Научные исследования

Сравнительный анализ спектрометрических результатов для плутониевых и америциевых нейтронных источников

И.В. Урупа, Е.В. Рябева

В данной работе представлен экспериментальный сравнительный анализ нейтронных источников на основе изотопов ²³⁸Pu, ²³⁹Pu и ²⁴¹Am в реакции (α,n) с бериллием. Исследование направлено на оценку возможности взаимозаменяемости данных источников при создании эталонных полей нейтронного излучения. Актуальность работы обусловлена тем, что спектр источника ²⁴¹Am/Be стандартизирован (ISO 8529-1), в то время как для широко используемых в Восточной Европе плутониевых источников (Pu/Be) аналогичного стандарта нет, а их изотопный состав часто неоднороден.

Работы проводились с использованием четырех нейтронных источников производства ФГУП «ПО «Маяк»: двух источников ²³⁸Pu/Be, одного ²³⁹Pu/Be и одного ²⁴¹Am/Be. Измерения энергетического спектра нейтронов выполнялись с помощью сцинтилляционного спектрометра на основе стильбена (Ø40×40 мм) с функцией импульсного дискриминатора формы сигнала (PSD) и фотоумножителем Hamamatsu R6231-100. Обработка сигналов осуществлялась цифровым анализатором CAEN DT5730B. Измерения проводились на базе установки КИС-НРД-МБ в АО «СНИИП» (эталон первого класса) и на кафедре прикладной ядерной физики НИЯУ МИФИ.

Для корректного сравнения полученные спектры были развернуты для энергий выше 1 МэВ и приведены к относительным единицам (функция плотности вероятности). Статистический анализ сходства спектров проводился с использованием критерия Колмогорова-Смирнова (p-value), а также сравнивались амплитуды характеристического пика в области 6,5 МэВ и коэффициенты перехода флюенс-доза.

Результаты анализа показали, что различия между экспериментальными спектрами Pu/Be и стандартным спектром Am/Be статистически незначимы на уровне значимости 0,05. Разница в интенсивности пика при энергии 6,5 МэВ для источников на основе ²³⁹Pu и других источников также оказалась статистически незначимой. Отклонение экспериментальных дозовых коэффициентов от стандартных значений не превысило 0,2%, а расхождение энергетических пиков составило не более 200 кэВ.

В результате проведенного исследования сделан вывод о принципиальной взаимозаменяемости источников ²³⁸Pu/Be, ²³⁹Pu/Be и ²⁴¹Am/Be для решения практических задач дозиметрии и метрологии. Показано, что стандартный спектр ²⁴¹Am/Be может быть использован для описания полей источников ²³⁸Pu/Be и ²³⁹Pu/Be без введения дополнительных поправочных коэффициентов. Полученные данные могут лечь в основу дальнейшей сертификации спектров плутониевых нейтронных источников.

Источник: Comparative analysis of spectrometric results for plutonium and americium neutron sources