строго опрсделенной для каждого изотопа доле спонтанных делений испускается более одного нейтрона.

Регистрируя события, когда из образна за определенный короткий промежуток времени испускаются два или более нейтронов, можно определить часть потока, вызванную спонта IHbIM делением.

Уран является единственным природным спонтанно делящимся элементом. Псэто.,!у определение предложенным способом;сйтронов деления означает определение урана для всех образцов, в которые нс âllосилисъ искусственные трансурановые элсм-.иты.

Предлагаемым способо :1 lÄо> ю опр;"icлять содержание искусственных crli итаi го делящихся элементов в сбразца c сс, !Ор>!Сащих уран. Точность опрс, лен:!я .=;", cр,;—

HHH H30ToII2 Ters BbllIIe, Ie!! бс I!»l! с v 11 ч": больше вероятность споиташюго д лени!1:.

Например определение калифорния в смеси с ураном возможно с высокой точностью, так как вероятность споита!шсго деления калифорния в 10 4 раз выше, чем у урана, :> большоЙ доле спонтанных делений калисрорния испускается 4 и более нейтронов.

Бсроятность испускания четырех li более нейтронов при спонтанном делении калифорния P(v> 4) = 35,,, для спонтанного деления урана такие ссбытия маловероятны:

P() 4) = 5 " о

Определение содержания спонтанно делящихся изотопов, находящихся в сложных смесях, без привлечения сведений о качественно>! составе смеси затруднено сложными вычислениями.

Предел чувствительности предлагаемого способа зависит от фона нейтронов, возникающих в образце при воздействии на него космических лучей. В реакциях, вызываемых космическими лучами, так же, как и при спонтанном делении, испускается несколько нейтронов. Космический фон может быть уменьшен или сведен к нулю путем размещения аппаратуры в защищенных помещениях (бетонная защита, шахты).

Предлагаемый способ определения содержания урана и спонтанно делящихся изотопов трансурановых элементов апроби30 роьан в лабораторных условиях.

Детектор нейтронов иа ocI!C c пропорциональных счетчиков, наполнеипь.i Нс, рассчитан иа регистрацию замедлеш ых нейтронов, вь!летающих из исследуемого обра:ца, по.;!Сщасмого в чувствитсльну!с полость детектора. Эффективность регистрации исйтроиов е 20о1!а, срсдпес время жизни нейтронов в;:стскторс т 70 мкс, Об»ьсм;у,cTBIIтельной полости детектора V I,ë.". Электронная схема отбирает такие события, ког:Ia за кс1>сткий интервал времен;! (Т =- 5т =

== 330 мкс) регистрируется исс1ссль "n ней .>0!-000 !Иа -1 оотгl,° 1»» (11) тчи зс>и и! с (111) и т. д. Для умсиь1. ":! .III ij>О1 . . космических лучей установка иоз!с!.,;. l "я р а .. Ип. Ii hi r;I),5>II Иы I;0 l, зсз; - >

В табл. 1 rpèÂÎäÿTc51, :,аl. Hl. ñ О c < ipÎcTII

;чета собь|тий разной кратности для образцов, содержащих различные спонтанно,„еЛЯЩИЕС>! H3OTOIII>1.

450508

Сравнивая скорость счета событий от эталона и исследуемого образца, можно определить содержание изотопа в образце.

Точность определения зависит от статистической ошибки числа зарегистрированных событий. Систематические погрешности, например, зависимость эффективности регистрации нейтронов от состава образца могут быть легко учтены путем проведения соответствующих калибровочных измерений.

Фон(, вызванный космическими лучами, зависит от порядкового номера элементов, Таблица 2 ( (Глубина водного эквивалента, м лля алюминия 25 кг для свинца 1(0 кг

Характеристика помещения

1 III

IV!

0,2!

0,5

0,1 0,3

Лаборатория бетонная, толщина 4 ы

Шахта, глубина 30 м

Соляная шахта, глубина 130 м

Соляная шахта, глу- 1 бина 430 и

0,1

0,01

0,1

0,1

6,6

0,9

0,4

0,15 (,01 1 0,01

0,01

0,01

0,03

320

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

1100

Таблица 3

l

i.л с l

1! эис"- Cm - * !

С:и--

3, 10

6 10

3 10

10 — -

3.10

:(" 1,1-10 0 —,.: С вЂ” - 10 — "-!

О 4 10

- - .в 1(> — 13

1,6. .0

4 10

5 10

8,5 10

10

3. I 0--"-0

4 10 ,3 10 f

:,0плутония и в смеси Cm + СР" возможно

20 опредслсш:с 4 10 — "э калифорния на фоне кюри я.

1!змсрення с описанной установкой позволяют оценить чувствительность предлагаемого метода прн определении урана в среде, окружающей детектор нейтронов, Сравнивая результаты, приведенные в табл. 1 и 2, можно оце(шть предельное количество того или иного спонтанно делящегося изотопа, которое обнаруживают в различных условиях. 3а предел чувствительносTH принимают такое количество изотопов, Для большинства практн<(сок;(х целей достаточна защита из бетона то:11цино!1 4 м.

Измерен1!я HB гл бине 1100 х1 вод110го эквивалента показывают, что пред:л чувствительности Определястс>1 !Ie (ионом косм н Iсских лучей, а необходимостью через.i!ep((o!.o увеличения времени измерения нз-за низкой скорости счета событий.

Измерения по описанной выше методике показывают, что возможно определение в смеси изотопов Рп- 4Я в количестве 10 по

ОтНОШЕНИ1О К УРаНУ И CmРз" В КОЛИЧЕСТВЕ

10 % по Отношению к урану. Из этих данных следует, что в смеси уран+ калнфорний возмоякно определение СР" в количестве 4 10 — "%, в смеси PII" + Cm244 возможно определение 10 — % кюрия на фоне входящих в образец, и от глубины погружения установки под землю. В качестве модели образца из тяжелых элементов изучался свинцовьш блок Z 82 весом 100 кг, а в ка5 честве модели образца, состоящего из легких элементов — алюминиевый блок Z 13 весом 25 кг. Измерения проводились с применением системы из гейгеровских счетчиков, расположенных над детектором и включенных с ним в схему антисовпадений.

Результаты этих измерений приводятся в табл. 2.

Счет фоновых событий за 1 ч которому соответствует скорость счета событий, равная фону от космических лучей.

15 В табл. 3 приводятся данные о пределах чувствительности для образца из тяжелых и ",åãI4I!ê элементов.

Оценки выполнены в предположениях, что глубина скважины )10 м, т. е. фоном космических лучей можно пренебречь; а граница .увствительности определяется минн:I .0ëüíî допустимой с14арость(о счета, равной одному двойному событшо 3;1 1 ч.

При нспользовагпш детектора нейтронов длиной 0,5 м в окружающей его породе может быть обнаружено 5. 10 % урана, для детектора длг(ной 1 м — 2,5 . 10 — %.

450508

Формула изобретения

Техред И. Пенчко Корректор С. Файн

Редактор П Горькова

Заказ 257/157 Изд. ¹ 120 Тираж 883 Подписное

HIIQ «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»

Способ определения абсолютного содержания урана и спонтанно делящихся изотопов трансурановых элементов путем измерения нейтронных потоков из образцов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения спонтанно делящихся изотопов, расширения возможностей применения епособа, а также обеспечения селективности определения конкретных изотопов, измеряют часть нейтронного потока, вызванную спонтанным делением, путем регистрации событий, характеризующихся испусканием из образца за промежуток времени менее 10 — с двух или более нейтронов.