Расчет полной мощности дозы нейтронов с использованием дозового фактора накопления

При определении мощности дозы нейтронов всего спектра за защитой часто применяется методика расчета, основанная на использовании метода сечения выведения или длин релаксации и понятия «дозового фактора накопления нейтронов».

В соответствии с этой методикой мощность дозы нейтронов определяем по формуле

(5.12)

и выполняется в следующей последовательности. По методу сечения выведения (или методу длин релаксаций) сначала рассчитывают мощность дозы быстрых нейтронов с энергией, большей некоторого порогового значения Е_пор. Затем в зависимости от конкретной композиции периферийной части защиты подбирают (из таблиц или графиков) дозовый фактор накопления B_Д, нормированный на мощность дозы быстрых нейтронов с Е > Е_пор. Мощность дозы быстрых нейтронов с энергиями большими Е_пор определяется достаточно просто для любых композиций защиты. Дозовый фактор накопления нейтронов является более сложной функцией ядерно-физических свойств материалов защиты и их компоновки

(5.13)

где — пространственно-энергетическое распределение плотности потока нейтронов; — коэффициент перевода плотности потока нейтронов в мощность дозы; — нижняя энергетическая граница группы быстрых нейтронов.

В ряде работ нижняя граница принималась равной 2 МэВ. Такой выбор обусловлен тем, что в таких материалах, как сталь, свинец, никель, титан сечение выведения и длины релаксации для нейтронов с энергиями больше 2 МэВ практически постоянны.

Из выражения (5.13) следует

(5.14)

где — мощность дозы промежуточных и тепловых нейтронов.

На различных расстояниях d от поверхности защиты дозовый фактор накопления нейтронов изменяется. Связано это с тем, что промежуточные и тепловые нейтроны на выходе из защиты имеют более изотропные угловые распределения, чем быстрее нейтроны, а следовательно, ослабление мощности дозы быстрых и промежуточных нейтронов за защитой происходит по различным законам.

По физическим особенностям формирования спектра нейтронов на выходе из защиты все материалы можно разбить на две категории: к первой относятся водородсодержащие, ко второй — железо, свинец, титан, графит, борсодержащий графит и др. материалы, не содержащие водород. Для материалов первой категории наиболее проникающей группой нейтронов является группа быстрых нейтронов. В водородсодержащих средах на расстоянии, равном 3 – 4 длинам замедления от источника. Во всем диапазоне энергий устанавливается равновесный спектр нейтронов, который в дальнейшем изменяется слабо, смотри рис. 2. Для энергетического распределения нейтронов за защитой из таких материалов практически несущественно, какой спектр нейтронов был на входе в защиту, если толщина материала более 3 – 4 длин замедления ((3 – 4) , где τ — возраст нейтронов).

Для материалов, в которых равновесный спектр нейтронов (вторая категория материалов) не устанавливается, существенное значение имеет вид энергетического распределения нейтронов, падающих на защиту. Наиболее проникающей группой нейтронов для таких материалов является группа с энергиями ниже 1 МэВ. В тяжелых материалах (железо, титан, свинец, вольфрам, молибден) дозовый фактор накопления нейтронов постоянно возрастает при увеличении толщины защиты и его значение зависит от того, через какие среды прошел поток нейтронов ранее. Причина роста дозового фактора накопления нейтронов за тяжелыми материалами становится понятной, если рассмотреть изменение мощности дозы быстрых и промежуточных нейтронов за слоем из такого материала

(5.15)

где и — мощность дозы соответствующих нейтронов на входе в слой; и — длины релаксации мощности дозы быстрых и промежуточных нейтронов.

(5.16)

В соответствии с (5.14) получаем

,

где .

Известно, что для тяжелых сред и дозовый фактор накопления за защитой из тяжелого материала повышается с увеличением толщины.