Расчет и анализ результатов, Особенности обработки - Нейтрон-спектрометрический анализ изотопного состава обогащенных проб гафния

Особенности обработки

Погрешность данного метода вызвана: длительностью вспышки (0.5мкс), временем срабатывания анализатора (0.7мкс) и шириной канала анализатора. Длительность вспышки и время срабатывания я изменять не мог, а ширину канала я мог варьировать путем объединения по соседним каналам. Изначально ширина канала составляла 0.2 мкс для высоких энергий и 1.1 мкс для низких энергий. Ширина канала определяла сглаженность нашего спектра (чем больше ширина канала тем меньше статистический разброс и соответственно более гладкий спектр).

Мной была выбрана на мой взгляд оптимальная ширина канала (0.4 мкс для области высоких энергий), при которой достаточно хорошо сглажен спектр и не дающая значительный вклад в погрешность. Для области низких энергий ширина канала в 2.2 мкс не вносит существенных, так как степень выраженности провалов в этой области очень велика.

Вначале работы мне были предоставлены данные (взятые в ЦЯДФЭИ) по энергетическому ходу полного сечения всех 6 изотопов гафния. Графики этих зависимостей показаны на рисунках (1-6). Кроме того, имелась таблица ТАКАД, в которой собраны сведения о положении и силе линий (резонансов) каждого из этих шести изотопов при энергиях ниже 400 эВ (табл. 1).

Также мне были предоставлены измеренные ранее спектры экспериментального резонансного пропускания кадмия, разбитые на две части (рис. 6-15), с энергиями от 900еВ до 7,7еВ первая часть и ниже 7,7еВ вторая часть. Из рисунков и таблицы ТАКАД можно увидеть некоторые особенности энергетических уровней различных изотопов. Например 180-ый изотоп гафния имеет только два резонанса на уровнях 72еВ и 171еВ, а значит и два провала для анализа. В области энергий свыше 90еВ в спектрах пропускания довольно низкое разрешение, а значит есть большая вероятность перекрывания с линиями 177 и 179 изотопов. Такая же опасность присутствует и у линий 176 изотопа, у которого в близи всех линий присутствует линии 177 изотопа. Это сильно затрудняет обработку данных спектров методом площадей. Однако если перекрывание резонансов не природное, а происходит по причине недостаточного аппаратурного разрешения, то можно считать что содержание от провалов складывается. Следовательно при определении одного изотопа другой можно вычислить, вычтя из суммы содержание известного. Наиболее проблематичный для определения - 178 изотоп. Трудность его определения заключается в том что пик провала приходится на разделение двух спектров с более низкой и более высокой энергиями. Кроме того данный резонанс находится в частичном перекрывании с 176 изотопом. Наиболее интересные, с точки зрения практического применения являются 177 и 179 изотопы, так как эти изотопы являются основными поглотителями нейтронов. Следовательно в поглотительных стержнях основную роль играют именно они и контроль этих изотопов является важной задачей для достижения наилучшей работы реакторов использующих этот материал в качестве поглотителя нейтронов. Большое количество линий этих изотопов позволяют с достаточно хорошей точностью определить их содержание.

Анализ результатов

В целях тестирования возможностей НСА в анализ был взят ещ Также была привлечена проба гафния с природным соотношением изотопов. ГДЕ ЕЕ СПЕКТР? ПРИВЕСТИ С РАСШИФРОВКОЙ ВЗЯТЫХ ЛИНИЙ. Достаточно выделенные линии были обработаны с целью нахождения толщины слоя идентифицированного изотопа, а затем, поскольку толщина природной пробы была известна, были найдены их массовые доли (процентное содержание) тношение изотопов определенное НСА, методом площадей и природная композиция приведены в таблице №2.

Таблица №2 Изотопный состав по паспорту и определенный с помощью НСА, методом площадей.

Изотоп

Гафния

Известный изотопный состав*),

%

Найденная массовая доля изотопа,

%

174HF

0,18

176HF

5,15

5.0 ± 0.7

177HF

18,4

14,9 ± 1,5

178HF

27,4

179HF

13,8

11,9±2,5

180HF

35,4

31,5±7,9

На рисунках 13 и 14 , приведен расшифрованный спектр пропускания через образец гафния, обогащенный по 177 изотопу, для каналов от 200 до 500 и от 500 до 1000 соответственно. Характерным отличием данной пробы от остальных (за исключением пробы с природной композицией изотопов), является большое число выраженных провалов, так как наибольшее количество резонансов гафния составляют резонансы 177 и 179 изотопов. Поэтому определение 177 изотопа обычно не вызывает проблем, исключая проблемы наложения. Провалы, помеченные крестиком, не использованы в обработке ввиду природного перекрывания резонансов разных изотопов. Количество 177 изотопа в данной пробе составило (94,8±4,5)%, с ожидаемым в 95%.

Рис. 13

Рис. 14

На рисунках 15 и 16, приведены пропускания через образец, обогащенный по 178 изотопу гафния. Этот изотоп является самым проблемным, так как у него всего лишь один резонанс и тот частично перекрывается с резонансом 176 изотопа. К тому же минимум провала приходится на точку (примерно 7.8 эВ) изменения ширины канала при измерениях, что вносит дополнительную трудности в их обработке. Также в данном спектре не видно линий 180-го изотопа. Обработанные провалы принадлежат 174, 176, 177 и 179 изотопам. Крестиком помечены провалы неподдающиеся обработки методом площадей.

Рис. 15

Рис. 16

На рисунках 17 и 18 представлен аналогичный участок спектра гафния, обогащенного по 180 изотопу. На нем можно видеть четко выраженный провал, соответствующий резонансу 180-го изотопа на уровне 71,9еВ. Также присутствуют провалы 176, 177 и 179 изотопов.

Дать верхнюю оценку содержания 174-го по области 30 или 13 эВ.

И ПО 178-му - ПРИВЛЕЧЬ ВТОРУЮ ЧАСТЬ СПЕКТРА!

Рис. 17

Рис. 18

*) - указать источник информации

Например, Гордеев и др., Ядерно-физические константы для расчета ядерных реакторов. Москва, Атомиздат, 1970 (?-проверить)

Точность измерения состава методом нейтронного спектрального анализа оказалась достаточно высокой - изотопное содержание хорошо согласуется с данными по паспорту. Даже для 177 изотопа гафния, где расхождение наиболее велико, оно укладывается в требуемые по статистике три погрешности.

Более подробные таблицы с данными по всем изотопам, представлены в приложении.

Похожие статьи




Расчет и анализ результатов, Особенности обработки - Нейтрон-спектрометрический анализ изотопного состава обогащенных проб гафния

Предыдущая | Следующая