МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДОВ В ТОКОВОМ РЕЖИМЕ В АКТИВНОМ ОБЪЕМЕ ИОНИЗАЦИОННОЙ КАМЕРЫ ДЕЛЕНИЯ1

Исследован перенос зарядов в активном объеме цилиндрической ионизационной камеры деления (ИКД), работающей в токовом режиме. В основу модели положены уравнения непрерывности для ионов и электронов и уравнение Пуассона для электрического поля. Источник для уравнений непрерывности рассчитан с учетом корректного распределения начальной плотности ионизации в активном объеме камеры и разброса фрагментов деления по их заряду, массе и энергии. Найдены распределения плотности ионов, электронов и электрического поля внутри активного объема для двух типов камер – миниатюрных и «больших» с учетом пространственного заряда. Дан правильный алгоритм для расчета начала плато вольтамперной характеристики – минимального напряжения на ИКД для обеспечения стационарной работы камеры. Показано, что часто используемое условие отсутствия электрического поля на аноде E(r_a ) = 0 для определения этой величины является некорректным, поскольку приводит к комплексным значениям электрического поля внутри активного объема камеры. Пренебрегая процессами диффузии и рекомбинации ионов, рассчитаны чувствительность и выходной ток камеры при ее работе в стационарном режиме. Расчеты проведены для миниатюрных и «больших» камер. Показано, что часто применяемое на практике использование приближения постоянства плотности генерации пар ионов осколком деления вдоль его трека для «больших» камер приводит к существенным ошибкам в оценке плотностей ионов, электронов и электрических полей внутри ИКД, при этом чувствительности могут отличаться на порядок.

1. Antolínez, A. Fission chambers designer based on Monte Carlo techniques working in current mode and operated in saturation regime / A. Antolínez, D. Rapisarda // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. – 2016. – № 825. – P. 6–16.

2. Modelling of Fission Chambers in Current Mode– Analytical Approach / S. Chabod [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. – 2006. – № 566. – P. 633–653.

3. Experimental Verification of the Fission Chamber Gamma Signal Suppression by the Campbelling Mode / L. Vermeeren [et al.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2011. – Vol. 58. – P. 362–369.

4. Combined analysis of neutron and photonflux measurements for the Jules Horowitz Reactor core mapping / D. Four-mentel [et al.] // 2nd Int. Conf. on Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications (ANIMMA). – 2011.

5. Лэ Тхи Зиеу Хьен. Моделирование эффекта выгорания материалов радиатора ионизационной камеры методом Монте-Карло / Лэ Тхи Зиеу Хьен, А. А. Хрущинский, С. А. Кутень // Инженер.-физ. журн. – 2017. – Т. 90, № 5. – С. 1339–1343.

6. Лэ Тхи Зиеу Хьен. Распределение начальной ионизации в рабочем объеме ионизационной камеры / Лэ Тхи Зиеу Хьен, А. А. Хрущинский, С. А. Кутень // Вес. Нац. акад навук Беларусi. Сер. фiз.-мат. навук. – 2017. – № 1. – С. 111–119.

7. Poujade, O. Modeling of the saturation current of a fission chamber taking into account the distortion of electric field due to space charge effects / O. Poujade , A. Lebrun // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. – 1999. – № 433. – P. 673.

8. Chabod, S. Improvements in the modeling of micro fission chambers operated in current mode / S. Chabod, A. Letourneau // 1st Int. Conf. on Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications. – Marseille, 2009. – P. 1–6.

9. Hadad, K. Analysis and optimization of a fission chamber detector using MCNP4C and Srim Monte Carlo codes / K. Hadad, M. Hashemi // Iran. J. Sci. and Technol., A. – Vol. 33, №. A3.

10. Малышев, Е. К. Газоразрядные детекторы для контроля ядерных реакторов / Е. К. Малышев, Ю. Б. Засадыч, С. А. Стабровский. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 161 c.

11. Ландау, Л. Д. Теоретическая физика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – М.: Физматлит, 2003. – Т. 2: Теория поля. – 504 c.

12. Ziegler, J. F. SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter/ J. F. Ziegler, J. P. Biersack, M. D. Ziegler // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B: Beam Interactions whith Materials and Atoms. – 2010. – Vol. 268, № 11. – P. 1818–1823.

13. Schmidt, K.-H. General description of fission observables, GEF model / K.-H. Schmidt, B. Jurado, Ch. Amouroux // JEFF Report 24, NEA Data Bank of the OECD, 2014. – 206 p.

14. Росси, Б. Ионизационные камеры и счетчики / Б. Росси, Г. Штауб. – М.: Иностр. лит., 1951. – 241 c.

15. Neutron Flux Detectors for nucleonic systems [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.ultra-ncs.com/ neutron-flux-trip-systems/31-neutron-flux-detectors/file. – Date of access: 04.12.2017