Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Применение магнитных гамма-спектрометров с появлением такого перспективного конкурента, как полупроводниковые спектрометры, в настоящее время весьма ограниченно. Впрочем, магнитные гамма-спектрометры, значительно уступая полупроводниковым в светосиле, имеют и преимущества: возможность абсолютных измерений энергии у-квантов и лучшая функция отклика.
Список литературы
1. Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия. Под ред. К. Зигбана. Пер. с англ. Вып. 1. M., Атомиздат, 1969.
2. Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э. Сегре. Пер. с англ. Т. 3, 4.10. M., Изд-во иностр. лит., 1961.
3. Сумбаев О. И. Кристалл-дифракционные гамма-спектрометры. M., Атомиздат, 1963.
4. Егоров Ю. А. Сцинтилляционный метод спектрометрии гамма-излучения Щ быстрых нейтронов. M., Атомиздат, 1963.
5. Столярова Е. JI. Прикладная спектрометрия ионизирующих излучений. M-, Атомиздат, 1964.
V ГЛАВА 13
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, описанных
401- в предыдущих главах случаях, конечная цель спектрометрических измерений заключается в определении функции Ф (E), описывающей распределение плотности потока нейтронов Ф по энергиям:
oo
Ф = J Ф (E) dE. о
При этом зачастую оказывается достаточным определить лишь форму кривой спектра, без нахождения абсолютных значений потоков нейтронов. Здесь рассмотрены, в основном, методы относительных измерений функции Ф (E), тогда как методы абсолютных измерений потоков нейтронов от различных источников описаны в гл. 10.
В настоящее время не существует ни одного универсального способа, позволяющего в любых энергетических интервалах и при любых условиях по измеренному распределению сигналов детектора N (v) найти функцию Ф (?), т. е. решить уравнение (4.1). Тем не менее существует много методов измерений, позволяющих решать эту задачу в ограниченных пределах.
§ 13.1. ГРУБЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ НЕЙТРОНОВ
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 (E) во всех его точках можно считать одинаковой, а эффективность регистрации нейтронов в является известной функцией их энергии є (E). Число отсчетов такого детектора в единицу времени (скорость счета)
oo
a0 = S J в (?) Ф (?) сШ, (13.1)
о
где 5 — 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 Oa (E). При этом число отсчетов детектора уменьшается и станет
oo
a = S j" є(?)Ф(?)ехр[ — п0 оа(Е) x]dE, (13.2)
о
402- где X — средняя длина п>ти нейтронов в поглотителе; п0 — число ядер поглотителя в 1 см3. В случае произвольного вида функций е (E) и оа (E) интерпретировать результаты такого опыта было бы весьма трудно. Однако специальным выбором вещества поглотителя и типа детектора можно получить весьма полезные результаты. Пусть, например,
O0-V оо при E <с Е0\ 1
Oa = O при E > E0. J ("o)
Веществ с такими свойствами в природе, конечно, нет. Однако у Cd, как видно из рис. 13.1, при E < 0,4 зв 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 условие (13.3) в данном случае можно считать выполненным. Тем самым можно принять, что
(13.4)
ехр( — п0оах) = О при E <С E0, ехр (— п0оах) = 1 при ? > .E0' поэтому соотношение (13.2) принимает вид
a = S f г(Е)Ф(Е)йЕ. (13.5) і/
E о
Принимая во внимание очевидное ра-
венство
Ea
a0 = S
г (E) Ф (E) dE + S \ е(Е) Ф (E) dE.
E0
(13.6)
Рис. 13.1. Зависимость сечения поглощения кадмием нейтронов от их энергии
получаем, что отношение измеряемых на опыте скоростей счета детектора без фильтра и с фильтром позволяет найти отношение эффектов, вызванных нейтронами с энергиями ниже E0 и выше E0:
E0 J OO
R = є (E) Ф (E) dE Не (E) 0(E)dE+l.
О I Eo
(13.7)
Оі-метим, что величина R называется кадмиевым отношением. Очевидно, что R определяется не только соотношением потоков нейтронов с энергиями выше и ниже E0, но также и типом применяемого детектора, от которого зависит вид функции е (E). Если в измерениях применяют всеволновый детектор, для которого є = cosnt,
