Спектрометрия нейтронов. 1. Грубые методы оценки энергетических распределений нейтронов
 Скачать 1.53 Mb.
|
|
Введение Спектрометрия нейтронов – интенсивно развивающаяся область физики. Нейтронные исследовательские центры работают практически во всех развитых странах мира. Различные методы спектрометрии нейтронного излучения широко используются на ядерно-физических установках для целей дозиметрии и защиты персонала. Необходимость их применения обусловлена широким диапазоном энергий нейтронов за биологическими защитами - от 10"8 до 10 МэВ на реакторах и до сотен МэВ на ускорителях - и невозможностью измерения доз нейтронов с требуемой точностью во всем этом диапазоне с помощью простых дозиметрических систем. Наиболее сложной проблемой является индивидуальная дозиметрия нейтронов, особенно после введения эффективной дозы в качестве нормируемой величины и новых операционных величин для ее оценки. В отличие от ранее измерявшейся максимальной эквивалентной дозы, последняя величина зависит не только от энергетического, но и от углового . Спектрометрия нейтронов Измерение энергетических спектров нейтронов имеет большое значение при проведении ядерно-физических исследований и при решении целого ряда прикладных задач. Как и в других случаях, конечная цель спектрометрических измерений заключается в определении функции Ф (Е), описывающей распределение плотности потока нейтронов Ф по энергиям:  При этом зачастую оказывается достаточным определить лишь форму кривой спектра, без нахождения абсолютных значений потоков нейтронов. В настоящее время не существует ни одного универсального способа, позволяющего в любых энергетических интервалах и при любых условиях по измеренному распределению сигналов детектора N (υ) найти функцию Ф (Е), т. е. решить уравнение  Тем не менее существует много методов измерений, позволяющих решать эту задачу в ограниченных пределах. 1. Грубые методы оценки энергетических распределений нейтронов 1.1. Метод фильтров. Этот метод применяется как при работе с направленными потоками нейтронов, например с пучками нейтронов, выходящими из каналов ядерных реакторов или из мишеней ускорителей, так и внутри реакторов, отражателей и в иных средах, когда нейтроны могут попадать в детектор по любым направлениям. Суть этого метода сводится к следующему. В исследуемый поток нейтронов помещают детектор, размеры которого таковы, что плотность потока Ф (Е) во всех его точках можно считать одинаковой, а эффективность регистрации нейтронов ε является известной функцией их энергии ε (Е). Число отсчетов такого детектора в единицу времени (скорость счета)  (1.1)где S – некоторая средняя площадь поперечного сечения детектора с учетом возможности попадания в него нейтронов с разных сторон (как станет ясно из дальнейшего, величина S не влияет на окончательные результаты при проведении относительных измерений, поэтому давать более строгое ее определение нет необходимости). Затем детектор окружают слоем вещества, для которого известна зависимость сечения поглощения нейтронов от их энергии σа (Е). При этом число отсчетов детектора уменьшается и станет  (1.2)где х – средняя длина пути нейтронов в поглотителе; n0 – число ядер поглотителя в 1 см3. В случае произвольного вида функций ε (Е) и σа (Е) интерпретировать результаты такого опыта было бы весьма трудно. Однако специальным выбором вещества поглотителя и типа детектора можно получить весьма полезные результаты. Пусть, например,  (1.3)Веществ с такими свойствами в природе, конечно, нет. Однако у Cd, как видно из рис. 1.1, при Е < 0,4 эв сечение поглощения очень велико, тогда как при больших энергиях оно на несколько порядков меньше. Поэтому при толщине кадмиевого фильтра порядка 1-2 мм тепловые нейтроны практически полностью поглощаются, а поток нейтронов более высоких энергий почти не изменяется, в результате чего вышеперечисленное условие в данном случае можно считать выполненным. Тем самым можно принять, что  (1.4)поэтому соотношение (1.2) принимает вид |