Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Литийсодержащие радиаторные материалы для нейтронных ионизационных камер

20.12.2024 2024 - №04 Безопасность, надежность и диагностика ЯЭУ

П.Б. Басков Б.С. Саламаха Я.В. Глазюк А.А. Намакшинас С.А. Бондаренко И.М. Мушин А.С. Худин

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.05

УДК: 53.083.94/.087; 621.039.531

Представлены результаты материаловедческих исследований, направленных на создание композитных радиаторных покрытий ионизационных камер (ИК), содержащих изотоп 6Li, преобразующих нейтронное излучение в поток высокоэнергетических заряженных частиц посредством ядерной реакции 6Li(n, α)3H. Предложенный способ формирования литийсодержащих радиаторных покрытий позволяет обеспечить высокую термостойкость до 600°С и механическую прочность за счет адгезии к материалу электродов ИК (сталь марки 12Х18Н10Т). Преимущества литийсодержащего радиатора по сравнению с борным обусловлено меньшим сечением взаимодействия 6Li с нейтроном; снижение эффективности преобразования «нейтрон → заряженная частица» компенсируется большим энерговыделением и пробегом продуктов реакции в материале радиатора, что позволяет повысить поверхностную плотность атомов 6Li, при этом понизить степень «выгорания» в нейтронных полях. Радиатор электрода ИК состоит из двухслойного композитного покрытия, состоящего из адгезионного силикатного слоя и функционального нейтрон-чувствительного слоя фторида лития. Измерения на α-спектрометрической установке показали, что покрытие имеет высокий энерговыход (~ 2,8·10-3 МэВ/нейтрон), который остается стабильным после четырехкратных термоциклов до 600°С. Покрытие обладает вибрационной устойчивостью при воздействии частот 35 – 200 Гц. Представлены результаты испытаний макета ИК с литийсодержащим радиаторным покрытием. При облучении нейтронным потоком 6·103 см-2·с-1 значение чувствительности макета ИК составило порядка 10-15 А·с·см2/нейтрон, что согласуется с расчетным значением.

Ссылки

  1. Басков П.Б., Маричев Г.В., Сахаров В.В., Степанов В.А. Ядерно-оптические преобразователи для детектирования сильных нейтронных полей. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 4. – С. 122 – 132. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.11
  2. Сахаров В.В., Басков П.Б., Берикашвили В.Ш., Ивкина О.В., Косов Д.Е., Мосягина И.В., Фролов Н.Н., Шарипова М.А. Оксидная наноуровневая модификация поверхности неорганических материалов. // Российский химический журнал. – 2012. – № 1-2. – С. 36 – 43. Электронный ресурс: https://elibrary.ru/download/elibrary_18013627_10974709.pdf (дата доступа 01.11.2023).
  3. Егоров А.В., Басков П.Б., Сахаров В.В., Мосягина И.В. Ураноксидный радиатор ионизационной камеры деления. – Патент РФ, № 152036. – 2015. Электронный ресурс: https://elibrary.ru/download/elibrary_38370451_98101785.pdf (дата доступа 01.11.2023).
  4. Сахаров В.В., Басков П.Б., Мосягина И.В. и др. Химический синтез нейтрон-детектирующих ультратонких оптических материалов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2012. – № 4. – С. 130 – 142. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2012.4.15
  5. Басков П.Б., Мосягина И.В., Сахаров В.В., Ивкина О.В., Худин А.С., Кириченко Г.П. Малогабаритные ториевые камеры деления для регистрации быстрых нейтронов в реакторных установках. // Атомная энергия. – 2018. – № 1. – С. 34 – 38. Электронный ресурс: https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t125-1_2018/p34/ (дата доступа 01.11.2023).
  6. Глазюк Я.В., Дмитриев А.Б., Федосеев В.А. Высокотемпературная ионизационная камера деления для систем управления и защиты ядерных реакторов. Патент РФ, № 2630260. – 2017. Электронный ресурс: https://elibrary.ru/download/elibrary_38286699_38973367.pdf (дата доступа 01.11.2023).
  7. Войтовецкий В.К., Толмачева Н.С. Литий-силикатные сцинтилляционные стекла для детектирования медленных нейтронов. // Атомная энергия. – 1959. – № 4. – С. 472 – 475. Электронный ресурс: https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t6-4_1959/p472/ (дата доступа 05.11.2023).
  8. Войтовецкий В.К., Толмачева Н.С. Сцинтилляционные стекла с повышенным световыходом для детектирования нейтронов. // Атомная энергия. – 1961. – № 5. – С. 504. Электронный ресурс: https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t10-5_1961/p504/ (дата доступа 05.11.2023).
  9. Шульгин Б.В., Петров В.Л., Пустоваров В.А. и др. Сцинтилляционные детекторы нейтронов на базе 6Li-силикатного стекла, активированного церием. // Физика твердого тела. – 2005. – № 8. – С. 1364 – 1367. Электронный ресурс: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/3910 (дата доступа 05.11.2023).
  10. Osovizky A., Pritchard K., Ziegler J., Binkley E., Yehuda-Zada Y., Tsai P., Thompson A., Cooksey C., Siebein K., Hadad N., Jackson M., Hurlbut C., Ibberson R., Baltic G. M., Majkrzak C.F., Maliszewskyj N.C. 6LiF:ZnS(Ag) Mixture Optimization for a Highly Efficient Ultrathin Cold Neutron Detector. // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2018. – Vol. 65. – Iss. 4. – PP. 1025 – 1032. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2018.2809567
  11. Mosset J. B., Stoykov A., Greuter U., Hildebrandt M., Schlumpf N., Van Swygenhoven H. Evaluation of two thermal neutron detection units consisting of ZnS/6LiF scintillating layers with embedded WLS fibers read out with a SiPM. // Nuclear Instruments and Methods. – 2014. – Vol. 764. – PP. 299 – 304. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.07.060
  12. Аллен В.Д. Регистрация нейтронов. – М.: Госатомиздат, 1962. – 196 с.
  13. Субботин В.И., Арнольдов М.Н., Ивановский М.Н., Мосин А.А., Тарбов А.А. Литий. – М.: ИздАТ, 1999. – 263 с.ISBN 5-86656-088-7.
  14. Дмитриев А.Б., Малышев Е.К. Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники. – М.: Атомиздат, 1975. – 96 с.
  15. Болоздыня А.И. Экспериментальная ядерная физика. Лекция № 2. Взаимодействие заряженных частиц с веществом. / Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». Презентация 2017. Электронный ресурс: https://enpl.mephi.ru/download/lectures/lect_5.pdf (дата доступа 29.11.2023).
  16. Экспериментальная ядерная физика. Том 1. (Под ред. Э. Сегре). – М.: Издательство иностранной литературы, 1955. – 1840 с.
  17. Папко Л.Ф., Кравчук А.П. Физико-химические методы исследования неорганических веществ и материалов. – Минск: БГТУ, 2013. – 100 с. ISBN 978-983-530-273-6.
  18. Плюснина И.И. Инфракрасные спектры минералов. – М.: МГУ, 1977. – 174 с.
  19. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. – М.: Мир, 1966. – 411 с.
  20. ГОСТ 29075-91. Системы ядерного приборостроения для атомных станций. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 22 с. Электронный ресурс: https://ohranatruda.ru/upload/iblock/6dd/4294825607.pdf (дата доступа 29.11.2023).

детекторы нейтронов ионизационная камера композитное радиаторное покрытие литийсодержащий функциональный слой

Ссылка для цитирования статьи: Басков П.Б., Саламаха Б.С., Глазюк Я.В., Намакшинас А.А., Бондаренко С.А., Мушин И.М., Худин А.С. Литийсодержащие радиаторные материалы для нейтронных ионизационных камер. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 4. – С. 56-68. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.05 .

Открыть PDF файл