Цель работы: проведение лабораторных исследований по применению метода экспоненциальной призмы для экспериментального определения нейтронно-физических параметров неразмножающих систем, в частности доли поглощений тепловых нейтронов в различных компонентах рассматриваемой ситемы
Теоретические основы
Среди экспериментальных методов измерения параметров ядерных реакторов особое место занимает метод экспоненциальной призмы. Сущность этого метода была изучена в работе "Метод экспоненциальной призмы" и заключается в следующем: в призму помещается нейтронный источник и снимается кривая затухания плотности потока тепловых нейтронов при удалении от источника. На определенном расстоянии от источника кривая затухания переходит в экспоненту, показатель которой связан с материальным параметром рассматриваемой размножающей системы – 
.
Кроме того, метод экспоненциальной призмы экспериментально позволяет определить и ряд других параметров ядерного реактора. Это является очень важным особенно на стадии создания ядерного реактора, так как многие важные характеристики можно определить в системе, состояние которой является далеким от критического. Одним из таких параметров является коэффициент использования тепловых нейтронов – 
, который может быть определен следующим образом:
, (1)
где 
и 
– доля тепловых нейтронов, поглощенных в графите и прочих, помимо графита, поглотителях, соответственно. В этом случае основной определяемой в экспериментах величиной, является величина . В основе измерения этой величины лежит сравнение значений материальных параметров для изучаемой размножающей системы и системы с искусственной ухудшенной введением дополнительного поглотителя (например, кадмиевых вставок) величиной . Материальный параметр размножающей системы в одногрупповом приближении равен:
(2)
где 
– коэффициент размножения для бесконечной среды; определяемый по формуле 4-х сомножителей; 
и 
– длина диффузии и возраст нейтронов в рассматриваемой системе.
Если до и после введения дополнительных поглотителей количество и тип делящегося материала остаются неизменными, то различие между величинами материальных параметров обоих систем будет заключаться в величинах коэффициента использования тепловых нейтронов и длины диффузии и. Тогда с учетом формулы 4-х сомножителей и соотношения (1) получаем систему:
, (3)
где индекс "1" относится к исходной размножающей системе; индекс "2" – к системе с дополнительными поглотителями.
Решая систему (3), проводя измерения материальных параметров обоих систем (см. работу "Метод экспоненциальной призмы") и предварительно определяя величины и , можно найти величину , а следовательно и величину .
Задача значительно упрощается, если имеется неразмножающая система. Рассмотрим данную методику. Пусть имеется графитовая призма, в которую введен дополнительный компонент (например, кадмиевые вставки). Необходимо определить долю тепловых нейтронов, поглощенных во вставке и графите. Обозначим долю поглощений во вставке как 
, а в графите как . В отсутствии других поглотителей эти величины связаны следующим образом:
. (4)
По определению доля тепловых нейтронов, поглощенных в кадмии, есть отношение скорости поглощения в кадмии к суммарной скорости поглощения тепловых нейтронов во всей системе:
, (5)
где Rcd и Rc – средние по объему системы скорости поглощения тепловых нейтронов в кадмии и графите, соответственно. Средняя скорость поглощения i -ой компоненты в случае гетерогенного размещения определяется как
,
где Vi, 
, 
– объем, занимаемый i -ой компонентой, макроскопическое сечение поглощения; средняя плотность потока тепловых нейтронов. Тогда выражение (5) после несложных математических преобразований примет вид:
, (6)
где индекс " c " относится к графиту, индекс " cd " – к кадмию.
Определим среднее для рассматриваемой системы сечение поглощения:
. (7)
Подставляя в выражение (7) соотношение (6) и приводя к общему знаменателю, получим окончательное выражение для сечения поглощения рассматриваемой системы:
. (8)
Проанализируем знаменатель выражения (8). Так как в системе количество кадмия мало по сравнению с количеством графита и средняя плотность потока тепловых нейтронов в графите имеет значительно более высокие величины, чем в кадмии, то 
и среднее сечение поглощения в призме определится следующим образом:
. (9)
Для неразмножающих систем материальный параметр соответствует параметру среды , равному:
, (10)
где L, 
, D – длина диффузии, среднее сечение поглощения, коэффициент диффузии рассматриваемой системы, соответственно.
Для системы "графитовая призма с кадмиевыми вставками" коэффициент диффузии вследствие малого по отношению к графиту количества кадмия практически полностью определяется коэффициентом диффузии графита 
. Подставляя в (10) выражение (9), получаем, что параметр среды рассматриваемой системы определяется следующим образом:
, (11)
где 
– параметр среды, которая состоит только из графита. Воспользовавшись выражением (4), окончательно получаем, что доли поглощений тепловых нейтронов в графите и кадмии определяются как:
. (12)
Таким образом, решение поставленной задачи сводится к измерению параметров среды в графитовой призме с кадмиевыми вставками и без них.
Материалы и оборудование
Измерения проводятся на установке, схема которой представлена в работе "Метод экспоненциальной призмы" (рис.2), Данная установка представляющей собой графитовую призму размером 120 
100 180 см3, в вертикальные каналы которой введены поглощающие элементы. Последние представляют собой стальные трубы с кадмиевым наконечником. Источником нейтронов служит лабораторный плутоний-бериллиевый источник мощностью 106 
107 нейтр./с, который размещается внутри призмы под каналом, предназначенным для проведения измерений.
Измерения плотности потока нейтронов провидится с помощью нейтронного детектора, сигналы с которого регистрируются счетно-пусковой установкой СПУ-1-1М. Данная установка определяет полное (с учетом эффективности детектора) количество нейтронов за выбранный промежуток времени измерений. Таким образом, имеется возможность расчета скорости регистрации нейтронов в точке измерения, которая прямо пропорциональна плотности потока нейтронов. Размещение детектора на различных расстояниях от источника производится с помощью дистанцирующих графитовых дисков различной толщины. Комбинируя диски, проводятся измерения в экспериментальном канале призмы, начиная с дна данного канала и заканчивая верхним торцом призмы через 2 см. На каждом расстоянии проводятся два типа измерений: "детектор без кадмиевого чехла" и "детектор с кадмиевым чехлом".
