vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-313Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERИСТОЧНИК ЗАХВАТНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ С ЭНЕРГИЯМИ ДО 7 МэВ И ДО 10 МэВ НА ОСНОВЕ ПОВЕРОЧНОЙ УСТАНОВКИ НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯA SOURCE OF NEUTRON CAPTURE GAMMA-RAY WITH ENERGY TO 7 MeV AND TO 10 MeV BASED ON NEUTRON CALIBRATION FACILITYКомарД. И.KomarD. I.

инженер

engineer

damiankomar@yandex.ruЛукашевичР. В.LukashevichR. V.

ведущий инженер

lead engineer

lukashevich@atomtex.comГузовВ. Д.GuzovV. D.

главный метролог – начальник отдела радиационной метрологии

Head of Metrology Department

guzov@atomtex.comКутеньС. А.KutsenS. A.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией теоретической физики и моделирования ядерных процессов

Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of Laboratory of theoretical physics and simulation of nuclear processes

semen_kuten@list.ruНаучно-производственное унитарное предприятие «АТОМТЕХ»SPE “ATOMTEX”Институт ядерных проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute for Nuclear Problems of Belarusian State University2017080820170296103Copyright © Комар Д.И., Лукашевич Р.В., Гузов В.Д., Кутень С.А., 20172017Комар Д.И., Лукашевич Р.В., Гузов В.Д., Кутень С.А.Komar D.I., Lukashevich R.V., Guzov V.D., Kutsen S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/313

Широкое распространение и использование техногенных источников ионизирующих излучений, в частности таких, как ускорители заряженных частиц и ядерные реакторы, приводит к появлению ряда прикладных задач по метрологическому обеспечению спектрометрической и дозиметрической аппаратуры, работающей в полях фотонного излучения с энергией до 10 МэВ. Контейнер-коллиматор с геометрией тепловых нейтронов установки поверочной нейтронного излучения (УПН- АТ140, УП «АТОМТЕХ») формирует коллимированный пучок нейтронов со значительной составляющей нейтронов тепловых энергий. Расположение в потоке тепловых нейтронов диска из титана позволяет получить поле захватного гамма-излучения до 7 МэВ, а диска из никеля – до 10 МэВ. Для экспериментального изучения спектральных характеристик поля захватного излучения использовался специализированный спектрометрический блок детектирования на основе кристалла LaBr3(Ce) с размерами Ø 38×38 мм с нелинейной характеристикой преобразования канал-энергия в диапазоне до 10 МэВ. На спектрах хорошо различимы основные линии захватного излучения от водорода, бора, титана и никеля. По полученным на блоке детектирования спектрам можно сделать вывод о возможности калибровки спектрометрических блоков в поле захватного гамма-излучения до 10 МэВ. 

Wide spread of technogenic sources of ionizing radiation such as particle accelerators and nuclear reactors leads to appearance of a number of applied metrological tasks aimed at providing spectrometric and dosimetric ionization measurement instruments, located in photon radiation fields with energy to 10 MeV. Gamma rays with energy higher 3 MeV may be acquired using radioactive thermal neutron capture on target, i.e. (n, γ)-nuclear reaction. Titanium is used in the range of energies to 7 MeV; nickel – to 10 MeV. A simplest source of instantaneous neutron capture gamma-ray should consist of fast neutron source, neutron moderator and a target irradiated with thermal neutrons. The collimator with thermal neutron geometry of АТ140 neutron calibration facility with 238Pu–Be fast neutron source may be used (IBN–8–6) as a source of gamma-ray with energy to 10 MeV. Monte-Carlo models of thermal neutrons geometry, facility and 238Pu–Be fast neutron source were built using MCNP–4b code. Energy distribution of flux density of neutron capture gamma–ray for titanium and nickel targets was defined. A spectrometric detector based on LaBr3(Ce) crystal Ø 38×38 mm with non-linear characteristics of channel-energy transformation in the range up to 10 MeV, was specifically manufactured for instrumental support of the experiment at SPE “ATOMTEX”. The results for Ti, Ni, and for bare 238Pu–Be neutron source were acquired. During the experiment a possibility to use neutron capture gamma-ray field formed by thermal neutrons geometry of АТ140 neutron calibration facility with 238Pu–Be-fast neutron source with Ti and Ni targets for calibration LaBr3(Ce) spectrometers for energy to 10 MeV was confirmed. Closely stationing polyethylene plate in collimator channel provides significant increase in output of reference radiation from target simultaneously decreasing unneeded parts of the spectrum. 

захватное гамма-излучениерадионуклидный источник нейтроновгеометрия тепловых нейтроновмишень из титанамишень из никеляспектрометрический блок детектированияneutron capture gamma-rayradionuclide neutron sourcethermal neutrons geometrytitanium targetnickel targetspectrometric detectorReferencesCapture Gamma Ray Beam for the Calibration of Radioprotection Dosemeters between 5 and 9 MeV / F. Bermann [et al.] // Radiation Protection Dosymetry. – 1990. – Vol. 30. – P. 237–243.Bermann F., Bordy J. M., Chassende-Baroz P., Detroussel P., Dhermain J., Jaureguy J. C., Sollier T. Capture Gamma Ray Beam for the Calibration of Radioprotection Dosemeters between 5 and 9 MeV. Radiation Protection Dosymetry, 1990, no. 4, pp. 237–243. Doi: 10.1093/oxfordjournals.rpd.a080623International Electrotechnical Commission «Radiation Protection Instrumentation – Transportable, Mobile or Installed Equipment to Measure Photon Radiation for Environmental Monitoring» 23/10/2015. IEC 61017 Ed. 1.International Electrotechnical Commission. Radiation Protection Instrumentation – Transportable, Mobile or Installed Equipment to Measure Photon Radiation for Environmental Monitoring. 23/10/2015 no. IEC 61017 Ed. 1.International Standart «X and gamma radiation for calibrating dosimeters and dose rate meters and for determining their response as a function of photon energy». 15/12/1996. ISO 4037-1.International Standart “X and gamma radiation for calibrating dosimeters and dose rate meters and for determining their response as a function of photon energy”. 15/12/1996. ISO 4037-1.Duvall, K. C. The development of a 6–7 MeV photon field for instrument calibration / K. C. Duvall, H. T. Heaton, C. G. Soares // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 1985. – Vol. 10–11, iss. 2. – P. 942–945.Duvall K. C., Heaton H. T., Soares C. G. The development of a 6–7 MeV photon field for instrument calibration. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1985, vol. 10–11, no. 2, pp. 942–945. Doi: 10.1016/0168–583X(85)90145–4Guldbakke, S. Properties of high-energy photon fields to be applied for calibration purposes / S. Guldbakke, D. Schaf-fer // Nuclear Instruments and Metods in Physics Research. – 1990. – Vol. 299, iss. 1–3. – P. 367–371.Guldbakke S., Schaffer S. Properties of high-energy photon fields to be applied for calibration purposes. Nuclear Instruments and Metods in Physics Research, 1990, vol. 299, no. 1–3, pp. 367–371. Doi: 10.1016/0168–9002(90)90806–HRogers, D. O. A nearly mono-energetic 6–7 MeV photon calibration source / D. O. Rogers // Health Physics. – 1983. – Vol. 45, N 1. – P. 127–137.Rogers D. O. A nearly mono-energetic 6–7 MeV photon calibration source. Health Physics, 1983, vol. 45, no. 1, pp. 127–137. Doi: 10.1097/00004032–198307000–0001Croft, S. The determination of the adsolute responce function of a deuterated benzene total energy detector to 6.13 MeV gamma-rays / S. Croft, M. Bailey // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 1991. – Vol. 302, iss. 2. – P. 315–326.Croft S., Bailey M. The determination of the adsolute responce function of a deuterated benzene total energy detector to 6,13 MeV γ-rays. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1991, vol. 302, no. 2, pp. 315–326. Doi: 10.1016/0168– 9002(91)90415–MBermann, F. Étalonnage de détecteurs de radioprotection avec des gammas d’énergie supérieure à 1 MeV: utilisation de faisceaux de gammas de capture / F. Bermann, G. Portal // Radioprotection. – 1991. – Vol. 26, N 3. – P. 493–513.Bermann F. Étalonnage de détecteurs de radioprotection avec des gammas d’énergie supérieure à 1 MeV: utilisation de faisceaux de gammas de capture, Radioprotection, 1991, vol. 26, no. 3, pp. 493–513. Doi: 10.1051/radiopro/1991017Kroupa, M. Wide energy range gamma-ray calibration source / M. Kroupa, C. Granja, Z. Janout // Journal of Instrumentation. – 2011. – Vol. 6, N 1. – P. 6–11.Kroupa M., Granja C., Janout Z. Wide energy range gamma-ray calibration source. Journal of Instrumentation, 2011, vol. 6, no. 1, pp. 6–11. Doi: 10.1088/1748–0221/6/11/T11002Rogers, J. G. A 7–9 MeV isotopic gamma-ray source for detector testing / J. G. Rogers, M. S. Andreaco, C. Moisan // Nuclear Instruments and Metods in Physics Research. – 1998. – Vol. 413, iss. 2–3. – P. 249–254.Rogers J. G., Andreaco M. S., Moisan C. A 7–9 MeV isotopic gamma-ray source for detector testing. Nuclear Instruments and Metods in Physics Research, 1998, vol. 413, no. 2–3, pp. 249–254. Doi: 10.1016/S0168–9002(98)00097–7Формирование поля захватного гамма-излучения до 10 МэВ для метрологического обеспечения приборов радиационной защиты / Д. И. Комар [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2016. – № 3. – С. 296–304.Komar D., Lukashevich R., Guzov V., Kutsen S. Neutron capture gamma ray field with energy to 10 MeV for metro-logical support of radiation protection devices. Pribory i metody izmerenii [Devices and Methods of Measurements], 2016, vol. 7, no. 3, pp. 296–304. Doi: 10.21122/2220–9506–2016–7–3–296–304 (in Russian).MCNP–A General Monte Carlo N-Paticle Transport Code, Version 4В / ed. J. F. Briestmeister. – Report LA–12625–M. – Los Alamos, NM: Los Alamos National Laboratory, 1997. – 736 p.Briestmeister J. F. [ed.]. MCNP-A general Monte Carlo N-particle transport code, Version 4A. Report LA–12625–M. Los Alamos, NM, Los Alamos National Laboratory, 1994. 736 p.Комар, Д. И. Монте-Карло моделирование метрологических характеристик установки поверочной нейтронного излучения УПН-АТ140 / Д. И. Комар, С. А. Кутень, В. Д. Гузов // Эколог. вестн. – 2016. – № 3. – C. 53–58.Komar D. I., Kutsen S. A., Guzov V. D. Monte-Carlo simulation metrological characteristics of the neutron calibration facility. Ekologicheskij vestnik [Ecological proceedings], 2016, no. 3, pp. 54–61 (in Russian).Комар, Д. И. Влияние рассеянного нейтронного излучения на метрологические характеристики поверочной установки нейтронного излучения УПН-АТ140 / Д. И. Комар, С. А. Кутень // Приборы и методы измерений. – 2017. – № 1. – С. 23–31.Komar D., Kutsen S. Influence of scattered neutron radiation on metrological characterictics of AT140 Neutron Calibration Facility. Pribory i metody izmerenii [Devices and Methods of Measurements], 2017, vol. 8, no. 1, pp. 23–31. Doi: 10.21122/2220– 9506–2017–8–1–23–31 (in Russian).Choi, H. D. Database of promt gamma-rays from slow neutron capture for elemental analysis / H.D. Choi, R.B. Fires-tone, R.B. Lindstorm. – Vienna: International Аtomic Energy Agency, 2006.–252 p.Choi H. D., Firestone R. B., Lindstorm R. B. Database of promt gamma-rays from slow neutron capture for elemental analysis. Vienna, International Atomic Energy Agency, 2006. 252 p.Atlas of Neutron Capture Cross Sections / ed. J. Kopecky. – Vienna: International Аtomic Energy Agency, 1997. – 370 p.Kopecky, J. [ed.] Atlas of Neutron Capture Cross Sections. Vienna, International Atomic Energy Agency, 1997. 370 p.Ceberg, C. P. Neutron capture imaging of 10B in tissue specimens / C. P. Ceberg, L. G. Salford // Radiotherapy and Oncology. – 1993. – Vol. 26, iss. 2. – P. 139–146.Ceberg C. P., Salford L. G. Neutron capture imaging of 10B in tissue specimens. Radiotherapy and Oncology, 1993, vol. 26, no. 2, pp. 139–146. Doi: 10.1016/0167–8140(93)90095–PHugh, E. H. Neutron Inelastic Scattering in 12C, 14N and 16O. – Houston, Texas, 1959. – 256 p.Hugh E. H. Neutron Inelastic Scattering in 12C, 14N and 16O. Houston, Texas, 1959. 256 p.Baldini, A. A NaI activation method for the measurement of the weak thermal neutron field around the MEG experiment / A. Baldini, C. Bemporad, F. Cei // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 2007. – Vol. 570, iss. 3. – P. 561–564.Baldini A., Bemporad C., Cei F. A NaI activation method for the measurement of the weak thermal neutron field around the MEG experiment. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2007, vol. 570, no. 3, pp. 561–564. Doi: 10.1016/j.nima.2006.10.101Gardner R. P. NaI detector neutron activation spectra for PGNAA applications / R. P. Gardner, E. Sayyed, Y. Zheng // Applied Radiation and Isotopes. – 2000. – Vol. 53, iss. 4–5. – P. 483–497.Gardner R. P., Sayyed E., Zheng Y. NaI detector neutron activation spectra for PGNAA applications. Applied Radiation and Isotopes, 2000, vol. 53, no. 4–5, pp. 483–497. Doi: 10.1016/S0969–8043(00)00198–6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.