对可裂变物质进行主动监控的装置

摘要

本发明涉及与检测放射性物质的方法和仪器的开发有关的技术领域。所提出的发明的结构包括两个同轴布置的圆筒：一由铅制成的内圆筒，它既用作伽马防护体，又用作中子增殖器；以及一由聚乙烯制成的圆筒，其用作中子热化器。十五个带有镉过滤器的氦‑3计数器平行于母线、成圆圈形式等距离地设置至外圆筒壁中。各向同性的氘‑氚14MeV中子发生器垂直于母线安装在外圆筒壁上。能竖直轴向移动的基座设置在内圆筒下部。在被装入设备之前，先对容器及其中包含的结构材料进行伽马扫描。然后借助可移动的基座将容器安装在内圆筒中，以使得结构材料的质心位于与探测器相对的位置。所提出的设备提供了对可裂变物质的高精度、高速检测。

说明书

技术领域

本发明涉及用于探测放射性物质的方法和装置的开发的技术领域，尤其涉及用于对可可裂变物质(FM)进行快速检测的设备的开发，该设备用于对利用废热产生组件(SHPA)的结构材料(SM)中所使用的金属基材中的可裂变物质含量进行无损伤检测。

背景技术

一种用于对结构材料中可裂变物质含量进行操作性的无损检测的设备是基于有源/主动中子控制方法的分析仪器。在先进的SNUP SNF后处理技术中，关键的测量参数之一是SHPA的已被破坏的结构元素中的FM含量。因此，在SM中的FM含量大于0.001wt.％时，需要提供对锕系元素的额外的提取操作。SHPA的SM的特征是：由于放射性引起的伽马背景，通过保守的放射学方法对测量结果造成了重大误差，并且物质在保持容器中的不均匀布置也不利地影响了测量结果的准确性。因此，为了做出关于将SHPA的SM发送至纯化后或加以利用的决定，需要一种可靠的方法来将FM含量有效地控制至质量百分比为0.001的浓度内，其对伽玛背景和物质的空间排列不敏感。当今可用的技术方案主要不是针对技术应用，而是解决生态控制和限制核物质非法转运方面的问题。

RU 2589269(IPC G01N 23/05)的作者提出了一种用于检测核物质的设备。它包括：由D-D反应产生的2.5MeV中子源、检测单元和处理单元。该设备旨在检测密闭容器中以及使用可移动平台(卡车)用屏蔽材料(铁)将其覆盖的核物质(铀-235和钚-239)的含量。核物质探测的实质在于：2.5MeV中子脉冲源位于一辆车上，探测单元和处理单元位于另一辆车上。汽车停在要检测的容器附近，以使中子源和检测单元位于与容器相邻的位置。然后打开中子源，并借助检测单元以脉冲模式进行中子测量。该设备运行的结果是，在10Hz的中子发生器频率下，每10分钟的测量中检测到1kg铀-235。这种装置的缺点是：缺乏使装置免受伽马射线辐射的保护；由于使用DD发生器作为中子源，导致可裂变物质(FM)的最小可检测质量达到很高的值，与自身的中子背景相比，该信号提供了极低的钚-239信号水平(图1)。

专利RU 2349906(IPC G01N 23/06)公开了一种检测藏在包、旅客行李箱、货物和运输工具中的少量特殊核物质的方法。该方法基于使用双能射线照相系统来扫描运输容器。因此，当伽马射线量子通过时，取决于物质的原子序数Z，它们发生不同的衰减。因此，所提出的方法使得可以确定并定位在目标区域内包含的高原子序数和高密度的物质。为了解决其目的而应用的这种控制方法的不足之处在于，无法将锕系元素的响应与其他具有高原子序数Z的物质以及保持容器和结构物质中的铁原子区分开。因此，很难在SM存在的情况下检测少量FM。

已知一种用于检测可裂变物质的方法(1994年6月1日申请，申请号94020227，IPCG01N 23/222，1996年4月10日公开)，通过用脉冲或间歇性快中子流(能量为1MeV或更高)或热中子流来辐射土壤的合适部分或通过海关检查站运输的行李，并记录由于中子计数器的受迫裂变而形成的延迟中子。为了检测铀-235、钚-239，使用由热中子引起的裂变过程，其横截面等于所述元素的横截面，即586barn和748barn，并用于检测铀-238和钚-238，辐射必须由快中子的直接通量进行。该方法对钚-239的灵敏度达到0.0001％。该方法的缺点是，它不考虑在强大的伽马源Co-60和Mn-54的存在下使用，这是SHPA的SM的特征。

已知一种用于控制飞机乘客的行李中FM的装置(Ye.P.Bogolubov，SA Korotkov，LA Korytko，基于脉冲中子发生器的用于行李中裂变物质检测的方法和系统、核仪器及物理研究方法,2004)。在所述文献中，还描述了用于控制未获运输授权的FM的各种方法。为了解决所提出的问题，选择了差分衰减的方法。装置的主要部分是由有机玻璃制成的测量室，将要调查的物体放入其中。在测量室的底部嵌入了ING.探测器(He-3计数器)，位于测量室外，用于记录裂变的中子。内部装有控制体积中热中子场的内部探测器(由于它们的存在，有可能探测到行李中的中子吸收物质)。来自探测器的信号被馈送到时间分析器，并在计算机上进一步处理。结果，该设备能够每5s检测5g

另外，应考虑使用有源控制装置，其中使用不同的可裂变放射性核素作为中子源。这种装置已经由外国公司和国内公司开发。例如，在有源井式符合计数器(AWCC)中，两个AmLi源用作辐射源。在有源模式和无源模式中均使用中子重合技术。在该系统中，在有源模式下，

与本发明最接近的技术是对容器中的FM质量进行有源中子控制的设备(借助中子差分消失技术实现的裂变物质检测,现代物理国际杂志,V.F.BATYAEV,O.V.BOCHKAREV,S.V.SKLYAROV.Vol 27,pp.1460130-1-1460130-8,Singapore(2014))。作者提出的有源中子控制装置是一个呈平行六面体形式的聚乙烯箱体，其壁上集成有镉过滤器，并带有8个氦-3计数器。因为催化剂作为中子ING-07T的氘-氚源。作为严重的缺点，已表明信号检测效率取决于可裂变物质在测量容器中的位置，以及伽马背景由于同位素Co-60和Mn-54的诱导放射性而引起的显著误差。

发明内容

本发明的发明人面临着开发用于确定SHPA的SM中少量FM(0.001质量百分比)的设备的任务，该设备在高功率伽马背景的条件下起作用并且对储存容器中SM的空间分布不敏感。

上述特征提供的技术结果是，FM确定的高速度和高精度(与无源中子控制方法相比)，这是由于在背景的三倍误差之上的信号电平的12倍增加，能够直接、毫无疑义地确定的钚-239以及以已知的Pu：Am比例间接确定的其它锕系元素，以及对样品的空间分布和伽马辐射的测量结果的不敏感性。另外，该装置可以以无源模式操作，即确定Cm的含量。因此，知道了Cm-242和Cm-244以及Pu-239的含量，就可以确定M

具体实施方式

所述技术效果的实现手段是，通过所提出的发明的设计的基础，提供了两个同轴布置的圆筒：一个铅制内圆筒，同时用作伽马辐射防护装置和中子增殖器/中子倍增器，一个聚乙烯制外圆筒，作为中子热化器。十五个带有镉过滤器的氦-3计数器平行于母线在圆上等距离地安装在外圆筒壁上。脉冲各向同性氘-氚14MeV中子发生器垂直于母线安装在外圆筒壁上。

在内圆筒的下部有一个基座，它可沿轴线竖直移动。该设备的方案在图3中示出。在将装有SM的容器装入设备之前，先对其进行伽马扫描，以建立质心。然后，通过可移动的基座，将容器放置在内圆筒中，以使SM的质心位于与探测器相对的位置。

本发明的技术方案基于使用以下组合的中子差分衰减方法：该组合包带有镉过滤器的氦-3计数器、脉冲的氘-氚14MeV中子发生器以同时作为中子增殖器的伽马射线保护的铅防护体。由于在中子发生器和探测器之间精确定位了CM的质心，因此对接收容器和移动基座进行的初步伽马扫描可以实现很高的信号检测效率。FM在接收容器中的位置对氦-3计数器的响应的影响在图2中示出。