Моделирование характеристик многомодульных детекторов нейтронного излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

ДЕДЕНКО Григорий Леонидович

Моделирование характеристик многомодульных детекторов нейтронного излучения

01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

/

Автор:

Москва -2005

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте

(государственном университете)

Научный руководитель кандидат физико-математических наук, доцент,

Кадияин Владимир Валериевич.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор МИФИ Крамер-Агеев Евгений Александрович

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник РНЦ Курчатовский

институт

Каретников Максим Данатович

Ведущая организация: ФГУП ВНИИ технической физики и автоматизации

Защита состоится 21 сентября 2005 года в 15 часов на заседании диссертационного советаД212.130.07 ь Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д.31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ Автореферат разослан 2005 г.

Просим принять участие в работе Совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^------ ч

доктор физико-математических наук, профессор—В.В. Дмитренко

1оо1-Ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Проблема контроля неизменности состава и несанкционированного перемещения ядерных и делящихся материалов в настоящее время достаточно актуальна. Поэтому имеется острая необходимость в создании аппаратуры, предназначенной для решения данной проблемы. Моделирование сокращает время разработки детектирующей аппаратуры и является базой как для оптимизации ее параметров, так и для интерпретации сигналов с этой аппаратуры. Поэтому на этапе разработки аппаратуры часто прибегают к математическому моделированию конструируемых приборов. В случае моделирования физический прибор, объект или явление заменяются его математической моделью. Изучая свойства полученной модели на ЭВМ, можно предсказывать поведение моделируемого объекта в заданных физических условиях. Причем, изучение свойств объекта-модели будет относительно быстрым и менее дорогостоящим, чем изучение самого объекта в реальных условиях.

Данная работа является частью исследований, проводимых в лаборатории «Радиометрии близкофоновых потоков излучений» кафедры «Прикладная ядерная физика» МИФИ. Одним из направлений научной деятельности сотрудников данной лаборатории является разработка и создание регистрирующей аппаратуры, предназначенной для исследования нейтронных полей. Данная аппаратура находит применение как в земных условиях, так и в космосе.

Основным элементом детектирующих устройств, рассматриваемых в диссертационной работе, являются многослойные конструкции, предназначенные для исследования характеристик нейтронных потоков и их источников.

Целью работы является разработка математических моделей детекторов нейтронного излучения, исследование их характеристик численными методами, вычисление матриц чувствительности этих детекторов и выработка предложений по модернизации детекторов.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Предложен и разработан алгоритм и создана программа НЕВБиМ-2, позволяющие моделировать многослойные детектирующие устройства с целью получения их характеристик с учетом их внутренней конструкции.

2. С помощью разработанной программы получены функции отклика многослойных детектирующих устройств для нейтронных потоков, отличающихся пространственными и энергетическими распределениями, вычислены матрицы чувствительности этих устройств.

3. Предложены новые элементы конструкции детектирующих устройств, позволяющие улучшить их характеристики по обнаружению и идентификации изделий, содержащих делящиеся материалы.

4. Показана возможность использования многослойных детекторов в околоземном космическом пространстве для оценки энергетического состава нейтронного излучения.

Практическая значимость работы заключается в том, что

• созданы специализированный алгоритм и программа №Б8иМ-2, которые позволяют моделировать многослойные детектирующие системы с учетом внутренней конструкции этих систем;

• исследованы отклики созданных многомодульных детектирующих устройств при регистрации потоков нейтронов с заданным угловым и энергетическим распределениями; получены матрицы чувствительностей для этих устройств;

• по результатам расчетов создан многослойный детектор нового поколения МДН2 и рассчитаны его характеристики.

На защиту выносится: 1. Алгоритм и программа НЕББиМ-г, содержащая следующие усовершенствования существовавшей ранее программы ^ББиМ:

• реализована возможность расчета функции отклика многослойных детекторов для потоков нейтронов от различных источников;

0 реализован учет реальной геометрической конфигурации детектора.

2. Результаты расчетов по программе №Ю8иМ-2:

• результаты расчетов функции отклика приборов МДН1, МДН2, РЯБИНА-4П на потоки нейтронов с заданным угловым и энергетическим распределением,

• результаты проверки данных, полученных по разработанной программе КЕББиМ-г, на основе их сравнения:

^ с результатами расчетов по программам МСИР и ПРИЗМА (РФЯЦ ВНИИТФ),

^ с данными экспериментов с радионуклидными источниками нейтронов,

проведенными в НИИИТ, МИФИ, РФЯЦ ВНИИТФ, ^ с данными эксперимента с моноэнергетическими потоками нейтронов, проведенного на ускорителе ЭСУ-2.5 в РНЦ «Курчатовский институт».

3. Предложения по созданию прибора МДН2:

• предложение по уменьшению толщины последнего замедляющего слоя на 25%, по сравнению с прототипом МДН1;

4 предложение по совершенствованию регистрирующей кассеты;

• предложение по выбору новых толщин замедляющих слоев.

4. Исследование отклика прибора МДН2 при регистрации нейтронов от радионук-лидных источников на основе данных экспериментов, проведенных в МИФИ и РФЯЦ ВНИИТФ, и расчетов, проведенных по программам ИЕОБиМ-г, МСИР.

5. Предложения по дальнейшей модернизации МДН

• предложение по размещению в регистрирующих слоях счетчиков различных диаметров;

• предложение по конструкции многодетекторного комплекса.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы

• представлялись на научных сессиях МИФИ с 1999 по 2005 год и опубликованы в сборниках тезисов сессий (10 публикаций)

• опубликованы в журнале «Приборы и техника эксперимента» (№3,2002)

• представлены на научной конференции INMM 43rd Annual Meeting, 23 to 27 June 2002, Orlando, Florida, USA и опубликованы в трудах конференции.

• опубликованы в журнале «Ядерные измерительно-информационные технологии» (№2 (14), 2005)

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.

Объем диссертации - 144 листа.

Список литературы -125 наименований.

Рисунков - 57.

Таблиц -15.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели исследований и разработок.

R первой главе приведен литературный обзор по теме диссертации. Проблема контроля неизменности состава и несанкционированного перемещения делящихся материалов (ДМ) стоит достаточно остро. Поэтому имеется серьёзная потребность в аппаратуре, предназначенной для решения данной проблемы. Спектры нейтронов, выходящих из различных изделий, могут характеризовать данный объект и по этим спектрам можно отличать одно изделие от другого. Изменение спектра может означать изменение состава излучающих нуклидов в исследуемом объекте, или изменение защиты изделия. На этом принципе может быть построена система контроля неизменности состава объектов, излучающих нейтроны, как количественного, гак и качественного.

Нейтронное излучение делящихся материалов обусловлено с одной стороны спонтанным делением изотопов плутония и урана или других тяжелых элементов, а с другой - реакцией вида (а,п) на легких химических элементах, имеющихся в из-

делиях, содержащих ДМ. Наиболее типичным примером ядерных реакций (а,п) являются следующие реакции (180(а,п)21Ке, 19Р(а,п)22На). Выход нейтронов спонтанного деления для изотопов урана незначителен, в отличие от плутония.

В связи с регулярными полетами человека в космос вопрос изучения анизотропии потоков и энергетических спектров нейтронов в околоземном пространстве приобретает особое значение. Обработка информации с детекторов на борту космического аппарата в реальном режиме времени дает возможность центру управления или космонавтам адекватно реагировать на любые изменения радиационной обстановки.

Существующие методы идентификации и диагностики радиоактивных материалов, основанные на исследовании нейтронных полей, разделяются на две группы: активные и пассивные. В активных методах исследования изделий используются различные внешние источники зондирующего излучения. Эти методы, как правило, обладают высокой чувствительностью и избирательностью. К недостаткам активных методов можно отнести то, что при их использовании возможно повреждение зондируемого объекта. Кроме того, для исследования изучаемого объекта необходим источник зондирующего излучения, сложная методика и аппаратура для отделения зондирующего излучения от индуцированного.

Пассивные методы диагностики отличаются относительной простотой, сравнительно низкой стоимостью, отсутствием опасности повреждения исследуемого объекта, высокой надежностью и, в ряде случаев, высокой информативностью. К недостаткам этого метода следует отнести большое время измерения спектральных и пространственных характеристик нейтронных полей исследуемого объекта. Однако отмеченные недостатки во многих случаях не являются принципиальными и не могут служить серьезными ограничениями для использования этих методов при проведении диагностических исследований ядерных материалов. В настоящее время во многих лабораториях, как в России, гак и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию позиционно-чувствительной аппаратуры для обнаружения ядерно-активных материалов и определения их локализации, которая также может быть основана на пассивной методике.

Возможности регистрации нейтронного излучения достаточно обширны.

Для этой дели используются сцинтилляционные, полупроводниковые, газовые детекторы и камеры деления. Основными характеристиками детекторов являются энергетическое и временное разрешения, время восстановления, чувствительность к излучению другого типа.

Для регистрации потоков нейтронов на ядерных установках, широкое распространение получили пропорциональные и коронные счетчики, заполненные 3Не, окруженные водородосодержащим материалом. Данные детекторы относительно просты в эксплуатации и достаточно надежны. В диссертации приведены примеры применения таких детекторов для контроля содержания ДМ в изделиях, ядерных отходах, на производстве, и для контроля на различных пропускных пунктах.

Конструирование регистрирующей аппаратуры - задача непростая и дорогостоящая. В связи с развитием компьютерных технологий большое значение в настоящее время получил метод математического моделирования происходящих в природе процессов, позволяющий как значительно упростить создание регистрирующей аппаратуры, так и адекватно интерпретировать результаты измерений. Большинство программ, разработанных для решения задачи переноса высокоэнергетических частиц в сложной трехмерной геометрии, реализуют моделирование траекторий частиц методом Монте-Карло.

При выполнении расчетов исследователи либо сами пишут программы для моделирования детектирующих устройств, либо используют уже готовые, если они подходят под их задачи. Существует много стандартных пакетов, основанных на методе Монте-Карло, и предназначенных для расчета приборов. Наиболее известны из них следующие: MCNP, GEANT (зарубежные), MCU-RFFI/2, ПРИЗМА (отечественные).

Для моделирования основных показателей систем нейтронных детекторов различной конфигурации в МИФИ была разработана программа Neutron Detector System Universal Model (NEDSUM), которая диссертантом была существенно переработана. Новая программа получила название NEDSUM-2. Прмрамма позволяет описывать все основные особенности конструкции многослойных детекторов, включая структуру гелиевых счетчиков. Алгоритм разработан на основе метода Монте-Карло.

Во второй главе приведены описания приборов, моделируемых в диссертационной работе. Это пятислойный детектор нейтронов первого поколения МДН1, двухслойная модель «Рябина-4П» и пятислойный детектор нейтронов второго поколения МДН2. Пятислойные детекторы предназначены для контроля неизменности состава ДМ и для предотвращения несанкционированного провоза ДМ, а двухслойная модель служит для исследования нейтронных потоков в космосе и определения направления на предполагаемый источник нейтронов искусственного происхождения (например, орбитальный реактор).

Многослойный детектор нейтронов (МДН) (рис. 1) состоит из пяти регистрирующих нейтроны слоев, каждый из которых включает в себя гелиевые счётчики, расположенные параллельно друг другу и собранные

в единую кассету, которая пред- Рис { Схема многослойного детектора ней-

ставляют собой отдельный "фонов. 1 - кассета с гелиевыми счетчиками;

2 - защитный экран из борированного поли-«плоский» детектор. Между ЭХШ1ена (верхний экран не показан); 3 - замед-

кассетами, содержащими счет- ляющие слои из полиэтилена, чики, расположены слои замедлителя из полиэтилена. Таким образом, детектор состоит из чередующихся слоев, содержащих счетчики и замедлитель нейтронов. При попадании нейтронов в детектор через лицевую грань нейтрон замедляется в полиэтилене и в зависимости от энергии, которую он имеет, проникает в среднем на длину релаксации в материал детектора, может попасть в счетчик, где может вступить в реакцию с 3Не, что приведет к его регистрации.

При регистрации направленных потоков нейтронов чувствительность г-го регистрирующего слоя детектора определяется как

Ь'

<р{Е)'

(1)

где Пц - скорость счета нейтронов в _/'-м счетчике ¿-го регистрирующего слоя,

к - число счетчиков в слое, Е-энергия падающих нейтронов, ср(Е) - плотность потока нейронов, падающих на лицевую поверхность детектора, с энергией Е. При проведении расчетов эта чувствительность определялась как

(2)

/-1 -"о

где число реакций 3Не(п,р)Т в ;'-м счетчике ¿-го регистрирующего слоя,

И0 - число нейтронов, падающих на поверхность детектора, - площадь проекции поверхности детектора на плоскость, перпендикулярную направлению на источник излучения. Каждый регистрирующий слой характеризуется собственной, отличной от других, зависимостью чувствительности от энергии нейтронов. При этом чувствительность одного счётного слоя меньше или равна сумме чувствительностей входящих в него счётчиков, так как счетчики в слое могут экранировать друг друга. Задняя и боковые поверхности детектора имеют защиту от тепловых и замедленных нейтронов - защитный экран. Защитный экран выполнен из водородосодер-жащего материала с добавками бора.

Индивидуальный отклик Q¡ от каждого слоя счетчиков зависит от функции чувствительности Б^Е) регистрации нейтронов с энергией Е, попадающих в детектор через лицевую поверхность

£ =/5,(£)?>(£>/£, (3)

о

где <р{Е) - плотность потока нейтронов, падающих на лицевую поверхность детектора. Свертку чувствительности по энергетическим фуппам с границами от Е1 до / -го регистрирующего слоя Бц и плотность падающего потока нейтронов для различных энергетических групп щ можно определить на основе следующих уравнений:

1 К1

<рг $<р(Е)с1Е, (5)

где ) =1.....т - номер энергетической группы, 5,, - элементы матрицы чувстви-

тельности. Одновременная регистрация и последующий сравнительный анализ откликов всех регистрирующих слоев позволяют выделить нейтроны различных энергетических групп. Слои счетчиков тепловых нейтронов расположены на различных глубинах замедлителя, поэтому распределение числа регистрируемых нейтронов в каждом слое счетчиков будет зависеть от первоначальной энергии нейтронов и месторасположения слоя. На этом основано выделение энергетических групп в потоке первичных нейтронов. С учетом (4) и (5) интеграл (3) переходит в систему линейных уравнений вида Решая эту систему, можно найти

- оценку групповой плотности потока частиц. С помощью приборов типа МДН можно проводить качественную оценку энергетического спектра нейтронного потока в диапазоне энергий от тепловых значений до 20 МэВ. Матрицу чувствительности можно определить из результатов экспериментов с моноэнергетичсскими потоками нейтронов и по результатам расчетов.

В диссертации также рассматривается аппаратура «Рябина-4П», разработанная в НИИЯФ МГУ совместно с кафедрой «Прикладная ядерная физика» МИФИ. В состав аппаратуры входят четыре блока детекторов нейтронов, располагавшихся крестообразно относительно корпуса модуля «СПЕКТР» ОС «МИР». Блоки детекторов нейтронов аппаратуры «РЯБИНА-4П», содержат два регистрирующих нейтроны слоя счетчиков (рис. 2). Аппаратура предназначена для мониторинга интегральных нейтронных потоков по орбите станции. В данной работе исследуется возможность оценки спектрального состава регистрируемых потоков нейтронов.

В третьей главе приведено описание разработанной нами программы №Б8иМ-2, предназначенной для моделирования откликов многослойных струк-

Рис. 2 Схема детекторного блока «Рябина-4П», 1 - замедлитель из полиэтилена, 2 - счетчики типа СИ13-Н, 3 - корпус модуля «СПЕКТР» ОС «МИР»

тур. Программа №Ю8ЦМ-2 основана на методе Монте-Карло. С ее помощью можно проводить моделирование взаимодействий различных потоков нейтронного излучения с многослойным детектором нейтронов и вычислять отклики регистрирующих слоев, которые состоят из гелиевых счетчиков, разделенных полиэтиленом или воздушной прослойкой.

Структура программы НЕБ8иМ-2 позволяет варьировать различные параметры детекторов и нейтронных потоков при моделировании взаимодействия нейтронного излучения с детектирующими устройствами. Это позволяет решать задачи по исследованию характеристик и оптимизации конструкций детектирующих устройств.

В качестве констант, описывающих сечения взаимодействия нейтронов с ядрами вещества, выбрана 28 групповая система констант БНАБ-81. Алгоритм программы ИЕОБиМ-г организован по блочному принципу: код состоит из подпрограмм, каждая из которых выполняет определенную операцию.

Процедура розыгрыша зависит от выбранного типа нейтронного потока, падающего на детектор (точечный изотропный источник; плоскопараллельный ноток, падающий под определенным углом на детектор; изотропный поток, падающий на детектор со всех сторон). Для каждой истории разыгрываются направляющие косинусы полета нейтрона, вычисляются координаты нейтрона на поверхности детектора и разыгрывается длина свободного пробега нейтрона в веществе. Затем вычисляются новые координаты нейтрона, и производится проверка на выход из слоя. В том случае, если произошел переход в новый слой к, остаточная часть пробега, приходящаяся на новый слой, модифицируется по формуле:

Кш.к = (Км - Кщ , (6)

пеIV,Л

где - длина пробега, разыгранная в слое Й„И (- длина пробега в старом слое г, до границы со слоем к, , - полное макроскопическое сечение взаимодействия нейтронов в старом слое ¡, полное макроскопическое сечение взаимодейст-

вия нейтронов в новом слое к. Если свободный пробег нейтрона завершается в слое, то разыгрывается его взаимодействие с веществом. Если траектория закан-

чивается внутри регистрирующей полости одного из счетчиков, то число нейтронов, зарегистрированных данным регистрирующем слоем, увеличивается на вес И', потерянный нейтроном в данном взаимодействии. Таким образом, рассчитывается следующий функционал:

Й = (7)

где КК - число разыгрываемых историй, I - номер истории; Л' - часть пробега внутри счетчика, 2(£/) - макроскопическое сечение реакции 3Не(п,р)Т для нейтрона с энергией Е'; ]¥- вес нейтрона, потерянный в реакции 3Не(п,р)Т, определяется стандартным образом, к - число счетчиков в регистрирующем слое. Прослеживание истории прекращается при уменьшении статистического веса И'нейтрона ниже заданного порога или при выходе нейтрона на границу системы детекторов. В том случае, если произошел выход нейтрона из системы детекторов, его вес записывается в счетчик вышедших нейтронов. После завершения заданного числа историй проводится расчет чувствительности и эффективности регистрации нейтронов детекторами, и вся информация выводится в файл данных,

В четвертой главе обсуждаются результаты расчетов по программе №08иМ-2, а также результаты сравнений полученных результатов с экспериментальными данными и результатами расчетов по другим программам.

При помощи программного комплекса ПРИЗМА в РФЖ1 ВНИИТФ (г. Сне-жинск) проводились работы по моделированию отклика моделей детекторов на основе многослойных структур аналогичных изображенной на рис. 1. Проводилось сравнение результатов расчетов по программе НЕ03иМ-2 с результатами расчетов, проведенных в этом институте. Результатами расчетов для нейтронов со спектром деления являлись функции -ф, пропорциональные количеству реакций 3Не(п,р)Т в слоях детектора в расчете на один нейтрон, падающий на лицевую поверхность детектора. Результаты расчетов по программам ПРИЗМА и №08иМ-2 представлены в таблице 1.

Таблица 1. Функции ц>, пропорциональные числу реакций 3Не(п,р)Т.

№ слоя 1 2 3 4 5

Число Регистрации ПРИЗМА 0,1622 0,0952 0,0523 0,0275 0,0146

№ОБиМ-2 0,1558 0,0862 0,0489 0,0275 0,0152

Из таблицы видно, что результаты расчетов по программам ПРИЗМА и №Ю5иМ-2 согласуются между собой в пределах от 1 до 10%. Программа ПРИЗМА является служебной программой института РФЯЦ ВНИИТФ.

Изготовление двух макетных образцов детектора МДН1 (МДН1.01 и МДН1.02, отличающихся толщинами слоев замедлителя) осуществлялось в НИИИТ. Толщины слоев замедлителя в модели МДН1.02 выбраны на основе расчетов, проведенных нами по программе №ЮБиМ-2 для эффективной регистрации потоков нейтронов со спектром деления, а толщины слоев в модели МДН1.01 выбраны для эффективной регистрации потоков нейтронов со смягченным спектром деления (спектр деления после прохождения слоя полиэтилена толщиной 5см.). В НИИИТ проводилось измерение интегральной чувствительности приборов МДН1 и каждого регистрирующего слоя в отдельности к нейтронам спектра деления для проверки соответствия физико-технических характеристик тактико-техническим требованиям на МДН1. Экспериментальные данные и результаты расчета представлены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что данные эксперимента, достаточно хорошо (в пределах от 1 до 10-15%) согласуются с результатами нашего расчета, для которого указаны только статистические ошибки.

Таблица 2. Экспериментальные (НИИИТ) и расчетные (№Ю81М-2) чувствительности регистрирующих слоев при регистрации нейтронов спектра12а.

№ слоя 1 2 3 4 5 2

МДН1.01 (Эксп.) 6,9±0,1 13,8±0,2 21,8±0,3 37,2±0,5 37,0±0,5 11б,8±0,8

МДН1.01 (Расч.) 5,4±0,2 12,4±0,3 25,7±0,4 37,5±0,5 35,0±0,5 116,2±0,9

МДН1.02 (Эксп.) 14,б±0,2 25,0±0,4 25,8±0,4 22,б±0,3 26,0±0,4 113,8±0,8

МДН1.02 (Расч.) 13,7±0,3 22,7±0,4 25,8±0,4 20,5+0,4 23,5±0,5 106,0±0,9

Проводилось также сравнение результатов расчетов по программе НЕБ8иМ-2 с результатами экспериментов, полученных с использованием моноэнергетических потоков нейтронов, на ускорителе ЭСУ-2.5 в РНЦ «Курчатовский институт» и расчетов, проведенных по программе МС№ (наблюдается расхождение в пределах 10%). На основе полученных результатов была составлена матрица чувствительности МДН1 - 5, у (см. формулу (4)). В качестве примера на рис. 3 приведены зави-

симости чувствительности от энергии для третьего слоя детекторов МДН1.01 (а) и МД111.02 (6).

во

ё 50 х >£ 40 30

5 и ё § 20

? 10

— ЫЕИзим-г

— мс№

10"

10°

Е, эВ

б)

10

Рис. 3. Экспериментальные (точки) и расчетные значения чувствительности третьего слоя МДН1. а) - МДН1.01, б) - МДН1.02.

Экспериментальные исследования чувствительностей приборов МДН с использованием радионуклидных источников проводились также в МИФИ и РФЯЦ ВНИИТФ. С результатами этих экспериментов также проводилось сравнение расчетных данных, полученных по программе КЕВЗиМ-2. Результаты расчетов согласуются с данными экспериментов в пределах 10-15%.

Хорошее согласие различных расчетных и экспериментальных данных с результатами расчетов по программе МЕ0811М-2 свидетельствует о том, что физические законы взаимодействия нейтронного излучения с многослойными детекторами сложной внутренней структуры описаны в программе правильно. Данная программа послужила основным инструментом, как для оптимизации существующих детектирующих устройств, так и для создания новых с заданными характеристиками.

Расчет энергетической зависимости отклика слоев нейтронных детекторов аппаратуры «РЯБИНА-4П» (см. рис. (2)) проводился для заданных размеров детектирующих модулей. Расчеты выполнялись для двух распределений потоков нейтронов: плоскопараллельного (рассматривалось нормальное падание) и изотропного.

Для плоскопараллельного потока чувствительность вычислялась для двух различных положений модуля на объекте. Первое положение - излучение падает

на лицевую сторону модуля (прямое падение излучения на детектор), второе - обратное, т.е. излучение падает на тыльную сторону модуля (излучение проходит через конструкционный материал объекта, а затем регистрируется детектором).

Для изотропного потока чувствительность вычислялась для фиксированного положения модуля на объекте. Это объясняется тем, что в случае изотропного потока часть излучения всегда проходит через конструкционный материал объекта и только потом регистрируется детектором.

Чувствительность вычислялась для четырех различных толщин слоя алюминия, принятого при проведении расчетов в качестве конструкционного материала ОС «МИР». Расчеты проводились (в 1995г.) для следующих толщин: 0,10,30, 50 г/см2.

Были рассчитаны

^ - зависимости чувствительности регистрации нейтронов от их энергии для двух направлений падения потока нейтронов на детектор и четырех значений толщины экранировки в случае параллельного потока нейтронов;

^ - зависимости чувствительности регистрации нейтронов от их энергии для изотропного потока и четырех значений толщины экранировки.

Анализ полученных результатов показывает, что для первого (внешнего) и второго (внутреннего) регистрирующих слоев зависимости чувствительности регистрации от энергии нейтронов имеют различный вид, что может свидетельствовать о возможности использования детектора для оценки в двухгрупповом приближении энергетического спектра нейтронов, падающих на детектор. Такое поведение зависимостей наблюдаются как для параллельного, так и изотропного потоков.

Для подтверждения вывода о возможности использования двухслойных детекторов типа «РЯБИНА-4П» для грубой оценки спектра нейтронов, было проведено исследование отклика детектора при регистрации нейтронов со следующими спектрами: спектр деления, спектр солнечных нейтронов, спектр альбедо нейтронов атмосферы Земли.

Полученные результаты представлены на рис. 4, из которого видно, что отклики и их соотношение для разных спектров сильно различаются. Для солнечных нейтронов чувствительность минимальна, а для нейтронов альбедо максимальна при одном и том же флюенсе. Следовательно, двухслойные детекторы типа

60000 Т

55000 4

3_

й £Г

О

о

■ 1

-

- " 3

1 ■I—

==5 „Г 2

1

Номер огоя

(внешний) (внутренний)

Рис. 4. Сравнение отклика нейтронного детектора «Рябина-4П» при регистрации нейтронов с различными спектрами.

_______ «РЯБИН А-4П» могут быть

||-> 1 Слоктр деления 1

использованы для rpy6oii оценки различных нейтронных спектров на орбитальных станциях или других космических аппаратах,

Исследовалась зависимость чувствительности детектора МДШ от азимутального угла. Был проведен расчетный эксперимент, когда источник, находящийся на фиксированном расстоянии от центра детектора, перемещался по азимуту вокруг детектора. Расчет проводился для расстояния 50 см в системе источник-детектор. Из рис. 5. (МДШ.01) видно, что чувствительность прибора обладает анизотропией. Однако в пределах углов ±50° от лицевой грани детектора анизотропия не так велика, и отношение чувствительностей регистрирующих слоев является постоянной величиной. Поэтому, в пределах этих углов возможно восстановление спектров нейтронных источников по взаимному отношению откликов слоев прибора. При больших углах изменяется соот-

S >ь

t^s о

S О с

а 5 С | 10

а I is

У 20 25 30

180

240 J—-—"300 270 Угол,град.

Рис. 5. Зависимость чувствительности для нейтронов со спектром источника 252СЬт азимутального угла.

ношение откликов в слоях и восстановление спектров невозможно.

Проведена оценка вероятности регистрации прибором типа МДШ скрытно провозимого делящегося материала. Рассматриваются отклики прибора МДШ при регистрации нейтронов, выходящих из полиэтиленовых сфер различного диамечра при этом флюенс нейтронов, падающих на детектор из сферы был прият постоян-

ным. По результатам расчетов можно сделать вывод, что прибор МДН1.01 можно использовать для регистрации спектров деления смягченных прохождением через водородосодержащий материал. Максимальная чувствительность прибора (150 см2) достигается при прохождении нейтронов спеюра деления через замедлитель толщиной 100-120 мм. Исследовалась возможность обнаружить скрыто-провозимый ДМ массой 1кг изотопного состава И9Ри - 90%, 240Ри - 10% в стандартных транспортных контейнерах 6x3x3м заполненных одеждой и блоками сигарет. Наблюдаемый сигнал от прибора МДН1.01, превышает случайный на 24 стандартных отклонения, что соответствует обнаружению 530 г ДМ с вероятностью За. Расчеты также показали, что в случае, если в контейнере находятся апельсины или другая водородосодержащая среда с плотностью, близкой к единице, то обнаружение делящегося материала не представляется возможным.

В пятой главе рассматриваются новые конфигурации многослойных детектирующих устройств и сделаны предложения по их дальнейшей оптимизации.

Исследования, проведенные с помощью программы NEDSUM-2, были положены в основу создания прибора нового поколения МДН2. В целях минимизации массово-габаритных характеристик будущего детектора была проведена оптимизация толщины заднего слоя замедлителя. В модели детектора МДМ 1.01 толщина заднего слоя замедлителя составляла 11 см. Толщина последнего слоя разрабатываемой модели детектора варьировалась в пределах 5-11 см. с шагом 0,5 см. Анализ полученных данных показал, что толщину шестого слоя замедлителя можно уменьшить до 7,5 см практически без уменьшения суммарной чувствительности. Общая масса замедлителя при этом уменьшится на 3 кг или на 15%.

В процессе модернизации конструкции МДН2 на первом этапе ставилась задача снижения стоимости нового детектора за счет уменьшения числа гелиевых счетчиков в слоях. В счетных слоях счетчики располагались вплотную и поэтому экранировали друг друга. Исследование с помощью программы NEDSUM-2 показало, что влияние экранировки можно уменьшить, изменив количество счетчиков с 16 до 10. Возможную потерю чувствительности можно компенсировать увеличением давления i-аза в счетчиках. Расчеты проводились для счетчиков типа «Гелий-4» с давлением газовой смеси - 10 атм (3Не - 8 атм). Кроме того, на основе проведенных рас-

четов было показано, что длину счетчика желательно увеличить на 2 см, что и было сделано фирмой-изготовителем. Новый тип счетчиков получил название «Гелий-4-1».

На втором этапе модернизации конструкции детектора численными методами стояла задача подбора толщины замедляющих слоев для получения наиболее полной информации об исследуемом спектре нейтронов. Для оценки энергетического распределения нейтронных потоков были выбраны следующие энергетические группы: 0 + 100 кэВ, 100 кэВ + 1 МэВ, 1 + 2,5 МэВ, 2,5 + 6 МэВ, 6 + 14,5 МэВ. В результате расчетов были найдены глубины размещения счетчиков в полиэтилене, соответствующие данным энергетическим диапазонам. Критерием выбора являлся максимум чувствительности конкретного слоя в конкретной группе, что достигается пересечением функций чувствительности соседних слоев на границах групп. Например, графики функций чувствительностей 1-го и рис 6 3ависимость

чувствительно-

2-го слоев должны пересекаться в точке сги регистрирующих слоев детек-

100 кэВ, 2-го и 3-го - в точке 1 МэВ, и.т.д. энеРгш нейтроноВ- ПРибоР

МДН/

Результаты расчетов представлены на рис. 6.

Было показано, что для получения максимальной чувствительности прибора нужно размещать гелиевые счетчики в полиэтилене. Отметим, что в приборе МДН1 они размещались в воздушной кассете. Созданная на основе проведенных нами исследований модель детектора МДН2 позволяет достаточно успешно восстанавливать энергетическое распределение потоков нейтронов в вышеуказанных диапазонах. Параметры детектора МДН2 и детекторов предыдущего поколения МДН1 приведены в таблице 3.

Действующая модель детектора МДН2 была изготовлена в НИИИТ. Экспериментальные исследования характеристик детектора проводились в МИФИ и РФЯЦ ВНИИТФ. Экспериментальные результаты сравнивались с расчетными, полученными по программам ЫЕ081Ж-2 и МСМР, для нейтронов спектра деления 252СГ и Ри и нейтронов от исшчника Ри-Ве. Результаты приведены на рис. 7.

10* 10°

Е,эВ

Таблица 3. Сравнительные характеристики детекторов МДН1 и МДН2

-------Модель Характеристики " ----—_____ МДН1 МДН2

Число регистрирующих слоев 5 5

Тип гелиевых счетчиков СИ-14Н Гелий-4-1

Число счетчиков в слое 16 10

Давление газа Гелий-3, атм. 4 8

Чувствительность при регистрации нейтронов спектра деления ( СГ), имп.-см2/нейтр. 80 150

^^ Эксперимент, МИФИ ШШ Расчет, МСЫР ЕЕЗ Эксперимент, ВНИИТФ ШЗ Расчет, N£051111/1-2

Номер слоя Номер слои

а) б)

Рис. 7. Чувствительности регистрирующих слоев детектора, измеренные экспериментально (МИФИ и РФЯЦ ВНИИТФ) и рассчитанные (МС№ и ЫЕВ8иМ-2), к нейтронам от источников а) - б) Ри-Ве.

Наблюдается согласие экспериментальных и расчетных результатов в пределах от 1 до 7%. Можно сделать вывод о том, что чувствительность слоев 1 и 2 больше к спектру деления, а слоев 3-5 - к более жесткому спектру от источника Ри-Ве. На основе изменения соотношения откликов основана методика идентификации источников нейтронов.

Для улучшения характеристик детекторов МДН1 и МДН2 сделаны следующие предложения по возможному изменению их конструкции.

Исследованы зависимости чувствительности регистрации нейтронов от диаметра используемых счетчиков. Показано, что использование счетчиков большего диаметра (даже в меньшем количестве) предпочтительнее для первых слоев детектора (рис. 8). Чувствительность прибора при этом увеличивается. Что же касается по-

- • - слей Н011 с«) 1 -•-слои 2 (01 3 си) | -• -слой 3 (и 1 Зсм> |

- слой 4 (01 3 см) [

---слой 5 (С 1 3 ем) |

• • • • слой ЦР 2 4 си) |

слои 2 (02 4 си> :

• слои 3(02,4 си) !

• СЛОЙ 4 (02 4 СМ) \

- ■ - СЛОЙ 6 (02 4 Си) I

следующих слоев, то в них можно использова I ь счетчики меньшего диаметра, так как в этих слоях чувствительность практически не зависит от диаметра счетчиков. Указанные зависимости связаны с изменением спектрального состава замедляющихся нейтронов на разной глубине. Уменьшая толщину

Рис 8. Зависимость чувствительности рс-регистрирующих слов за счет гис.фирующих слоев МДН к мопоэнергети-

уменьшения диаметра счетчиков, ческим потокам нейтронов с различной можно увеличить количество реги- энеРгиеи

стрирующих слоев при тех же габаритах детектора. Таким образом, появляется возможность обрабатывать исследуемый спектр более детально.

Для повышения чувствительности аппаратуры по обнаружению ДМ был предложен многодетекгорный комплекс, состоящий из набора пяти однослойных детекторов и одного пятислойного детектора нейтронов. Однослойные детекторы содержат съемный регистрирующий слой - кассету из гелиевых счетчиков, помещенную между слоями замедлителя. Толщины замедлителей однослойных детекторов выбиранмея из условия доешжения максимальной чувствительносш репетирующего слоя к нейтронам спектра деления. На основе исследований, проведенных с помощью программы №В8иМ-2, было получено оптимальное значение соотношения «чувствительность-масса». В результате в однослойных детекторах была выбрана суммарная толщина замедлителя - 8 см (спереди - 3 см, сзади - 5 см). В пятислойном детекторе для уменьшения стоимости комплекса могут быть использованы в качестве регистрирующих слоев кассеты из однослойных детекторов.

В заключении диссертации приведены основные результаты работы и вытекающие из них основные выводы:

1. Разработан алгоритм и составлена программа ЫЕ08иМ-2, позволяющая моделировать многослойные детекторы со сложной внутренней структурой.

2. На основе расчетов по программе №08иМ-2

• разработаны две модели многослойного детектора МДН1 — МДН1.01 и МДН1.02, получены матрицы чувствительности для этих детекторов, проведены исследования характеристик этих детекторов;

• создан детектор нового поколения МДН2 и рассчитана матрица чувствительности для этого прибора. Основные отличия детектора МДН2 состоят в следующем:

^ количество счетчиков в регистрирующих слоях уменьшено с 16 до 10, уменьшение чувствительности скомпенсировано за счет выбора нового типа счетчиков с увеличенным давлением газовой смеси в счетчиках; ^ получено новое распределение толщин замедляющих слоев и новая конструкция регистрирующей кассеты, что позволит успешно восстанавливать энергетическое распределение потоков нейтронов в выбранных энергетических диапазонах.

3. Результаты расчетов характеристик детектирующих устройств по программе №Б8иМ-2 хорошо (в пределах от 1 до 10%) согласуются

^ с результатами расчетов характеристик этих устройств по программам ПРИЗМА и МСИР,

^ с результатами экспериментов с радионуклидными источниками нейтронов проведенных в НИИИТ, МИФИ, РФЯЦ ВНИИТФ с действующими образцами этих устройств, ^ с результатами эксперимента с моноэнергетическими потоками нейтронов, проведенного на ускорителе ЭСУ-2.5 в РНЦ Курчатовский институт.

4. Показано, что детекторы типа «РЯБИНА-4П» могут успешно применяться для оценки энергетического состава нейтронных потоков на орбитальных станциях.

5. Получены оценки вероятности регистрации прибором МДН1 скрыто-провозимого ДМ. Показано, что ДМ массой 1кг, состава 239Ри - 90%, 240Ри - 10% может быть обнаружен с вероятностью 24 стандартных отклонения (530 г с вероятностью За) в стандартном транспортном контейнере, заполненном одеждой или блоками сигарет.

6. Предложены следующие модификации детектора типа МДН

• В первых регистрирующих слоях следует применять счетчики большего диаметра, так как их чувствительности выше для эпитепловых нейтронов, а в последующих слоях предпочтительнее использовать счетчики малого диаметра, причем следует увеличить количество регистрирующих слоев.

• Рассмотрен многодетекторный комплекс, в котором суммарная чувствительность обнаружения делящихся материалов выше, чем у одного пяти-слойного детектора и предложена оптимальная по соотношению «чувствительность-масса-стоимость» конструкция такого комплекса.

Список научных трудов автора, опубликованных по данной теме:

1. Деденко ГЛ., Кадилин В.В, Самосадный В.Т., и др., Многослойный детектор для оперативной оценки спектрального состава нолей нейтронов/ЯТриборы и техника эксперимента - 2002. - №3. - С. 14-23.

2. Бугаев Д.В., Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Моделирование отклика многослойного детектора нейтронов на потки нейтронов с заданным распределением по энергии: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-1999. - М.: МИФИ, 1999.-Т. 1.

3. Бугаев Д.В., Деденко Г.Л., Кадилин В.В, Самосадный В.Т., Расчетное исследование характеристик многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2001, - М.: МИФИ, 2001. - 'Г.5.

4. Деденко ГЛ., Кадилин В.В, Самосадный В.'Г., и др., Энергетическая зависимость чувствительности многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2000. - М.: МИФИ, 2000. - Т.5.

5. Деденко Г.Л., Учет неупругого рассеяния нейфонов при моделировании многослойного детектора: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2001, Конференция «Молодежь и наука». - М.: МИФИ, 2001. - Т.13.

6. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Моделирование отклика многослойного детектора нейтронов на потоки нейтронов от точечных изотропных источников: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2001, Конференция «Молодежь и наука». - М.: МИФИ, 2001. - Т.13.

2007-4 9259

7. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Оптимизация характеристик многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2002. -М.: МИФИ, 2002. - Т.5.

8. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., и др., Сравнение результатов восстановления спеюров методом регуляризации А.Н. Тихонова и методом минимизации направленного расхождения: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2002. - М.: МИФИ, 2002. - Т.5.

9. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Вероятность обнаружения делящихся материалов в стандартных транспортных контейнерах при помощи многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФЙ-2003. -М.: МИФИ, 2003. - Т.5.

10.Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Исследование характеристик многослойного детектора нейтронов второго поколения: Тез. докл. Научная сессия МИФЙ-2004. - М.: МИФИ, 2004. - Т.5.

11.Dedenko G.L., Kadilin V.V., Samossadny V.T., Dmitrenko V.V., and etc., Gamma-Ray-Neutron Complex for Control and Identification of Nuclear Materials // INMM 43rd Annual Meeting - 23 to 27 June 2002 - Orlando, Florida - USA

12. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Программа NEDSUM-2, моделирующая многослойные детектирующие структуры: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2005. -М.: МИФИ, 2005. - Т.5.

13. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Колесников C.B. и др., Факторы, определяющие чувствительность многослойного детектора нейтронов // Ядерные измеритель- * но-информациошшс технологии, №2 (14), 2005, с. 69-78 . ч

Подписано в печать 25.07.2005 г. Формат 60 х 90/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 2507051

Оттиражировано на ризографе в «ИП Гурбанов Сергей Талыбович» Св. о регистрации № 304770000207759 от 09 июня 2004 года ИНН 770170462581

15 ШОП 2005

л •ла-заая* j (.»нмяотвзд J

Введение.

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-2.

1.13 Выводы.

Глава 2. Типы моделируемых устройств.

2.1 Метод регистрации нейтронов.

2.2 Технические характеристики прибора МДН1.

2.3 Технические характеристики прибора «Рябина-4П».

2.4 Выводы.

Глава 3. Алгоритм программы NEDSUM-2.

3.1 Описание программы.

3.1.1 Модель системы детекторов.

3.1.2 Алгоритм NEDSUM-2.

3.2 Выводы.

Глава 4. Результаты расчетных экспериментов, проведенных с помощью программы NEDSUM-2.

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 252С/, проведенного в НИИИТ.

4.1.4 Тестирование программы на основе экспериментальных данных с моноэнергетическими нейтронами.

4.1.5 Проверка программы №ОБиМ-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 МДН1 на скрыто-провозимые делящиеся материалы.

4.4.1 Расчет функции отклика от источника 252С/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 МДП2 к нейтронам спектра деления -СО и нейтронам от Ри-а-Ве источника.

5.3 Предложения по дальнейшему совершенствованию приборов типа МД11.

5.3.1 Моделирование функции отклика нейтронного детектора для счетчиков различных диаметров.

5.3.2 Расчет функции отклика многодетекторного комплекса.

5.4 Выводы.

Актуальность проблемы Па сегодняшний момент в мире накоплен достаточно большой опыт работы с радиоактивными материалами (РМ). Очевидно, что с широким распространением ядерных технологий очень важным становится вопрос о безопасности обращения с РМ. Нарушение правил безопасности при обращении с РМ может приводить, с одной стороны к серьезным авариям и катастрофам, радиационному загрязнению значительных участков местности, а с другой стороны к бесконтрольному перемещению данных материалов, возможному применению их некоторыми лицами в террористических целях [45,76]. Поэтому проблема сохранности и контролируемого перемещения РМ в настоящее время достаточно актуальна. Регистрация потоков нейтронов и фотонов, испускаемых РМ, и определение характеристик гамма- и нейтронных полей, создаваемых этими материалами, - первый этап на пути обеспечения безопасности. Таким образом, разработка, конструирование и производство аппаратуры, предназначенной для регистрации радиоактивных излучений, имеет важнейшее значение. В связи с развитием компьютерных технологий большое значение в настоящее время получил метод математического моделирования происходящих в природе процессов, позволяющей как значительно упростить создание регистрирующей аппаратуры, так и адекватно интерпретировать результаты измерений.

Число физических задач, решаемых методами математического моделирования, достаточно велико. Основной особенностью моделирования является то, что физический прибор, объект или явление заменяются его математической моделью. Изучая свойства разработанной модели с помощью ЭВМ, можно предсказывать поведение моделируемого объекта в произвольных физических условиях. Причем изучение свойств объекта-модели не требует больших затрат времени и финансовых расходов, и, что самое главное позволяет получать данные, необходимые для исследования свойств объекта в реальных условиях [46,66].

Наиболее распространенным методом моделирования является метод Монте-Карло. Существует много стандартных пакетов, предназначенных для расчета приборов, основанных на этом методе. Ниже упомянуты наиболее известные из них:

• коммерческий пакет MCNP из лаборатории в Лос-Аламос (США), позволяющий рассчитывать перенос нейтронов, фотонов и электронов в среде сложного материального состава в трехмерной геометрии [57];

• свободно распространяемый пакет GEANT из ЦЕР11а (Швейцария) [56];

• свободно распространяемый пакет MCU-RFFI/2 из института им. И.В. Курчатова, предназначенный, в основном, для расчета параметров ядерных реакторов

58];

• программа «ПРИЗМА», созданная во РФЯЦ ВПИИТФ в г. Снежинск, предназначенная для расчета характеристик взаимодействия излучения с исследуемыми объектами [39,40].

В некоторых случаях целесообразность использования универсального пакета не является очевидной. Например, в пакете может не оказаться средств для описания геометрии исследуемого прибора. Кроме того, в некоторых случаях имеются оригинальные алгоритмы, адекватно моделирующие исследуемый прибор. Как правило, такие ограниченные пакеты оптимизированы под конкретную задачу и работают значительно быстрее, чем универсальные программы. Так же в таких пакетах обычно значительно проще задавать геометрию исследуемой задачи.

Объект и предмет исследования Данная диссертационная работа является частью исследований, проводимых в лаборатории «Радиометрии близкофоновых потоков излучений» кафедры «Прикладная ядерная физика» МИФИ. Одним из направлений научной деятельности сотрудников данной лаборатории является разработка и создание регистрирующей аппаратуры, предназначенной для исследования потоков и спектрального состава полей излучений. Данная аппаратура находит применение для:

• контроля неизменности состава РМ,

• контроля за перемещением РМ,

• локализации источников радиоактивного излучения на местности,

• изучения нейтронных потоков на орбите Земли [21,25,30,52,61,64,65,68,81,82].

Сотрудниками данной лаборатории в течение ряда лет ведутся разработки многослойных нейтронных детекторов, которые могут являться составной частью детектирующего комплекса, предназначенного для контроля неизменности состава и перемещения РМ. Эти комплексы могут размещаться на различных пропускных пунктах, на заводах по обработке ядерного топлива и т.п. В рамках выполнявшихся на кафедре проектов МНТЦ №348 и №1644 под руководством Самосадного В.Т. и Кадилина В.В. при участии сотрудников НИИИТ и РФЯЦ ВНИИТФ был разработан и изготовлен ряд многослойных детекторов нейтронов. Были сделаны следующие детекторы: прибор МД111, который представлен в виде модификаций МДН1.01 и МДН1.02, различающихся между собой толщинами замедляющих слоев и созданных в рамках проекта №348, и прибор нового поколения МДП2 с другой внутренней структурой, созданный в рамках проекта №1644. В разработке этих модификаций (МД111 и МДН2) приборов диссертант принимал активное участие. Причем, конструкция прибора МДП2, его внутренняя структура, тип гелиевых счетчиков были предложены диссертантом на основе проведенных расчетов. Многослойный детектор типа МДН1 или МДН2 входит в состав аппаратного комплекса по обнаружению и идентификации источников гамма- и нейтронного излучения [68,70] и позволяет измерять характеристики нейтронного излучения при работе в автономном режиме. Комплекс, в который кроме нейтронных детекторов, входят гамма- спектрометры на основе сжатого ксенона, может использоваться как для регистрации гамма- и нейтронного излучения, так и нейтронного излучения при работе в автономном режиме [26,94]. Наибольшие возможности работы в автономном режиме имеются у прибора МДН2, оборудованного новой системой сбора данных ИСИС-2 [70].

Многослойный детектор на основе гелиевых счетчиков тепловых нейтронов предназначен для оперативной оценки энергетического спектра потока нейтронов и идентификации нейтронных источников с различными спектрами. Прибор состоит из слоев гелиевых счетчиков, разделенных между собой слоями полиэтиленового замедлителя, и эффективно регистрирует нейтроны, попадающие в детектор через любую из его граней. Однако, в силу конструктивных особенностей детектора, можно восстановить энергетический спектр только тех нейтронов, которые попали в детектор через его лицевую грань. Для уменьшения доли нейтронов, попадающих в МДН через другие грани, прибор, кроме лицевой грани, со всех сторон окружен защитным экраном из водородосодержащего вещества с добавками материалов, поглощающих тепловые и медленные нейтроны.

Нейтронные детекторы аппаратуры «Рябина-4П», разработанной в ПИИЯФ МГУ имени Д.В. Скобельцина совместно с кафедрой «Прикладная ядерная физика»

МИФИ, отличаются от МДП количеством регистрирующих слоев (их всего два) и отсутствием защитного экрана. В состав аппаратуры «Рябипа-4П» входят четыре нейтронных детектора, расположенных крестообразно относительно корпуса искусственного спутника (каждый детектор повернут относительно предыдущего на угол 90°). За счет разности счета в различных модулях может быть определено направление на источник излучения [52,82].

В диссертационной работе рассматриваются методы и результаты моделирования упомянутых выше приборов: многослойного детектора нейтронов (МДН), пяти-слойпая модификация которого предназначена для исследования нейтронных полей на земле, и двухслойной модификации, имеющей кодовое название «Рябина-4П», которая находилась на наружной стороне модуля «Спектр» ОС «МИР».

В диссертационной работе рассматривается моделирование откликов приборов с использованием разработанных на кафедре «Прикладная ядерная физика» оригинальных программ - ^ББиМ [61,80], и версии ^05иМ-2 [13,14,26-35], разработанной при участии автора, и универсальных программ. Результаты, полученные по программам МСЫР и ПРИЗМА, сравнивались с результатами полученными по программе ^эБим-г.

Целью работы является:

Разработка математических моделей детекторов нейтронного излучения, исследование их характеристик численными методами, вычисление матриц чувствительности этих детекторов и выработка предложений по модернизации детекторов.

Были решены следующие задачи.

1. Проведена модернизация алгоритма и программы ЫЕБЗиМ, предназначенной в исходном варианте для моделирования отклика однородных многослойных структур при взаимодействии с плоскопараллельными потоками нейтронов, которая включала:

• добавление в программу ЫЕОБиМ части, позволяющей проводить расчеты отклика прибора для изотропных потоков нейтронов (в том числе потоков нейтронов в космическом пространстве);

• изменения программы, позволяющие учитывать реальную геометрию детектора, добавление части для расчета защитного экрана, окружающего детектор;

• добавление в программу ЫЕОБиМ части для расчета отклика от точечного изотропного источника;

• расширение библиотеки констант программы ЫЕЭБиМ (из библиотеки БПАБ-81 [3] добавлены новые элементы);

• добавление в программу части для расчета неупругого рассеяния нейтронов по матрицам межгрупповых переходов (из БНАБ-81).

Проведено сравнение результатов расчетов полученных по новой модернизированной программе ЫЕ05иМ-2:

• с результатами расчетов проведенных в РФЯЦ ВНИИТФ по программе «ПРИЗМА»;

• с результатами эксперимента с моноэнергетическими потоками нейтронов, проведенного на ускорителе ЭСУ-2.5 в РНЦ Курчатовский институт и параллельное сравнение с результатами моделирования результатов этого эксперимента по программе \4CNP;

• с результатами экспериментов с радионуклидными источниками нейтронов, проведенных в I ШИИТ, МИФИ, РФЯЦ ВНИИТФ.

Исследована возможность приборов типа «РЯБИНА-4П» для оценки энергетического состава нейтронов в околоземном космическом пространстве. Рассчитана функция отклика прибора МДН1 на потоки нейтронов с заданным угловым и энергетическим распределением.

Исследованы с помощью прибора МДН1 возможности обнаружения скрыто-провозимого делящегося материала.

Сделаны следующие предложения по оптимизации прибора МДН1:

• предложена новая толщина последнего замедляющего слоя для снижения массово-габаритных характеристик детектора при одновременном сохранении детектирующих свойств;

• предложены новые элементы конструкций прибора МД1П с целью улучшения детектирующих свойств для задачи регистрации нейтронов конкретных энергетических групп. Па основе этих предложений создан прибор нового поколения МД112.

7. Проведены исследования детектора нового поколения МД112:

• выполнен расчет функции отклика на поток нейтронов от источника 252СП

• выполнен расчет функции отклика на поток нейтронов от источника 239Ри-Ве;

• проведено сравнение расчетных данных с результатами экспериментов с радионуклидными источниками, проведенных в МИФИ и РФЯЦ ВНИИТФ.

8. Сделаны предложения по оптимизации прибора МДП:

• предложено использование счетчиков различных диаметров в регистрирующих слоях;

• предложена и исследована модель многодетекторного комплекса, созданного на основе детектора МД111

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Предложен и разработан алгоритм и создана программа позволяющие моделировать многослойные детектирующие устройства с целью получения их характеристик с учетом их внутренней конструкции.

2. С помощью разработанной программы получены функции отклика многослойных детектирующих устройств для нейтронных потоков, отличающихся пространственными и энергетическими распределениями, вычислены матрицы чувствительности этих устройств.

3. Предложены новые элементы конструкции детектирующих устройств, позволяющие улучшить их характеристики по обнаружению и идентификации изделий, содержащих делящиеся материалы.

4. Показана возможность использования многослойных детекторов в околоземном космическом пространстве для оценки энергетического состава нейтронного излучения.

Практическая значимость работы заключается в том, что

• созданы специализированный алгоритм и программа NEDSUM-2, которые позволяют моделировать многослойные детектирующие системы с учетом внутренней конструкции этих систем;

• исследованы отклики созданных многомодульных детектирующих устройств при регистрации потоков нейтронов с заданным угловым и энергетическим распределениями; получены матрицы чувствительностей для этих устройств;

• по результатам расчетов создан многослойный детектор нового поколения МД112 и рассчитаны его характеристики.

Содержание работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 125 наименований, содержит 144 страницы, в том числе 57 рисунков и 15 таблиц.

5.4 Выводы

В главе представлены результаты по модификации и совершенствованию приборов типа МДН.

1. Приведены результаты исследований по модернизации прибора МДН1, которые позволили создать на его основе прибор нового поколения МДН2

Показано, что толщину последнего слоя полиэтилена можно уменьшить с 11 до 7,5 см практически без изменения чувствительности детектора, но при этом, снижается общий вес конструкции.

• Показано, что количество счетчиков в регистрирующих слоях можно уменьшить с 16 до 10-8 без значительного изменения чувствительности детектора. Также показано, что уменьшение чувствительности можно компенсировать увеличением давления газовой смеси в счетчиках. В результате чувствительность детектора остается высокой, но при существенно снижается его стоимость. На основе этого расчета предложена новая конструкция счетчика.

• Исследования зависимости чувствительности регистрирующих слоев нейтронов от энергии для новой модели детектора МДН2 позволили определить толщины слоев модели, которая позволят успешно восстанавливать распределение потоков нейтронов в заданных энергетических диапазонах.

• Хорошее согласие результатов экспериментальных и расчетных исследований функции отклика прибора МДП2 свидетельствует о надежности проведенных исследований.

Приведены результаты теоретических исследований, которые позволяют улучшить характеристики приборов типа МДН

• Показано, что в первых регистрирующих слоях следует использовать счетчики большего диаметра, так как их чувствительность выше, а в последующих слоях предпочтительнее использовать счетчики малого диаметра, что позволяет увеличить количество регистрирующих слоев.

• Показано, что суммарная чувствительность многодетекторного комплекса, состоящего из нескольких однослойных детекторов нейтронов и одного пятислойного, выше, чем одного пятислойного детектора. Предложена оптимальная конструкция такого комплекса.

Заключение

Основной итог диссертационной работы заключается в разработке алгоритма и программы ^05иМ-2 и выполнении исследований многослойных детектирующих устройств с ее помощью, предложений по совершенствованию созданных устройств с целью улучшения их регистрирующих характеристик, которые привели к созданию детекторов нового поколения. Созданные приборы могут найти широкое применение в различных прикладных областях по контролю за перемещением ядерных материалов.

Этот вывод подтверждается следующими результатами, опубликованными в работе.

1. Разработан алгоритм и составлена программа ^05иМ-2, позволяющая моделировать многослойные детекторы со сложной внутренней структурой.

2. На основе расчетов по программе ЫЕ0811М-2

• разработаны две модели многослойного детектора МДН1 - МДН1.01 и МД111.02, получены матрицы чувствительности для этих детекторов, проведены исследования характеристик этих детекторов;

• создан детектор нового поколения МДН2 и рассчитана матрица чувствительности для этого прибора. Основные отличия детектора МДН2 состоят в следующем: количество счетчиков в регистрирующих слоях уменьшено с 16 до 10, уменьшение чувствительности скомпенсировано за счет выбора нового типа счетчиков с увеличенным давлением газовой смеси в счетчиках; получено новое распределение толщин замедляющих слоев и новая конструкция регистрирующей кассеты, что позволит успешно восстанавливать энергетическое распределение потоков нейтронов в выбранных энергетических диапазонах.

3. Результаты расчетов характеристик детектирующих устройств по программе ^Э5иМ-2 хорошо (в пределах от 1 до 10%) согласуются с результатами расчетов характеристик этих устройств по программам ПРИЗМА и МСЫР, с результатами экспериментов с радионуклидными источниками нейтронов проведенных в НИИИТ, МИФИ, РФЯЦ ВНИИТФ с действующими образцами этих устройств, ^ с результатами эксперимента с моноэнергетичсскими потоками нейтронов, проведенного на ускорителе ЭСУ-2.5 в РПЦ Курчатовский институт.

4. Показано, что детекторы типа «РЯБИПА-4П» могут успешно применяться для оценки энергетического состава нейтронных потоков на орбитальных станциях.

5. Получены оценки вероятности регистрации прибором МДП1 скрыто-провозимого ДМ. Показано, что ДМ массой 1кг, состава 239Ри - 90%, 240Ри - 10% может быть обнаружен с вероятностью 24 стандартных отклонения (530 г с вероятностью За) в стандартном транспортном контейнере, заполненном одеждой или блоками сигарет.

6. Предложены следующие модификации детектора типа МДН

• В первых регистрирующих слоях следует применять счетчики большего диаметра, так как их чувствительности выше для эпитепловых нейтронов, а в последующих слоях предпочтительнее использовать счетчики малого диаметра, причем следует увеличить количество регистрирующих слоев.

• Рассмотрен многодетекторный комплекс, в котором суммарная чувствительность обнаружения делящихся материалов выше, чем у одного пятислойного детектора и предложена оптимальная по соотношению «чувствителыюсть-масса-стоимость» конструкция такого комплекса.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Кадилину В.В. за постоянное внимание и поддержку при выполнении работы, Самосадному В.Т. за ценные советы, Бугаеву Д.В. за помощь при составлении части программы, Старцеву А.Н. за помощь при проведении отдельных расчетов, Недзель-скому А.Н. за сотрудничество и изготовление счетчиков «Гелий-4-1», Игнатьеву Г.Н., Семенову Д.С. и Чернову М.Ю. за участие в изготовлении приборов МДП1, МДП2.

1. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики М.: Энегроатомиздат, 1985 <г

2. Агабян Л.П., Базазянц И.О., Николаев M.II. Групповые константы для расчёта реакторов и защиты М.: Энергоиздат, 1964

3. Агабян Л.П., Базазянц Н.О., Николаев M.II., Групповые константы для расчёта реакторов и защиты М.: Энергоиздат, 1981

4. Аккерман А.Ф., Аскарова Г.У., Гибрехтерман A.JL, и др., Пакет COMPLTRANS. Моделирование переноса ионизирующего излучения в гетерогенных сре-дах//Препринт ИФВЭ 90-10 Алма-Ата, 1990

5. Акопова А.Б., Дудкин В.Е., Крипцян В.М. и др., Исследование радиационной обстановки на ИСЗ «Космос 1514»//Космические исследования 1992. - т.30 - выпуск 2 - С.248-254.

6. Андросенко А.А, Андросенко П.А., Артамонов С.Н., Моделирование методом Монте-Карло процесса переноса нейтронов, фотонов и заряженных частиц, // Препринт ФЭИ-2205 Обнинск - 1991

7. Андросенко П.А., Блыскавка А. А. Шимкевич И.Ю., Метод Монте-Карло для задач определения характеристик источников излучения по результатам экспериментальных измерений // Препринт, Обнинск ФЭИ - 1994

8. Бабикова Ю.Ф., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Чаадаев В.А. и др. Устройство для исследования потоков нейтронов, авт. свид. N2879548/18-25 от 08.02.80

9. Ю.Бамст А.Х., Быков A.A., и др. Моделирование гамма- спектрометров методом Монте-Карло, 41 Ленинград - 1989

10. П.Бритвич Г.И., Васильченко В.Г. и др. Прототип детектора нейтронов на основе борсодержащего пластического сцинтиллятора. // Препринт ИФВЭ 2004

11. Бритвич И.Г., Васильченко В.Г., Кириченко B.II, и др. Новые сцинтилляторы на полистирольной основе // Приборы и техника эксперимента 2002. - №5

12. Бугаев Д.В., Деденко Г.Л., Кадилин В.В, Самосадный В.Т., Расчетное исследование характеристик многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2001. М.: МИФИ, 2001. - Т.5.

13. Бугаев Д.В., Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Моделирование отклика многослойного детектора нейтронов на потки нейтронов с заданным распределением по энергии: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-1999. М.: МИФИ, 1999.-Т.1.

14. В.И. Мухин, А.Д. Рогов Детекторы нейтронов для радиационного контроля в полевых условиях. //Научная сессия МИФИ-2001 М.: МИФИ, 2001, Т.5, с. 116-117

15. B.II. Лавренчик, Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов М.: Энерогоатомиздат - 1986

16. Газоразрядные детекторы ионизирующих излучений М.: ВПИИТФА - 1987

17. Глушков А.Е., Гомин Е.А. Общее описание и алгоритмы составного физического модуля пакета MCU-4 для моделирования взаимодействия нейтронов с веществом // Препринт М.: РНЦ Курчатовский институт - 1997

18. Горбатков Д.В., Крычков В.П., Сравнение результатов расчетов переноса излучений, полученных с использованием различных транспортных кодов // Препринт ИФВЭ 95-73 Протвино - 1995

19. Горн Л.С., Хазанов Б.И. Современные приборы для измерения ионизирующих излучений М.: Энергоатомиздат 1989

20. Гусев Н.Г., Климанов В.А., Машкович В.П., Суворов А.П., Защита от ионизирующих излучений, Т.1, Физические основы защиты от излучений М.: Энергоатомиздат -1989

21. Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П., Защита от ионизирующих излучениий, том 1, Физические основы защиты от излучений М.: Атомиздат - 1980

22. Даниэль A.B., Козулин Э.М., Кузнецов A.B., Расчет функции отклика нейтронных детекторов на основе жидких органических сцинтилляторов // Препринт ОИЯИ -Дубна 1992

23. Деденко Г.Л., Васильева O.A., Исаков C.B., и др., Расчет анизотропии чувствительности задаваемых конфигураций панорамного детектирующего устройства: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2003. М.: МИФИ, 2003. - Т.5.

24. Деденко Г.Л., Кадилин В.В, Самосадный В.Т., и др., Многослойный детектор для оперативной оценки спектрального состава полей нейтронов//Приборы и техника эксперимента 2002. - №3. - С. 14-23

25. Деденко Г.Л., Кадилин В.В. Самосадный В.Т., и др., Энергетическая зависимость чувствительности многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2000. М.: МИФИ, 2000. - Т.5.

26. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Колесников C.B. и др., Факторы, определяющие чувствительность многослойного детектора нейтронов // Ядерные измерительно-информационные технологии, №2 (14), 2005, с. 69-78

27. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Программа NEDSUM-2, моделирующая многослойные детектирующие структуры: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2005. М.: МИФИ, 2005.-Т.5.

28. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Вероятность обнаружения делящихся материалов в стандартных транспортных контейнерах при помощи многослойного детектора нейтронов: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2003. -М.: МИФИ, 2003.-Т.5.

29. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., и др., Сравнение результатов восстановления спектров методом регуляризации А.Н. Тихонова и методом минимизации направленного расхождения: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2002. М.: МИФИ, 2002. - Т,5.

30. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Исследование характеристик многослойного детектора нейтронов второго поколения: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2004. М.: МИФИ, 2004. - Т.5.

31. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Моделирование отклика многослойного детектора нейтронов на потоки нейтронов от точечных изотропных источников: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2001, Конференция «Молодежь и наука». М.: МИФИ, 2001. - Т. 13.

32. Деденко Г.Л., Кадилин В.В., Самосадный В.Т., Оптимизация характеристик многослойного детектора: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2002. М.: МИФИ, 2002.- Т.5.

33. Деденко Г.Л., Учет неупругого рассеяния нейтронов при моделировании многослойного детектора: Тез. докл. Научная сессия МИФИ-2001, Конференция «Молодежь и наука». М.: МИФИ, 2001. -Т.13.

34. Егоров Ю.А., Сцинтилляционный метод спектрометрии гамма-излучения и быстрых нейтронов М.: Госатомиздат, 196337.3асадыч Ю.Б., Прокудин П.П. //Приборы и Техника эксперимента, 1980 №5, с. 245

35. Кадилин В.В., Рябева Е.В., Самосадный В.Т., и др., Экспрессный метод выделения энергетических групп нейтронов с помощью многомодульного детектирующего устройства. // М.: Атомная энергия, 1988, Т.85, Вып.З, с.251-253

36. Кандиев Я.З., Катаева Е.А., Малышкин Г.Н., Описание источников излучений при решении задач переноса методом Монте-Карло в РФЯЦ-ВНИИТФ // Препринт №176, Снежинск, РФЯЦ-ВНИИТФ, 2002

37. Кандиев Я.З., Неаналоговое моделирование в программе "Призма" // Тезисы докладов восьмого всесоюзного совещания: "Методы Монте-Карло в вычислительной технике, математике и математической физике", 1991г., стр.42-45.

38. Колеватов Ю.И., Семенов В.П., Трыков JI.A. Спектрометрия нейтронов и гамма-излучения в радиационной физике М.: Энергоатомиздат, 1991, с.296

39. Колесников C.B., Метод обнаружения и идентификации источников по спектрам испускаемых ими нейтронов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.ф.-м.н. М, 2001

40. Крамер-Агеев Е.А, Лавренчик В.Н., Самосадный В.Т., Протасов В.П., Экспериментальные методы нейтронных исследований М.: Энергоатомиздат, 1990

41. Мартин Ф., Моделирование на вычислительных машинах М.: Советское радио, 1972

42. Медведев М.И. Сцинтилляционные детекторы М.: Атомиздат, 1977

43. Описание GEANT http://wmvasdoc.web.cern.ch/mv\vasdoc/pdfdir/geant.pdf

44. Определение радиационных дозовых нагрузок на элементы низкоорбитальных космических аппаратов // Отчет НПО «Энергия» им. С.П. Королева, 1988

45. Отчёт о работе Международного НТС по ЯФМ обнаружения взрывчатых и делящихся материалов, г. Обнинск, 8 -11.04.1996г.

46. Павлюченко J1.H., Кравцов A.B., Айбергенов Т.А., Сокол Г.А., Моделирование характеристик сцинтилляционного слоистого детектора нейтронов // Препринт, Физический институт им. П.Н. Лебедева, М., 1995

47. Панасюк М.И., Шаврин П.И., Нечаев С.Ю., и др. Многоцелевой детекторный модуль для регистрации нейтронов на борту орбитальной станции // Препринт 9013/159 М.: НИИЯФ МГУ, 1990

48. Патент РФ №2102775 на изобретение «Устройство для регистрации потоков нейтронов»

49. Прибор СРП http://w^\,w.niiit.ru/cata1og2002/ifrmd/sфnЗrus■shlm1

50. Прибор СРП http://ww\v.niiit.m/cata1og2002/ifrrnd/srpn6 rus.shtml

51. Программа GEANT http://geant4/web.cern.ch/geant4/

52. Программа MCNP http://laws.1anl.gov/x5/MCNP/index.html

53. Программа MCU-RFFI/2 с библиотекой констант DLC/MCUDAT // ЗАО "ИНЕРТЭК", М., 2002

54. Программа семинара «Радиационный мониторинг ядерных материалов на Российских предприятиях», ГЦИПК г. Обнинск, 7-11.10.1996

55. Разработка методов и программ обработки результатов космических экспериментов по измерению потоков и спектров нейтронов в околоземном космическом пространстве // Отчет МИФИ по теме 93-3-024-540, 1 этап, 1993

56. Разработка методов и программ обработки результатов космических экспериментов по измерению потоков и спектров нейтронов в околоземном космическом пространстве // Отчёт о научно-технической работе М.: МИФИ, 1993

57. Райлли Д., Энсселин Н., Смит X. мл., Крайнер С., Пассивный неразрушающий анализ ядерных материалов М.: Бином, 2000

58. Рябева Е.В., Самосадный В.Т., Жуйко C.B., и др. Разработка и создание аппаратуры «СПЕКТР-Н» для спектрометрии низкоинтенсивных потоков нейтронов и определения флюенсов в диапазоне 106-109 нейтр/см2 // Отчет МИФИ по теме N0186.0103062 М., 1990

59. Рябева Е.В., Сибирцев A.A., Лакина И.Ю., Самосадный В.Т. Потоки нейтронов на борту орбитальной станции // Космические исследования 1992. - Т.38, Вып.6

60. Самарский A.A., Михайлов А.П., Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры М.: Наука, Физматлит, 1997

61. Сечения ядерных реакций, рекомендуемые в качестве опорных при нейтронных измерениях -М.: Энергоатомиздат, 1990

62. Соболь И.М. Метод Монте-Карло М.: Паука, 1985

63. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло М.: Наука, Физматлит, 1973

64. Столярова E.JL, Нейтронные спектрометры и их применение в прикладных задачах М.: Атомиздат, 1969

65. Тараско М.З. Метод минимума направленного расхождения в задачах поиска распределений // Препринт ФЭИ № 1446 Обнинск, 1983.

66. Трехсторонняя инициатива Россия США - МАГАТЭ. Совещание технических экспертов. 10-13 марта 1998 года, ГНЦ РФ - Физико-энергетический институт, Обнинск, 1998

67. Устройство для определения концентрации делящегося вещества в топливных образцах без их разрушения. // Авторское свидетельство №716419. Ромоданов B.JL, Николаев В.Г., 22 октября 1979г.

68. Устройство для определения концентрации делящегося вещества в топливных образцах без их разрушения (дополнение). // Авторское свидетельство № 988102, 7 сентября 1982г, Ромоданов В.Л., Николаев В.Г

69. Фролов В.В. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ М.: Энер-гоиздат, 1989

70. Чаадаев В.А., Рябева Е.В., Самосадный В.Т. Восстановление энергетическо-углового распределения потоков нейтронов // М.: Препринт МИФИ 029-91, 1991

71. Экспериментальное исследование энергетических спектров и флюенсов нейтронов внутри ОС «Мир» // Отчет МИФИ по теме 92-3-024-540,1992

72. Экспериментальное определение чувствительности детекторного модуля аппаратуры «Рябина 4П» к нейтронам // Отчет о научно-исследовательской работе М.: НИИЯФМГУ, 1987

73. A Combined Thermal/Epitermal Neutron Interrogation Device to Assay Fissile Materials in Large Containers // K.L. Coop, Los Alamos, NM 875545 USA

74. Aarnio P.A., et al. Fluka user's guide. // Technical Report TIS-RP-190, CERN, 1987, 1990

75. Aarnio P.A., Fass'o A., Ferrari A., et al., FLUKA: hadronic benchmarks and applications // In MC93 Int. Conf. on Monte-Carlo Simulation in High-Energy and Nuclear Physics, Tallahassee, Florida, 22-26 February 1993. Proceedings in press.

76. Arthur E.D. and Young P.G., Evaluated Neutron-Induced Cross Sections for 54,56Fe to 40 MeV // Los Alamos Scientific Laboratory report LA-8626-MS (ENDF-304) (December 1980).

77. Arthur E.D., Young P.G., Smith A.B., and Philis C.A., New Tungsten Isotope Evaluations for Neutron Energies Between 0.1 and 20 MeV, // Trans. Am. Nucl. Soc. 39, 7931981)

78. Birattari C., DePonti E., Esposito A., Ferrari A., Pelliccioni M. and Silari M., Measurements and characterization of high energy neutron fields. // Approved for publication in Nuclear Instruments & Methods A. 1993

79. Close D.A., Bearse R.C., Menlove H.O., 252Cf-based Hydrogen Analyzer // Nuclear Instruments and methods 136,131, 1976

80. Crane T.W., Calibration of a Neutron Coincidence Counter for Measurement of the Plutonium Content of Wet Oxalate Cakes // Los Alamos National Laboratory report LA-9744-MS, April 1983

81. Dedenko G.L., Kadilin V.V., Samossadny V.T., Dmitrenko V.V., and etc., Gamma-Ray-Neutron Complex for Control and Identification of Nuclear Materials // INMM 43rd

82. Annual Meeting, 23 to 27 June 2002, Orlando, Florida, USA

83. Development of Advanced Matrix Correction Techniques for Active Innerogation of Waste Drums Using the CTEN Instrument // Sheila Melton and others, 38 INNM Annual Meeting, Preprint LA-UR-97-399, 1997

84. Doher L., A Measurement Control Scheme for Plutonium Counting Systems // Proc. Institute of Nuclear Materials Management Annual Meeting, Gatlinburg, Tennessee, May 1970

85. Dowdy E.J., Robba A.A., Hastings R.D. Power Reactor Monitor // Nuclear Safeguards Research and Development Program Status Report, May-August 1978, Gardner S.D., Ed., Los Alamos National Laboratory report LA-7616-PR, April 1979, pp.58-60

86. Fassvo A., Ferrari A., Ranft J., Sala P.R., Stevenson G.R., and Zazula J.M., FLUKA92 // In Proceedings of the Workshop on Simulating Accelerator Radiation Environments, Santa Fe, USA, 11-15 January 1993.

87. Fassvo A., Ferrari A., Ranft J., Sala P.R., Stevenson G.R., and Zazula J.M., A Comparison of FLUKA Simulations with measurements of Fluence and Dose in Calorimeter Structures // Nuclear Instruments & Methods A, 332:459,1993.

88. Fesefeldt H.C., Simulation of hadronic showers, physics and applications // Technical Report PITHA 85-02, III Physikalisches Institut, RWTHAachen Physikzentrum, 5100 Aachen, Germany, September 1985

89. Foster D.G., Jr. and Arthur E.D., Average Neutronic Properties of "Prompt" Fission Products // Los Alamos National Laboratory report LA-9168-MS (February 1982).

90. Gardner M.A. and Howerton R.J., ACTL: Evaluated Neutron Activation Cross-Section Library Evaluation Techniques and Reaction Index // Lawrence Livermore National Laboratory report UCRL-50400, Vol. 18 (October 1978).

91. Hammersley J.M. and Handscomb D.S., Monte Carlo methods // J.Wiley et Sons Inc, New York, 1964.

92. Harlan R., U and Pu Assay of Created Waste By Gamma-Ray, Singles Neutron, and Slow Neutron Coincidence Counting // Measurement Technology for Safeguards and

93. Materials Control, Canada T.R., Carpenter B.S., EDS, (NBS Special Publication 582, 1980)

94. Judith F. Bricsmeister, Ed., MCNP-A General Monte Carlo N-Particle Transport Code Version 4C // Los Alamos National Laboratory report LA-13709-M, April 2000

95. Kindle C., In-Situ Measurement of Residual Pu, // Nuclear Materials Management V, 540, 1976

96. Kinsey R., Data Formats and Procedures for the Evaluated Nuclear Data File, ENDF // Brookhaven National Laboratory report BNL-NCS-50496 (ENDF 102) 2nd Edition (ENDF/B-V) (October 1979).

97. Kunz W.E. A Fissile Waste or Scarp Assay System with 1-mg Sensitivity // Trans. ANS. 1981. Vol. 39. P.341

98. Lingenfentec R.E. Cosmic-Ray Neutron Leakage flux. // Journal of Geophysical Research -1963. -v.68, n20.

99. Marshall R.S., Canada T.R., An NDA Technique for the Assay of Wet Plutonium Oxalate, Nuclear Material Management 107-113,1980

100. Menlove H.O., Atwell T.L., Ramalho A. Upgarding of SNAP Neutron Detector, SNAP-II // Nuclear Safeguards Research Program Status Reoprt, September-Desember 1975, Los Alamos Scientific Laboratory report LA-6316-PR (April 1976)

101. NCR Guide 5.23, In-Situ Assay of Plutonium Residual Holdup // Rev.l, February, 1984

102. Neutron detectors Gamma Detectors, Philips Components // Philips Export B.V., 1990

103. Reilly T.D., Trope M.M. Neutron Assay of 55-Gallon Barrels Nuclear Safeguards Research and Development Program Status Report, May-August 1970 // Los Alamos Scientific Laboratory report LA-4523-MS, September 1970, pp.26-29

104. Shilov S.B., Romodanov V.L., Nikolaev V.G., Nondestructive Control Method of Non-irradiated Nuclear Reactors Fuel Assemblies using a Pulsed Neutron Source // Atomnaya Energja, Vol.49(2), 1980, pp. 122-123 (in Russian)

105. Sprinkle J.K., Jr., Stephnes M.M., End-Crop Box Counter Manual // Los Alamos National Laboratory report LA-9781-M, June 1983

106. Walton R.B., Reilly T.D., Parker J.L. et al. Measurment of UF6 Cylinders with Portable instruments//Nuclear Technology 21, 133,1974

107. Walton R.B., The Feasibility of Nondestructive Assay Measurements in Uranium Enrichment Plants // Los Alamos Scientific Laboratory report LA-7212-MS, April, 1978

108. Ziock K.P., Hailey C.J., Gosnell T.B., Lupton J.H., A Gamma-Ray Imager for Arms Control // IEEE Transactions on nuclear science. Vol. 39. No. 4, p. 1046,1992.