Спектрометрия нейтронов. 1. Грубые методы оценки энергетических распределений нейтронов
 Скачать 1.53 Mb.
|
|
Б. Промежуточные нейтронов Селектор на быстрых нейтронах. Схема селектора для нейтронов промежуточных энергий в общем аналогична схеме селектора на медленных нейтронах. Основные отличия связаны с конструкцией ротора и со скоростью его вращения. Поскольку не существует вещества, которое сильно поглощало бы нейтроны во всем рассматриваемом диапазоне энергий (от 0,5 эв до нескольких десятков килоэлектронвольт), ротор селектора на быстрых нейтронах выполняется в виде массивного диска или цилиндра из материала с большим полным сечением. В. Быстрые нейтроны Для исследований с нейтронами еще больших энергий (от сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт) необходимы спектрометры с еще меньшими значениями τ/l, а так как увеличение l невозможно из-за снижения интенсивности, то приходится идти по пути уменьшения τ. Обычно с задачей измерения нейтронных спектров в данном диапазоне энергий приходится сталкиваться при изучении различных ядерных процессов с помощью ускорителей. Характерная особенность установок этого типа отсутствие замедлителей нейтронов. Использование естественной модуляции пучка циклотрона. При работе циклотрона в так называемом «непрерывном» режиме частицы в нем движутся в действительности не непрерывным пoтоком, а сгустками, причем частота следования таких сгустков друг за другом равна частоте колебаний напряжения, подводимого к ускоряющим электродам (дуантам) от высокочастотного генератора. Поэтому нейтроны вылетают из мишени тоже короткими порциями, причем длительность каждой порции составляет около 2-3 нсек при интервалах между порциями 50-100 нсек (частота колебаний ускоряющего напряжения в циклотронах обычно бывает порядка 20-10 Мгц). Таким образом, измерение спектров возникающих в мишени нейтронов можно проводить методом времени пролета, причем длина пролетной базы может составлять всего лишь несколько метров. При этом, однако, скважность (отношение Т/τн) оказывается порядка нескольких десятков, тогда как для измерений спектров в широком диапазоне энергий желательно иметь гораздо более редкие импульсы. Заметим, что в данном случае, как и в случае механических селекторов, величины τн и Т взаимосвязаны. Поэтому для уменьшения частоты следования нейтронных вспышек приходится направлять на мишень лишь один импульс из многих. Это осуществляется обычно подачей редких импульсов на отклоняющую пластину циклотрона (дефлектор) или на специальные пластины, установленные на пути пучка вне ускорителя. Т акая система позволяет получить сколь угодно низкую частоту следования импульсов (обычно порядка нескольких кнлогерц), однако это достигается, естественно, ценой сильного снижения средней интенсивности. Импульсные электростатические генераторы. Использование электростатических ускорителей в качестве импульсных источников нейтронов для спектрометрических измерений методом времени пролета имеет много преимуществ по сравнению с циклотроном. Простота конструкции, легкость осуществления импульсного режима с любыми значениями τн и Т, малый энергетический разброс частиц в пучке, незначительное угловое расхождение, низкий фон, удобство вывода частиц на внешнюю мишень все эти достоинства способствовали весьма широкому распространению импульсных электростатических установок. Обычный электростатический генератор типа Ван-дер-Граафа дает постоянный ток ионов на мишень. Импульсный режим работы проще всего получить прерыванием пучка с таким расчетом, чтобы он попадал на мишень лишь в пределах коротких интервалов времени. Для этого на пути ионов помещают пару отклоняющих пластин, на которые от специального генератора подается переменное напряжение (рис. 4.3).  Рис. 4.3. Схема устройства для прерывания ионного пучка: 1 - ионный источник; 2 - отклоняющие пластины; 3 - диафрагма; 4 - мишень За отклоняющими пластинами устанавливается диафрагма с небольшим отверстием посредине. Очевидно, что пучок ионов может попасть на мишень через отверстие в диафрагме только в те моменты времени, когда разность потенциалов между пластинами проходит через нуль. Регистрация нейтронов. Очевидно, что при ширине канала около 1 нсек требуются детекторы с предельным быстродействием. Обычно в качестве таких детекторов используют сцинтилляционные счетчики с органическими сцинтилляторами, длительность импульсов в которых от протонов отдачи оказывается порядка 10-9 сек. Здесь так же, как и в установках с промежуточными нейтронами, необходимо учитывать неопределенность в момент регистрации нейтрона, связанную с конечным размером детектора, и можно применять дискриминацию γ-квантов по форме импульса. Хорошие результаты можно получить также и с детекторами других типов, например с газовыми сцинтилляторами. Поскольку частота следования нейтронных вспышек (около 3 Мгц) обычно гораздо больше предельно допустимой частоты регистрации импульсов, то заведомо ясно, ЧТО в установке может регистрироваться лишь один импульс на много вспышек. Все же на практике скорость счета ограничивается не возможностями аппаратуры, а интенсивностью источников. Характерное значение интегральной скорости счета в установках данного типа оказывается около 100- 200 имп/сек, тогда как аппаратура могла бы допустить в несколько раз большую скорость счета. 5. Основные типы кристаллических спектрометров. Поликристаллические фильтры. Особенности прохождения нейтронов через поликристаллическое вещество, обусловленные их волновыми свойствами, позволяют отфильтровывать из пучка нейтроны одних энергий, пропуская нейтроны других энергий почти не ослабленными. Поскольку для нейтронов с длиной волны, превышающей граничное значение,  (5.1)отражение от кристалла невозможно, слой вещества с поликристаллической структурой может практически полностью рассеять нейтроны с λ < λгр , пропустив пучок нейтронов с λ > λгр почти без изменения (при поликристаллической структуре на пути каждого нейтрона рано или поздно попадается кристаллик, ориентированный так, что нейтрон сможет от него отразиться и уйти из пучка в сторону). Для тогo чтобы такой фильтр не ослаблял проходящий через негоo пучок медленных нейтронов, вероятность поглощения нейтронов в нем должна быть достаточно малой. Обычно в качестве поликристаллических фильтров используют графит (λгр = 6,7 А), бериллий (λгр = 4,0 А) или окись бериллия (λгр = 4,5 А). Кристаллический монохроматор. Для выделения групп нейтронов с почти одинаковыми длинами волн используют большие монокристаллы, устанавливаемые в пучки нейтронов с непрерывным спектром. Если кристалл расположен так, что угол скольжения пучка по отношению к определенной системе плоскостей равен θ, то от него отразятся и уйдут под углом 2θ к оси пучка. Остальные ней троны или пройдут кристалл без отражения, или отразятся от других систем плоскостей в иных направлениях, и в детектор 2 не попадут (рис. 13.37).  Рис. 5.1 - Схема кристаллического монохроматора: 1 - кристалл; 2 - детектор Для повышения светосилы в некоторых установках используют изогнутые кристаллы, фокусирующие пучок нейтронов почти в одну точку (аналогичные устройства для работ с γ-квантами). Это позволяет работать с образцами весьма малых размеров, что очень важно при исследованиях с разделенными изотопами. Литература. Колеватов Ю.И., Семенов В.П., Трыков Л.А. Спектрометрия нейтронов и гамма-излучения в радиационной физике. Москва, Энергоатомиздат, 1991, -296 с. Волков Н.Г. Христофоров В.А., Ушакова Н.П. Методы ядерной спектрометрии. 1990, - 256 с. Гуртовой М.Е., Лещенко Б.Е., Стрижак В.И. Вопросы физики быстрых нейтронов. Спектрометрия быстрых нейтронов по времени пролета. Киев, КГУ, 1973 г. 144 с. |