Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
В некоторых случаях при измерениях методом пропускания в качестве фильтров используются вместо кадмия или бора некоторые другие вещества. Применяя набор веществ с различной зависимостью сечений поглощения от энергии, можно получить значительно более детальную информацию о спектре нейтронов, однако интерпретация результатов подобных экспериментов значительно сложнее, и здесь они не рассматриваются.
Метод резонансных индикаторов. Поглощение нейтронов многими веществами приводит к появлению радиоактивных ядер. Характерным примером данного процесса является поглощение нейтронов индием, в результате которого появляется ?-активность с периодами полураспада T1/.г, равными 54 мин и 13 сек:
115In (п, у)116 In Д116 Sn
(два периода полураспада соответствуют метастабильному и основному состояниям ядра 116In). Активность тонкой индиевой фольги, достигаемая при облучении ее в течение времени t T1Z2 потоком нейтронов с непрерывным энергетическим спектром, в котором нейтроны с энергиями меньше 0,4 эв отфильтрованы кадмием, определится соотношением
OO
A = п J а(Е)Ф(Е)с1Е, (13.20)
0,4
где и — число ядер во всей облучаемой фольге. Однако если принять во внимание резонансный характер захвата нейтронов ядрами 115In (рис. 13.2), то нетрудно прийти к выводу о том, что активность фольги окажется связанной в основном с поглощением нейтронов в области основного резонанса и что, следовательно, число импульсов бета-счетчика будет пропорционально потоку нейтронов с энергией Евез. Для того чтобы сделать этот выеод более наг-
406- лядным, можно идеализировать кривую зависимости о от Е, положив
O = O0 при ?рсз—Г/2<?<?рсз + Г/2; } 0 = 0 при ?<?рез-Г/2 и ?>?рез + Г/2, }
где Г — полная ширина уровня; а0 — эффективное сечение захвата нейтронов в резонансе (при E = E0). При этих условиях из
!
! і і : і і I
ш
і j 1 у
і I it-
/ -1-------—
Ю'г W1 1 10 10г IO3 10і 10s En, э5
Рис. 13.2. Зависимость полного сечения индия от энергии нейтронов
формулы (13.20) следует
?рез + г/2
A = HO9 j Ф (E) clE«по0 Ф (?De3) Г, (13.22)
fPea-Г/2
где O(Elie3) — средний поток нейтронов в интервале (Eve3 — Г/2, вез -г Г/2). Из последнего соотношения
Ф(?рез) = Л/(/ш0Г). (13.23)
или, переходя от активности А к числу отсчетов а счетчика в 1 сек.
Ф(?рез)=/<а/(0оГ)., (13.24)
407- где в коэффициент К входят параметры фольги, эффективность счетчика и некоторые другие факторы. Имея набор фольг различных веществ, у которых резонансы лежат при разных энергиях, можно получить значения потока нейтронов в соответствующих точках и тем самым оценить форму распределения нейтронов по энергиям. Коэффициенты К можно определить экспериментально градуировкой в известном потоке тепловых нейтронов. В этом случае скорость счета детектора ?-частиц
ат = <гтФт//С, (13.25)
в результате соотношение (13.24) можно привести к виду
Ф (Epea) = Or (а/ат) Фт/(<г0 Г). (13.26)
Соотношение (13.26) позволяет измерением с фольгами различных веществ найти относительные значения потоков нейтронов при различных значениях -Epeai что вполне достаточно для определения формы энергетического спектра.
В действительности веществ с идеальными свойствами, определяемыми соотношениями (13.21), в природе нет. Но и реальные вещества типа индия позволяют в первом приближении очень просто оценить потоки нейтронов при разных энергиях. Для оценки вклада в активность индикатора нейтронов с энергиями, далекими от Esiea, проводятся контрольные облучения фольг с фильтрами из того же материала, из которого изготовлены сами фольги. При достаточной толщине такие фильтры полностью «съедают» нейтроны в области резонансного пика (рис. 13.3), почти не затрагивая нейтроны из других участков спектра. Поэтому разность активностей детектора без фильтра и с фильтром может быть целиком связана с поглощением нейтронов в области резонанса. При отборе веществ для резонансных индикаторов нейтронных потоков необходимо руководствоваться следующими двумя основными требованиями:
1) сечение поглощения нейтронов должно иметь один сильный резонанс и быть относительно небольшим при всех остальных энергиях;
2) поглощение нейтронов должно приводить к образованию радиоактивных ядер с удобными для измерений периодами полураспада (от нескольких секунд до нескольких часов).
Сведения о некоторых веществах, применяемых обычно в качестве резонансных индикаторов, приведены в табл. 13.1.
При измерениях в получаемые результаты необходимо ввести некоторые поправки: на поглощение резонансных нейтронов кадмиевым фильтром, на самопоглощение резонансных нейтронов в фольге, на поглощение нерезонансных нейтронов резонансным фильтром. Кроме того, при измерениях внутри сплошных сред необходимо учитывать «выедание» потока нейтронов с околорезонансными энергиями вблизи точки, в которой расположен индикатор (этот эффект полностью отсутствует при измерениях
408- на выведенных из реактора пучках нейтронов). Значение некоторых из отмеченных факторов можно уменьшить соответствующим выбором условий эксперимента. Так, для снижения самопоглощения нейтронов и эффекта «выедания» потока нейтронов в среде индикаторы целесообразно делать как можно более тонкими, применяя для их изготовления хорошо прокатанные фольги или слои, которые наносятся методом распыления в вакууме на неактивируе-мую подложку.
