ASTM E2059-20
用于快速中子剂量法的核研究乳液的应用和分析的标准实践

Standard Practice for Application and Analysis of Nuclear Research Emulsions for Fast Neutron Dosimetry

标准号

ASTM E2059-20

发布

2020年

发布单位

美国材料与试验协会

当前最新

ASTM E2059-20

 

 

引用标准

ASTM E1005 ASTM E706 ASTM E854 ASTM E910 ASTM E944

适用范围

1.1 核研究乳剂 (NRE) 在物理科学、地球科学和生物科学领域有着悠久而辉煌的应用历史 (1, 2)2 。在物理科学领域，NRE 实验在核物理、宇宙射线物理和高能物理等不同学科领域取得了许多基础性发现。在应用物理科学中，NRE 已用于裂变和聚变反应堆环境中的中子物理实验 (3-6)。许多 NRE 中子实验可以在其他应用学科中找到，例如核工程、环境监测和健康物理学。鉴于 NRE 应用的广泛性，有许多教科书和手册提供了有关 NRE 方法中使用的技术的相当详细的信息 (1-4, 6)。因此，这种做法将仅限于反应堆物理和核工程中中子测量的 NRE 方法的应用，特别强调基准场中的中子剂量测定（参见矩阵 E706）。
1.2 NRE 是无源探测器，提供时间积分反应速率。因此，NRE 提供注量测量，无需进行与时间相关的校正，例如辐射 (RM) 剂量计中出现的校正（请参阅测试方法 E1005）。 NRE 提供永久记录，以便在曝光后随时进行光学显微镜观察。如有必要，可以随时重复 NRE 测量，以检查有问题的数据或获得精确的结果。
1.3 由于 NRE 测量是用光学显微镜进行的，因此为精细结构实验提供了高空间分辨率。高空间分辨率的属性还可用于确定有关原位中子场（4,5,7）的角度各向异性的信息。由于原位扰动和有限尺寸效应，有源探测器不可能提供此类数据（参见第 11 节）。
1.4 氢作为 NRE 的主要成分，可以通过氢上的中子散射来检测中子，即众所周知的 (n,p) 反应。低功率反应堆环境中的 NRE 测量主要基于这种 (n,p) 反应。 NRE 还用于通过在 NRE 中平面附近的玻璃斑点中包含 6 Li 和 10 B 来测量 6 Li (n,t) 4 He 和 10 B (n,α) 7 Li 反应（8， 9).在低功率反应堆环境中，使用这两种反应并不能提供 (n,p) 反应中子剂量测定的一般优势（参见第 4 节）。因此，该标准将仅限于在低功率反应堆环境中使用 (n,p) 反应进行中子剂量测定。
1.5 局限性——NRE方法在低功率反应堆环境中的适用性有四个主要限制。
1.5.1 伽马射线灵敏度——伽马射线对 NRE 测量产生了重大限制。当伽马射线照射量超过约 0.025 Gy 时，NRE 可能会因伽马射线诱发的电子事件而变得模糊。在这种伽马射线暴露水平下，中子引起的质子反冲轨迹无法再精确测量。因此，NRE 实验仅限于低功耗环境，例如关键组件和基准测试领域。此外，应用只能在放射性（例如裂变产物）积累有限的环境中进行。
1.5.2 低能量极限——在测量质子反冲事件的轨迹长度时，轨迹长度随着质子反冲能量的减小而减小。 NRE 中低于约 3μm 的质子反冲径迹长度无法使用光学显微镜技术进行充分测量。当质子反冲径迹长度减小到约 3 µm 以下时，精确测量径迹长度变得非常困难。对于 NRE 中的中子诱发质子反冲测量，此 3 µm 轨道长度限制对应于大约 0.3 至 0.4 MeV 范围内的适用性低能量限制。 1 本实践由 ASTM 核技术与应用委员会 E10 管辖，并由核辐射计量小组委员会 E10.05 直接负责。当前版本于 2020 年 7 月 1 日批准。2020 年 8 月发布。最初于 2000 年批准。上一版本于 2015 年批准为 E2059 15ɛ1 。 DOI：10.1520/E2059-20。 2 括号中的粗体数字指的是文本末尾的参考文献列表。版权所有 © ASTM International，100 Barr Harbor Drive，PO Box C700，West Conshohocken，PA 19428-2959。美国 本国际标准是根据世界贸易组织贸易技术壁垒（TBT）委员会发布的《关于制定国际标准、指南和建议的原则的决定》中确立的国际公认的标准化原则制定的。
1.5.3 高能量限制 - 由于有限尺寸的限制，快中子能谱测量被限制在 ≤15 MeV。反应堆环境中原位光谱测量的限值为≤8MeV。
1.5.4 轨迹密度限制——用光学显微镜技术测量质子反冲轨迹长度的能力取决于轨迹密度。超过一定的轨道密度，就会产生重叠轨道的迷宫或迷宫，这妨碍了光学显微镜技术的使用。对于手动扫描，此限制出现在大约 104 道/cm2 以上，而基于计算机的交互式扫描系统可以将此限制扩展到大约 105 道/cm2。这些限制分别对应于 106 − 107 cm−2 的中子注量。
1.6 中子能谱测量（差分测量）——对于低功率反应堆环境中的差分中子能谱测量，NRE 实验可以以两种不同的模式进行。在更一般的模式中，NRE 在低功率反应堆环境中进行原位辐照。这种 NRE 实验模式称为 4π 模式，因为原位照射会在各个方向上产生轨迹（见 3.1.1）。在中子通量方向已知的特殊情况下，NRE 的方向平行于中子通量方向。在这个方向上，NRE 的一个边缘面向入射中子通量，因此这种测量模式称为端上模式。对于这两种不同的模式，质子反冲轨迹的扫描是不同的。这两种模式的后续数据分析也不同（参见3.1.1和3.1.2）。
1.7 中子剂量测定（整体测量）—NRE 还通过在低功率反应堆环境中使用 (n,p) 反应提供整体中子剂量测定。两种不同类型的 (n,p) 积分模式剂量测定反应是可能的，即 I-积分（见 3.2.1）和 J-积分（见 3.2.2）(10, 11)。这些积分反应的质子反冲径迹扫描的模式与微分中子能谱扫描的模式不同（见 3.2）。积分模式数据分析也不同于微分中子能谱测定所需的分析（见 3.2）。由于积分模式测量在低功率基准领域的实用性和优势，这种做法将强调 NRE (n,p) 积分中子剂量测定。
1.8 本国际标准是根据世界贸易组织贸易技术壁垒（TBT）委员会发布的《关于制定国际标准、指南和建议的原则的决定》中确立的国际公认的标准化原则制定的。

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