Czasopismo | PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA | Rocznik 2019 - zeszyt 14-15

Metrologia neutronów (cz. I)

Neutron Metrology (p. I)

nr katalogowy: 121341

Streszczenie

Metrologia neutronów to dziedzina nauki, która zajmuje się wykonywaniem pomiarów natężenia pól neutronowych w zakresach energii obejmujących kilkanaście rzędów wielkości i intensywnościach obejmujących do dwudziestu rzędów wielkości. Istotą metrologii neutronów jest oszacowanie ilości neutronów wyemitowanych ze źródła i przechodzących przez pewną określoną powierzchnię (fluencja). W celu zapewnienia zgodności ze standardami (normami) stosowanymi przez różnych użytkowników, wielkości te podlegają pomiarowi, a następnie walidacji. To wszystko służy poznaniu charakterystyki pola neutronów, a co za tym idzie wymaga również znajomości widma energetycznego neutronów. Szeroki zakres energii, dla którego konieczne jest zdefiniowanie standardów fluencji neutronów i równoważników dawek, można podzielić na następujące obszary: termiczny, 1/E, neutronów prędkich i wysokich energii. Problematyka związana z metrologią neutronów łączy w sobie: wielkości podlegające mierzeniu i ich związki, jednostki do ich pomiaru, techniki wytwarzania i pomiaru standardowych pól neutronowych oraz niepewność pomiarów. Poza artykułami i publikacjami zajmującymi się problematyką metrologii neutronów, ważną rolę odgrywają normy międzynarodowe, które opisują wytwarzanie pól neutronów służących kalibracji oraz testowaniu przyrządów pomiarowych. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) wdrożyła standardy opisujące, jak należy wytwarzać pola neutronowe, jak należy te pola standaryzować i używać do celów kalibracji. Normy te były kilkakrotnie aktualizowane i rozszerzane. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) określiła normatywy opisujące metody testowania urządzeń związanych z ochroną radiologiczną dotyczące urządzeń pomiarowych i dozymetrów osobistych. Normatywy te obejmują metody standaryzacji i kalibracji. W niniejszym artykule przedstawiono przyrządy i opisano metody służące do pomiarów neutronów z podziałem na metody spektrometryczne oraz metody służące do pomiaru fluencji neutronów i metody pasywne. Do celów kalibracji przyrządów potrzebne są standardowe pola neutronów umożliwiające dokonywanie pomiarów przy wszystkich energiach. Sposób, w jaki neutrony oddziałują z materią, zależy od ich energii. Wychwyt neutronów (n,γ) zachodzi głównie przy niskich energiach, podczas gdy cały szereg reakcji jądrowych obejmujący (n, p), (n, α) i reakcje spalacyjne (p, n,n,n,…) występuje przy wyższych energiach. Rozpraszanie neutronów (n, n’) występuje przy wszystkich energiach. Ta różnorodność reakcji powoduje, że wraz ze zmianą energii neutronów i materiałów, z którymi one oddziałują, stosować należy inny element czuły detektora. Metrologia neutronów obejmuje zatem szeroki zakres stosowanych przyrządów pomiarowych. Niekiedy posługujemy się metodami pasywnymi, w których nie wytwarzany jest sygnał elektryczny. Pomiary rozkładu neutronów zarówno względem ich energii, jak i kierunku, są zadaniem niezwykle trudnym i do chwili obecnej nie znaleziono jeszcze satysfakcjonujących metod ich realizacji. Metrologia neutronów wykorzystywana jest w różnych dziedzinach: ochronie radiologicznej, dozymetrii stanów krytycznych, sterowaniu reaktorami jądrowymi oraz dostarczaniu danych wejściowych do projektowania. Jedną z najważniejszych innowacji w metrologii neutronów w ostatnich latach było wykorzystanie kodów transportu neutronów. Obliczenia transportu promieniowania mają długą historię i istotne znaczenie w zrozumieniu stanów obejmujących stosowanie wszystkich rodzajów promieniowania. Ostatnie najistotniejsze zmiany są związane z powszechną dostępnością kodów, łatwością w użyciu i swobodnym dostępem. Zazwyczaj są to kody oparte o metodę Monte Carlo, takie jak MCNP (ang.: Monte Carlo N-particles). Pojawiły się także trójwymiarowe, dyskretne kody deterministyczne jak Attila.

Abstract

Neutron metrology is a field of science that deals with the measurements of neutron fields intensity in energy ranges covering several ranks of quantities and intensities up to twenty ranks of quantities. The essence of neutron metrology is to estimate the number of neutrons emitted from the source and passing through a certain surface (fluence). In order to ensure compliance with Metrologia neutronów (cz. I) Neutron Metrology (p. I) Łukasz MODZELEWSKI, Zuzanna BARANOWSKA, Katarzyna WOŁOSZCZUK, Paweł KRAJEWSKI Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, Konwaliowa 7, 03-194 Warszawa Sławomir JEDNORÓG, Ewa ŁASZYŃSKA Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Hery 23, 01-497 Warszawa Kamil SZEWCZAK Instytut Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk, Doświadczalna 4, 20-290 Lublin NAUKA 30 PRZEGLĄD TECHNICZNY 14-15/2019 the regulations (standards) used by different users, these quantities are measured, and then validated. This all is done to understand the characteristics of the neutron field, and hence it requires knowledge of the neutron energy spectrum. A wide range of energy, for which it is necessary to define neutron fluency standards and dose equivalents, can be divided into the following areas: thermal, 1/E, fast neutrons and high energies. The issues related to the neutrons metrology combine: measured quantities and their relationships, units for their measurement, techniques of forming and measuring standard neutron fields, and measurement uncertainty. In addition to articles and publications dealing with the issues of neutron metrology, an important role is played by international standards that describe the formation of neutron fields that are used to calibrate and test the measuring instruments. The International Organization for Standardization (ISO) has implemented standards describing how to generate neutron fields, how these fields should be standardized and used for calibration purposes. These standards have been updated and expanded several times. The International Electrotechnical Commission (IEC) has defined the norms describing testing methods of devices related to radiological protection for measuring devices and personal dosimeters. These regulations include standardization and calibration methods. This article presents instruments and description of the methods for neutron measuring with the division into spectrometric methods, methods for measuring neutron fluency and passive methods. Standard neutron fields that enable measurements at all energies are needed in order to calibrate instruments. The way in which neutrons interact with matter depends on their energy. The neutron uptake (n, γ) occurs mainly at low energies, while a whole range of nuclear reactions including (n, p), (n, α) and combustion reactions (p, n, n, n, ...) occur at higher energies. Neutron scattering (n, n ') occurs at all energies. This diversity of reactions causes that along with the change in the energy of neutrons and the materials with which they interact, a different element of the sensitive detector should be used. Thus, neutron metrology covers a wide range of applied measuring instruments. Sometimes we use passive methods in which no electrical signal is produced. Measurements of neutron degradation (disintegration) both in relation to their energy and direction are an extremely difficult task and to this date satisfactory methods of their implementation have not yet been found. Neutron metrology is used in various way, including radiological protection, dosimetry of critical states, control of nuclear reactors and provision of input data for design. One of the most important innovations in neutron metrology in recent years has been the usage of neutron transport codes. Radiation transport calculations have a long history and are important in understanding states involving the use of all types of radiation. The last most important changes are related to the universal accessibility of codes, ease of their use and free access. Typically, these are codes based on the Monte Carlo method, such as the MCNP (Monte Carlo N-particles). There are also three-dimensional, discrete, deterministic codes such as Attila.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Thomas D, Nolte R, Gressier V. 2011. "What is neutron metrology and why is it needed?" Metrologia 48 S225-S238 doi:10.1088/0026-1394/48/6/S01
[2] Szewczak K. 2014. Ocena narażenia radiologicznego podczas badan fuzyjnych na układzie PF-1000. Świerk: Narodowe Centrum Badań Jądrowych.
[3] Łaszyńska E. 2018. Badania kalibracyjne aparatury przeznaczonej do aktywacyjnej diagnostyki neutronów z reakcji syntezy jądrowej D-T w tokamaku JET. Świerk: Narodowe Centrum Badań Jądrowych
[4] Tsoulfanidis N, Landsbergger S. 2011. Measurement and detection of radiation. CFC Press, Third edition (2011)
[5] Międzynarodowe podstawowe normy ochrony przed promieniowaniem jonizującym i bezpieczeństwa źródeł promieniowania. 1997. Państwowa Agencja Atomistyki.
[6] International Commission on Radiation Units and Measurements. 1993. Quantities and Units in Radiation Protection Dosimetry ICRU Report 51 (Bethesda, MD: ICRU)
[7] International Commission on Radiation Units and Measurements. 2001. Determination of Operational Dose Equivalent Quantities For Neutrons ICRU Report 66 Journal of the ICRU vol 1 No 2 (Ashford, UK: Nuclear Technology Publishing)
[8] International Commission on Radiological Protection. 1996. Conversion Coefficients for use in Radiological Protection Against External Radiation ICRP Publication 74 (Oxford: Pergamon)
[9] International Commission on Radiation Units and Measurements. 1998. Conversion Coefficients for Use in Radiological Protection Against External Radiation ICRU Report 57 (Bethesda, MD: ICRU)

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 121341 "Metrologia neutronów (cz...." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - e-zeszyt (pdf) 2019-14-15 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	12.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

312.00 zł

PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - papierowa prenumerata roczna	384.00 zł brutto 355.56 zł netto 28.44 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

426.00 zł

PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	474.00 zł brutto 438.89 zł netto 35.11 zł VAT (stawka VAT 8%)

474.00 zł

Zeszyt

2019-14-15

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma