Recuento de multiplicidad neutrónica.

Procedimiento de recuento de neutrones, que comprende:

recibir una secuencia de impulsos desde un detector de neutrones;

para cada impulso de dicha secuencia de impulsos:

establecer dicho impulso como impulso de activación que activa una puerta,

asignar dicho impulso de activación a una categoría de multiplicidad que corresponde a la multiplicidad deimpulsos dentro de dicha puerta,

determinar unos intervalos de activación a anterior desde dicho impulso de activación hasta impulsos quepreceden a dicho impulso de activación dentro de un rango más largo que un tiempo muerto de dichodetector de neutrones;

para cada categoría de multiplicidad:

determinar el número de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad;

construir, basándose en los intervalos de activación a anterior determinados, una distribución en el tiempodespués de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría demultiplicidad;

estimar, basándose en dicha distribución, varios impulsos de activación perdidos debido al tiempo muerto dedetector de neutrones que se habría asignado a dicha categoría de multiplicidad; y

corregir el número de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad mediante dichonúmero estimado de impulsos de activación perdidos.

Recuento de multiplicidad neutrónica.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a un recuento de neutrones, en particular a un procedimiento de recuento de multiplicidad neutrónica.

Antecedentes de la técnica El recuento de multiplicidad neutrónica es una técnica utilizada para someter a ensayo de manera no destructiva la cantidad de material fisionable tal como, por ejemplo uranio (U) , plutonio (Pu) , californio (Cf) , etc. El recuento de multiplicidad neutrónica se basa en el hecho de que se emiten neutrones de manera sustancialmente simultánea a partir de eventos de fisión espontánea o inducida. Las probabilidades de tener un 0, 1, 3, etc. neutrones en un evento de fisión (denominado a veces la distribución de multiplicidad) proporciona una firma del material que está examinándose.

El recuento de multiplicidad neutrónica puede considerarse como generalización del recuento de coincidencias neutrónicas, que busca pares de neutrones que están próximos de manera conjunta en el tiempo, a triples, cuádruples y múltiplos de orden superior de neutrones. Normalmente, un detector de neutrones emite un tren de impulsos, representando cada uno un neutrón detectado. La distribución de los impulsos en el tiempo o la distribución de los intervalos temporales entre los impulsos, cualquiera que sea más conveniente, está provocada por una combinación desconocida a priori de reacciones de fisión espontánea, de fisión térmica (a, n) y eventos externos. Mientras que los eventos de fisión producen múltiples neutrones que coinciden en el tiempo, las reacciones (a, n) y los eventos externos producen neutrones que se distribuyen aleatoriamente en el tiempo.

Un detector de neutrones comprende normalmente un cuerpo de polietileno que presenta una cavidad en la parte central para albergar una muestra durante la medición. Alrededor de la cavidad, contadores proporcionales de gas, a menudo tubos de 3He, están incrustados en el cuerpo de polietileno. Si se emite un neutrón desde la muestra, existe una alta probabilidad de que colisione con el hidrógeno en el polietileno. Los neutrones pierden así energía hasta que se alcanza un equilibrio térmico con el material. Una fracción de estos neutrones termalizados eventualmente choca con un átomo del gas en uno de los contadores de proporcionalidad de gas. Si un neutrón choca con un átomo de gas, se libera una carga y se recoge en el electrodo del tubo. Los contadores proporcionales de gas se conectan a preamplificadores, que reciben los impulsos eléctricos procedentes de los contadores proporcionales de gas, los procesa y los emite como un tren de impulsos para su procesamiento adicional. También puede llevarse a cabo una detección de neutrones utilizando contadores de centelleo. Debe observarse que la invención descrita en la presente memoria puede aplicarse al recuento de neutrones en general, independientemente del principio físico utilizado para detectar los neutrones y convertir los eventos de detección en un tren de impulsos.

El tiempo a lo largo de un tren de impulsos es continuo pero a continuación se considerarán trenes de impulsos como una secuencia de intervalos temporales discretos de duración uniforme, denominados TIC. Cada uno de estos intervalos temporales puede estar vacío o puede contener un impulso. Dependiendo del instrumento utilizado, el tren de impulsos puede estar previsto en un único canal (sumándose la salida de todos los preamplificadores en este canal) o en una pluralidad de canales sincronizados. El tiempo a lo largo de un tren de impulsos es en principio continuo. La electrónica de análisis funciona con una cierta velocidad de reloj (habitualmente dada en MHz) , cortando este tiempo continuo en una secuencia de intervalos temporales discretos de duración uniforme (la duración determinada por la velocidad de reloj) , denominados a continuación TIC. La electrónica de análisis sólo puede reconocer si existe un impulso dentro de un intervalo temporal de este tipo en un canal dado o no, en caso de que existan más impulsos dentro del mismo TIC en el mismo canal, sólo se reconoce un impulso en el mismo por la electrónica. Esto justifica considerar el tren de impulsos como una secuencia de intervalos temporales discretos, conteniendo cada TIC para cada canal un impulso o ningún impulso, incluso aunque el tiempo a lo largo del tren de impulsos sea continuo. Se omite la pérdida de reconocimiento de impulsos a partir del hecho de que puede haber más de un impulso dentro del mismo TIC en el mismo canal.

El análisis de un tren de impulsos de un detector de neutrones (es decir, la distribución de impulsos en el tiempo) es complejo porque los detectores de neutrones presentan una eficiencia de detección de menos de 1 (lo que significa que se detecta en realidad sólo una fracción de los neutrones procedentes de una muestra) , muchas de las coincidencias aparentes se deben a solapamientos accidentales (de eventos de fondo, eventos de fondo y de fisión o eventos de fisión) y neutrones que se originan de un único evento no se registran necesariamente al mismo tiempo (o con un retardo fijo entre ellos) . Debe indicarse que la eficiencia de detección afecta no sólo a la tasa de recuento global sino que también presenta un impacto mucho mayor sobre la detección de ráfagas de neutrones (es decir, pares, tripletes, etc. de neutrones procedentes de un evento de fisión común) . En otras palabras, el tren de impulsos observado desde un detector de neutrones contiene muchos eventos coincidentes “accidentales” pero relativamente pocos “reales”.

Para estudiar el tren de impulsos procedente de una fuente de neutrones, ha demostrado su utilidad la distribución de Rossi-a (véase por ejemplo “Passive Non-Destructive Assay of Nuclear Materials” de Reilly, Ensslin y Smith, NUREG/CR-5550 LA-UR-90-732, págs. 457-488) . La distribución de Rossi-a es la distribución en el tiempo de eventos que siguen tras un evento inicial arbitrario. La distribución de Rossi-a puede obtenerse fijando un impulso arbitrario del tren de impulsos como impulso inicial y registrando cada impulso posterior en una ubicación que corresponde a la distancia desde el impulso inicial hasta el impulso posterior (hasta una distancia máxima predeterminada) . (Los términos “distancia” e “intervalo” se utilizan en la presente memoria para designar la longitud de un intervalo temporal y se expresan de manera conveniente en unidades de TIC) . Entonces, el siguiente impulso del tren de impulsos se fija como impulso inicial y se itera el proceso. Cada ubicación de la distribución indica por tanto el recuento de impulsos que se producen a una distancia particular de un impulso inicial. Si el tren de impulsos contiene sólo eventos aleatorios, la distribución de Rossi-a correspondiente es constante con el tiempo. Sin embargo, si están presentes eventos de coincidencia reales, la distribución de Rossi-a puede escribirse como:

(ec. 1)

donde RoAl (t) es la altura de la distribución a la distancia t del impulso inicial, A es el número de coincidencias accidentales, R es el número de coincidencias reales y τ es el denominado tiempo de desaparición del detector.

Sin embargo, una distribución de Rossi-a que se ha determinado de manera experimental tal como se describió anteriormente estará perturbada para distancias cortas desde el impulso inicial. (Es decir, la ecuación 1 es cierta sólo para distancias que superan una cierta distancia mínima) . Esto se conoce bien y está provocado por el denominado “efecto de tiempo muerto”. Después de la detección de un neutrón, un tubo de contador proporcional requiere cierto tiempo para recuperarse (de manera habitual aproximadamente 1 µs) . Mientras tanto, este tubo de contador no puede generar un impulso adicional, ni siquiera aunque se capture otro neutrón en el mismo. De manera similar, la electrónica del preamplificador requiere de cierto tiempo de recuperación después de tratar un impulso de un tubo de contador. Debido al tiempo de recuperación, existe una probabilidad reducida de registrar un impulso en el plazo de unos cuantos TIC desde un impulso principal. El “tiempo muerto” designa el tiempo durante el cual pueden perderse impulsos debido a este efecto y durante el cual no puede medirse la verdadera tasa de recuento de coincidencias. Cada detector de neutrones presenta su tiempo muerto característico. Los expertos en la materia son conscientes de que el efecto de tiempo muerto es particularmente perjudicial para la detección de eventos correlacionados porque éstos implican neutrones que están próximos de manera conjunta en el tiempo.

En un recuento de multiplicidad neutrónica convencional,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de recuento de neutrones, que comprende:

recibir una secuencia de impulsos desde un detector de neutrones;

para cada impulso de dicha secuencia de impulsos:

establecer dicho impulso como impulso de activación que activa una puerta,

asignar dicho impulso de activación a una categoría de multiplicidad que corresponde a la multiplicidad de impulsos dentro de dicha puerta,

determinar unos intervalos de activación a anterior desde dicho impulso de activación hasta impulsos que preceden a dicho impulso de activación dentro de un rango más largo que un tiempo muerto de dicho detector de neutrones;

para cada categoría de multiplicidad:

determinar el número de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad;

construir, basándose en los intervalos de activación a anterior determinados, una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad;

estimar, basándose en dicha distribución, varios impulsos de activación perdidos debido al tiempo muerto de detector de neutrones que se habría asignado a dicha categoría de multiplicidad; y

corregir el número de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad mediante dicho número estimado de impulsos de activación perdidos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, para cada categoría de multiplicidad, el número de impulsos de activación perdidos debido al tiempo muerto del detector de neutrones que se habría asignado a dicha categoría de multiplicidad se estima, basándose en una comparación de dicha distribución construida con una distribución teórica hipotética.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha secuencia de impulsos es recibida en por lo menos dos canales,

en el que, para cada categoría de multiplicidad,

dicha construcción de dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad comprende:

construir una primera subdistribución, siendo dicha primera subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad y recibidos en el mismo de dichos por lo menos dos canales que dicho impulso anterior;

construir una segunda subdistribución, siendo dicha segunda subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad, recibidos en otro de dichos por lo menos dos canales como dicho impulso anterior; y construir una primera subdistribución suma, siendo dicha primera subdistribución suma una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad, recibidos en cualquiera de dichos por lo menos dos canales;

siendo dicha segunda subdistribución construida restando dicha primera subdistribución de dicha primera subdistribución suma o siendo dicha primera subdistribución suma construida sumando dicha primer y segunda subdistribuciones.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que para cada categoría de multiplicidad,

dicha estimación de dicho número de impulsos de activación perdidos debido al tiempo muerto de detector de 65 neutrones que se habría asignado a dicha categoría de multiplicidad comprende: modificar a escala dicha segunda subdistribución, de modo que se ajuste a la primera subdistribución suma;

calcular una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación 5 perdidos, basándose en una diferencia de dicha segunda subdistribución modificada a escala y la primera subdistribución suma; e integrar a lo largo del tiempo dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación perdidos. 10

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha secuencia de impulsos se recibe en por lo menos dos canales,

en el que, para cada categoría de multiplicidad,

dicha construcción de dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad comprende:

construir, para cada canal, una primera subdistribución, siendo dicha primera subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación, recibidos en dicho canal, asignados a dicha categoría de multiplicidad y recibidos en el mismo de dichos por lo menos dos canales que dicho impulso anterior arbitrario;

construir, para cada canal, una segunda subdistribución, siendo dicha segunda subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación, recibidos en dicho canal, asignados a dicha categoría de multiplicidad y recibidos en otro de dichos por lo menos dos canales como dicho impulso anterior arbitrario; y

construir, para cada canal, una primera subdistribución suma, siendo dicha primera subdistribución suma una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación, recibidos en dicho canal, asignados a dicha categoría de multiplicidad, recibidos en cualquiera de dichos por lo menos dos canales,

siendo dicha segunda subdistribución, para cada canal, construida restando dicha primera subdistribución de 35 dicha primera subdistribución suma o siendo dicha primera subdistribución suma, para cada canal, construida sumando dichas subdistribuciones primera y segunda.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que en el que, para cada categoría de multiplicidad,

dicha estimación de dicho número de impulsos de activación perdidos debido al tiempo muerto de detector de neutrones que se habría asignado a dicha categoría de multiplicidad comprende:

modificar a escala, para cada canal, dicha segunda subdistribución, de modo que se ajuste a la primera subdistribución suma;

calcular, para cada canal, una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación perdidos, basándose en una diferencia de dicha segunda subdistribución modificada a escala y 50 la primera subdistribución suma; y

sumar a través de todos los canales e integrar a lo largo del tiempo dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación perdidos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende para cada impulso de dicha secuencia de impulsos, cuando se establece como impulso de activación,

para cada impulso dentro de la puerta activada por dicho impulso de activación:

determinar intervalos de impulso a anterior desde dicho impulso en la puerta hasta impulsos que lo preceden; y

para cada categoría de multiplicidad: 65 construir, basándose en dichos intervalos de impulso a anterior, una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad;

estimar, basándose en dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad, varios impulsos de activación asignados erróneamente a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos; y

corregir el número de impulsos de activación asignados a dicha categoría de multiplicidad mediante dicho número estimado de impulsos de activación asignados erróneamente.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicha secuencia de impulsos se recibe en por lo menos dos canales,

en el que, para cada categoría de multiplicidad,

dicha construcción de dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad

comprende:

construir una tercera subdistribución, siendo dicha tercera subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad y recibido en el mismo de dichos por lo menos dos canales que dicho impulso anterior;

construir una cuarta subdistribución, siendo dicha cuarta subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad y recibido en otro de dichos por lo menos dos canales que dicho impulso anterior; y

construir una segunda subdistribución suma, siendo dicha segunda subdistribución suma una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad y recibido en cualquiera de dichos por lo menos dos canales;

siendo dicha cuarta subdistribución construida restando dicha tercera subdistribución de dicha segunda subdistribución suma o siendo dicha segunda subdistribución suma construida sumando dichas subdistribuciones tercera y cuarta.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que para cada categoría de multiplicidad,

se estima, basándose en dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad, varios impulsos de activación asignados erróneamente a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos comprende:

modificar a escala dicha cuarta subdistribución, de modo que se ajuste a la segunda subdistribución suma;

calcular una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados erróneamente a una categoría de multiplicidad inferior a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos basándose en una diferencia de dicha segunda 55 subdistribución modificada a escala y la segunda subdistribución suma; e integrar a lo largo del tiempo dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados erróneamente a una categoría de multiplicidad inferior a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos; y

extraer de dicha distribución integrada la distribución integrada correspondiente de la siguiente categoría de multiplicidad superior.

10. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicha secuencia de impulsos se recibe en por lo menos dos canales,

en el que, para cada categoría de multiplicidad,

dicha construcción de dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad comprende:

construir, para cada canal, una tercera subdistribución, siendo dicha tercera subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario, recibido en dicho canal, de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad y recibido en el mismo de dichos por lo menos dos canales que dicho impulso anterior;

construir, para cada canal, una cuarta subdistribución, siendo dicha cuarta subdistribución una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario, recibido en dicho canal, de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad y recibido en otro de dichos por lo menos dos canales que dicho impulso anterior; y

construir, para cada canal, una segunda subdistribución suma, siendo dicha segunda subdistribución suma una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario, recibido en dicho canal, de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad y recibido en cualquiera de dichos por lo menos dos canales;

siendo dicha cuarta subdistribución construida restando dicha tercera subdistribución de dicha segunda subdistribución suma o siendo dicha segunda subdistribución suma construida sumando dichas subdistribuciones tercera y cuarta.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que para cada categoría de multiplicidad,

se estima, basándose en dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos situados en cualquier puerta activada por un impulso de activación asignado a dicha categoría de multiplicidad,

varios impulsos de activación asignados erróneamente a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos comprende:

modificar a escala, para cada canal, dicha cuarta subdistribución, de modo que se ajuste a la segunda subdistribución suma;

calcular, para cada canal, una distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados erróneamente a una categoría de multiplicidad inferior a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos, basándose en una diferencia de dicha segunda subdistribución modificada a escala y la segunda subdistribución suma; y

sumar a través de todos los canales e integrar a lo largo del tiempo dicha distribución en el tiempo después de un impulso anterior arbitrario de impulsos de activación asignados erróneamente a una categoría de multiplicidad inferior a dicha categoría de multiplicidad debido a impulsos perdidos dentro de las puertas activadas por ellos

extraer de dicha distribución sumada e integrada la distribución sumada e integrada correspondiente de la siguiente categoría de multiplicidad superior.

12. Programa informático que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador realice el 55 procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Soporte que presenta en el mismo un programa informático que comprende instrucciones ejecutables por ordenador para hacer que un ordenador realice el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12. 60

14. Detector de multiplicidad neutrónica configurado para realizar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.