ساخت و آزمایش آشکارساز ترموپیلی نوترون در ستون حرارتی رآکتور تحقیقاتی تهران

نویسندگان

1 دانشگاه امیرکبیر

2 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

3 دانشگاه امیر کبیر

10.22052/3.2.7

چکیده

با توجه به نیاز و کاربرد وسیع آشکارساز‌های نوترون به‌ویژه در رآکتورهای هسته‌ای و همچنین افزایش تعداد دستگاه‌های شتاب‌دهندۀ خطی، طراحی و ساخت آن‌ها یک امر ضروری به‌حساب می‌آید. هدف این مقاله، ساخت آشکارساز نوترون باقابلیت جبران‌سازی پاسخ گاما و دمای محیط است. برای ساخت این آشکارساز ازترموکوپل‌های ویژه‌ای که محل اتصال سیم‌ها (نقطۀ داغ ترموکوپل) در آن باکاربید بور پوشش‌دهی شده است، استفاده شد. دریک شار نوترونی در محیط، ترموکوپل پوشش داده ‌شده با کاربید بور به‌دلیل برهم کنش اتم‌های بور با نوترون‌ها و آزاد شدن ذرات آلفای پرانرژی (باانرژی 31/2MeV) باعث تولید ولتاژی در دو سر نقطۀ اتصال ترموکوپل‌ها می‌شود. ولتاژ (سیگنال) ترموکوپل، متناسب است با چگالی ذرات نوترون و برای حذف اثر پرتوهای گاما و دمای محیط از ترموکوپل‌های پوشش‌دهی‌شده با آلومینیوم به‌صورت تفاضلی در آشکارساز قرار داده می‌شود، زیرا به‌ لحاظ عدد اتمی، چگالی اتمی و ضریب رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی به کاربید بور نزدیک می‌باشد. این آشکارساز در ستون حرارتی رآکتور تحقیقاتی تهران مورد آزمایش قرار گرفت و آستانۀ شار اندازه‌گیری‌شده به‌وسیلۀ آن آشکارساز با آزمایش فویل ایندیم 108×526/1 n/cm2-sبه‌دست آمد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Manufacturing and testing of a Neutron Thermopile detector at Tehran research reactor’s thermal column

نویسندگان [English]

  • Ehsan Alibeigi 1
  • mohammad reza Ghasemi 2
  • Mojtaba Shamsaei 3
چکیده [English]

Upon increasing needs and vast application of neutron detectors, especially in nuclear reactors and growing number of linear accelerators, design and manufacturing of neutron detectors is a serious demand. The aim of this project is building neutron detectors capable of compensating gamma and temperature response in a radiation media. A special thermocouple coated with Boron carbide at the junction is developed. In a neutron flux, the nuclear reaction between neutron and Boron carbide which produces alpha particles, induce a voltage across the junction which is proportional to neutron density. To eliminate the effect of gamma and temperature of the medium, a thermocouple coated with Aluminum used as a differentiation mode in the detector, because of close atomic number, density, conduction coefficient and heat coefficient of Boron carbide and Aluminum. Detector is placed into thermal column of TRR. The threshold of measured flux was found to be using indium foil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Neutron detection
  • Thermopile
  • Gamma compensation
  • Indium foil
  • Thermal column of TRR
[1] N. Tsoulfanidis, S. Landsberger. Measurement and detection of radiation, CRCpress, (2013). [2] G.F. Knoll. Radiation detection and measurement,John Wiley & Sons, (2010). [3]G. Barbaras, J. Farr, J. Kuranz. Design and constructionof boron coated thermocouple for use neutron field,Public Domain, Google-digitized, 2485 (1949). [4]A.C.A. Lapsley. Compactneutron-sensitive thermopile, Argonne National Lab, 4869 (1952). [5]T.A.J. Jaques, H. A. Ballinger, F. Wade.Neutron detectors for reactor instrumentation, Proceedings of the IEE-Part I: General, 100 (1953)110-116. [6]R. Cervellati, R. Gislon, B. Rispoli. A study onsome models of neutron thermopiles, Nuclear Instruments and Methods, 45 (1966)221-232. [7]Y. K. Guskov, A. V. Zvonarev. Inst. and Exp,Tech, 5 (1959). [8]A. Mary et al. Development of a gammacompensated boron lined ionization chamber forreactor safety and control applications, NuclearInstruments and Methods in Physics ResearchSection A: Accelerators, Spectrometers, Detectorsand Associated Equipment, 580 (2007) 1395-1399. [9]S.D.McGregor, et al. Design considerationsfor thin film coated semiconductor thermal neutrondetectors—I, basics regarding alpha particleemittingneutron reactive films, NuclearInstruments andMethods in Physics ResearchSection A:Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 500 (2003)272-308. [10]I.D. Garber, R.R. Kinsey. Neutron cross sections.Volume II, Curves, Brookhaven National Lab, (1976). [11]V. McLane, C.L. Dunford, P.F. Rose. Neutron cross sections: Volume 2, Neutron cross section curves,Brookhaven National Lab, (1988). [12]G. Gervino, et al. Preliminary results of a newboron coated neutron detector, NuclearInstruments and Methods in Physics ResearchSection A: Accelerators, Spectrometers, Detectorsand Associated Equipment, 718 (2013) 143-144. [13]M. Barsoum, M.W. Barsoum.Fundamentals of ceramics, CRC Press, (2002). [14]N.M. Rahaman. Sintering of Ceramics, New York, Plenum Press,(2008). [15]Y.M. Chiang, D.P. Kingery. Physical Ceramics Principles for Ceramic Scienceand Engineering, New York, John Wiley & Sons,(2007). [16]Y. Kasesaz, et al. A feasibility study of theTehran research reactor as a neutron source for BNCT, Applied Radiation and Isotopes, 90 (2014) 132-137. [17]Y. Kasesaz, et al. Design and construction of athermal neutron beam for BNCT at Tehran Research Reactor, Applied Radiation and Isotopes, 94 (2014) 149-151.