Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

презентация 4х3 улыбкин_18.10.2017

57 views

Published on

презентация 4х3 улыбкин_18.10.2017

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

презентация 4х3 улыбкин_18.10.2017

  1. 1. РАДИАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПТОНОВСКОГО ДПЗ С ЭМИТТЕРОМ ИЗ ГАФНИЯ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ НЕЙТРОНАМИ И γ-КВАНТАМИ Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Институт физики твёрдого тела, материаловедения и технологий, 61108, Харьков, Украина a.ulybkin@gmail.com Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О.
  2. 2. ПЕРСПЕКТИВЫ В ИЗМЕНЕНИЯХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТОРОВ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 1 Для украинской атомной энергетики в качестве вариантов решения задачи более эффективной эксплуатации ядерных реакторов предполагаются изменения условий работы в части:  Увеличения длительности топливных кампаний  Повышения уровня выгорания топлива  Уменьшения неоднородности профиля энерговыделения Всё это ставит под вопрос применимость существующих систем контроля и управления активной зоны. Без развития контрольно-измерительной базы дальнейшее продвижение невозможно.
  3. 3. ЗАДАЧИ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. Разработка комптоновского ДПЗ с эмиттером из металлического гафния 1 Расчёт потока электронов, образующихся в детекторе 2 Исследование рабочего ресурса гафния при взаимодействии с тепловыми и резонансными нейтронами АЗ реактора 3 Экспериментальная проверка детектора4 2
  4. 4. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДПЗ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. Схема электронно-эмиссионного ДПЗ: 1 - эмиттер, 2 – изолятор,3 – коллектор 4 – измеритель тока 3 𝐇𝐟𝒊+n → 𝐇𝐟𝒋 ∗ Захват нейтрона в реакции (n,γ) и образование составного ядра 𝐇𝐟𝒋 ∗ → 𝐇𝐟𝒋+γ Разрядка составного ядра посредством излучения γ–кванта(-ов) Взаимодействие γ–квантов с атомами материалов детектора [1]
  5. 5. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДПЗ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 4 Схема распада возбуждённого состояния составного ядра 179Hf (пунктир) из реакции захвата нейтрона изотопом 178Hf: 72 178 𝐇𝐟 + 0 1 𝐧 → 72 179 𝐇𝐟∗ [2] Мгновенное (красный) и запаздывающее (синий) γ–излучение при делении ядер топлива
  6. 6. РАСЧЁТ ПОТОКА γ-КВАНТОВ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 5 Поток γ-квантов φγ(t) из эмиттера (Hf) определяется:  количеством атомов N гафния и его изотопным составом  cечениями σi радиационного захвата нейтронов атомами изотопов  cредним числом γ-квантов ki, которые испускаются составным ядром, образовавшимся при захвате нейтрона i-м изотопом гафния.  γ Н i i i i φ (t) = Φ σ N (t) k
  7. 7. РАСЧЁТ ПОТОКА ЭЛЕКТРОНОВ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 6 Поток электронов, образуемых при поглощении γ-квантов в материале ДПЗ равен  e   Ф Кγ Пφ(t) = φ (t) μ + μ + μ ρ x μi – массовые коэффициенты поглощения γ-квантов [см2/г]; ρ – массовая плотность материала [г/см3]; x – толщина материала [см].
  8. 8. РАДИАЦИОННЫЙ ПЕРЕДЕЛ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА Hf Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 7 Упрощённая схема превращений изотопов Hf в потоке тепловых и резонансных нейтронов [3] Изменение изотопного состава гафния в потоке нейтронов АЗ ВВЭР-1000. Изотопы с большими значениями cечений σi и резонансных интегралов Ii выгорают быстрее
  9. 9. СПОСОБНОСТЬ ГАФНИЯ ПОГЛОЩАТЬ НЕЙТРОНЫ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 8 Накопление 181,182,183Ta и 182,183,184W влияет на способность материала эмиттера поглощать нейтроны (γ = 0,05;0,1;0,2;0,5 – расчёт из работы [4]). Σ(t)=σi•Ni – макроскопическое сечение захвата нейтронов [5]
  10. 10. АТОМЫ-ПРОДУКТЫ В МАТЕРИАЛЕ ЭМИТТЕРА Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 9 Генерация атомов-продуктов трансмутации в природном гафнии при облучении нейтронами в АЗ ВВЭР-1000 [6]
  11. 11. ИСПЫТАНИЕ МАКЕТА ДЕТЕКТОРА Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 10  Имитационные испытания показали работоспособность детектора в режиме монитора вторичной эмиссии  Облучение проводилось в поле тормозного излучения ускорителя электронов  Уровень полученного сигнала хорошо согласуется с расчётным значением: ≈80 мкА (расчёт) и ≈20 мкА (эксперимент) Схема облучения макета комптоновского ДПЗ с эмиттером из металлического гафния
  12. 12. ВЫВОДЫ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 11 Использование гафния в системах контроля и управления АЗ реактора является перспективным в качестве материала регулирующих стержней и эмиттеров комптоновских ДПЗ Перетекание изотопов гафния друг в друга и компенсация поглощающих свойств за счёт накопления трансмутантов (W и Ta) положительно сказываются на работоспособности и сроке службы детекторов и управляющих стержней Имитационные испытания макета комптоновского детектора с эмиттером из металлического гафния показали хорошее согласие полученного значения токового сигнала с расчётным
  13. 13. ЛИТЕРАТУРА Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 12 1. К.Н. Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Т. 1. Физика атомного ядра. М., Энергоатомиздат, 1983. 2. Ядерные данные: Сборник результатов измерений гамма-излучения, возникающего при захвате тепловых нейтронов. Часть III от Z = 68 до Z = 94 (от Er до Pu). М.: «Атомиздат», 1970, 431 с. 3. Н.Г. Гусев, П.П. Дмитриев, Радиоактивные цепочки. Справочник. –М., Атомиздат, 1978. – 88 с. 4. А.Д. Галанин. Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах. – М., Энергоатомиздат. 1984. – 416 с. 5. 4. Ю.В. Стогов. Основы нейтронной физики: Учебное пособие. М.: МИФИ, 2008, 204 с 6. Основы разработки нового комптоновского детектора нейтронов прямого заряда для активной зоны ядерного реактора ВВЭР-1000: Препринт ХФТИ 2017-2 / Б.А. Шиляев, А.Л. Улыбкин, А.В. Рыбка, В.Е. Кутний, К.В. Ковтун. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2017. - 45 с 7. Ю.И. Володько, Ю.В. Гарусов, О.К. Егоров и др., Испытания комптоновских детекторов нейтронов с эмиттером, содержащим гафний в реакторах РБМК. – Атомная энергия. т. 62, вып. 6 (1967) 407–409. 8. Г. Кесслер. Ядерная энергетика. М.: «Энергоатомиздат», 1986.
  14. 14. Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. 13 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!
  15. 15. МГНОВЕННЫЕ И ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ γ-КВАНТЫ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +1
  16. 16. ЗАДЕРЖКА СИГНАЛА АКТИВАЦИОННОГО ДПЗ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +2  образование γ γσ + γIλ = Φ  1 2- - 0 = e - eλ t λ t1 2 1 N λ N λ - λраспад 1 2ln2= Tλ             1 2 2 2 3 1 1 0 2 1 0, -λ t -λ t -λ t Φ Φ Φ N λ N = e - e + e N λ - λ N   2 3,           1 2 2 1 1 0 2 1 0 -λ t -λ t -λ t Φ Φ Φ N λ N = e - e + e N λ - λ N    1 1 1 2 1 1 2 2 d = - d d = - d - d N λ N t N λ N t λ N t
  17. 17. МГНОВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ КОМПТОНОВСКОГО ДПЗ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +3 Сигналы комптоновского и активационного ДПЗ при погружении регулирующего стержня и последующего его извлечения. 1 – сигнал комптоновского детектора с эмиттером из HfO2 2 – сигнал активационного детектора [7]
  18. 18. РЕЗОНАНСЫ ИЗОТОПОВ ГАФНИЯ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +4
  19. 19. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКА ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +5 Пространственное распределение потока тепловых нейтронов Φ(𝒓) в активной зоне реактора PWR с частично погружёнными стержнями- поглотителями нейтронов: 1 – элементарная ячейка активной зоны; 2 – ячейка ТВС [8].
  20. 20. СХЕМА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ИЗОТОПОВ ГАФНИЯ В ПОТОКЕ НЕЙТРОНОВ АЗ ВВЭР-1000 Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +6
  21. 21. СХЕМА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ИЗОТОПОВ ГАФНИЯ В ПОТОКЕ НЕЙТРОНОВ АЗ ВВЭР-1000 Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +7
  22. 22. СХЕМА ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ В СРЕДЕ С ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +8
  23. 23. РАССЕЯНИЕ γ–КВАНТОВ В ВЕЩЕСТВЕ Радиационные характеристики комптоновского ДПЗ с эмиттером из гафния при облучении нейтронами и γ-квантами. Улыбкин А.Л., Шиляев Б.А., Рыбка А.В., Шляхов И.Н., Ковтун К.В., Кутний В.Е., Пудов А.О. ННЦ ХФТИ, ИФТТМТ. Харьков. Украина. +9 Зависимость полного сечения γ- квантов от их энергии для свинца и алюминия [1]. Например, для Pb: Eγ < 0,5 МэВ – фотоэффект 0,5 < Eγ < 5 МэВ – эффект Комптона Eγ > 5 МэВ – образование пар e-–e+

×