Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 13.9. Распределение числа импульсов по амплитудам, полученное от ионизационной камеры, наполненной водородом, при облучении ее моноэнергетическимн быстрыми нейтронами (пунктир — идеальное распределение)
418- мулы _
ї1=12/т/?, %,
в которой энергия нейтронов E измеряется в Мэв. Следует отметить, что при увеличении размеров кристаллов энергетическое разрешение сцинтилляционных спектрометров ухудшается.
Измерения спектров нейтронов очень часто приходится проводить в присутствии фона у-излучения. Высокая чувствительность сцинтилляционных счетчиков к у-квантам заставляет в таких случаях прибегать к специальным мерам подавления у-фона, из которых наиболее эффективной является рассмотренная в гл. 12 дискриминация импульсов по их форме. Степень дискриминации (отношение числа пропущенных разделительной схемой импульсов у-квантов к полному числу импульсов на входе схемы) сильно зависит от выбранного уровня амплитудного порога. Для иллюстрации приведем соответствующие цифры для одной из подобных схем:
Энергетический порог, Мэв......... 0,3 0,5 1,5
Степень дискриминации 2-Ю-2 Ю-3 2. IO-6
При этом потери импульсов от нейтронов возрастают с увеличением порога, но даже при Euoo = 1,5 Мэв они составляют всего 20%. Если измеряется спектр быстрых нейтронов и без особого ущерба может быть установлен достаточно высокий порог, то Получаемая степень дискриминации 2 • Ю-6 означает возможность проводить измерения в таких условиях, когда у-квантов в IO5 раз больше, чем нейтронов (при этом, правда, в числе зарегистрированных импульсов окажется около 26% импульсов от у-квантов, и этот эффект всегда можно учесть). Однако большая загрузка входа электронной схемы импульсами от у-квантов накладывает ограничения на общую скорость счета. Опыт показывает, что в большинстве разделительных схем управляющий канал перестает работать при поступлении на него больше (1-=-4) • IO4 импісек. Следовательно, если измерения проводятся в поле, в котором на один нейтрон приходится IO4 у-квантов, то максимальная скорость счета нейтронов не может быть поднята выше 1 -г4 импісек, т. е. при измерении спектра 100-канальным амплитудным анализатором средняя скорость счета в одном канале равна 0,01—0,04 импісек. Очевидно, что при таких условиях для набора количества импульсов; достаточного для получения необходимой точности результатов (см. ниже), измерения одного спектра приходится вести в течение многих часов или даже суток, что предъявляет весьма выЁокие требования к стабильности детекторов и электронной аппаратуры. В некоторых случаях весьма полезным может оказаться применение фильтров из свинца или висмута. Такие фильтры почти не искажают спектр нейтронов (при энергиях ниже порогов неупругого рассеяния) и незначительно снижают интенсивность пучка нейтронов, зато во много раз уменьшают интенсивность у-излучения.
13і 419 Сравнительно невысокое энергетическое разрешение метода протонов отдачи приводит к тому, что его применяют в основном для измерения непрерывных и относительно гладких спектров нейтронов, например, спектров нейтронов, выходящих из активных зон отражателей и защит быстрых реакторов. Тем не менее этим методом в отдельных случаях удавалось измерить и более сложные спектры, например спектрьГ различных нейтронных источников типа Ra — Be, Po — Be и др. (см. гл. 3).
Необходимость дифференцирования спектров ядер отдачи заставляет выполнять эксперимент с небольшой статистической погрешностью. Если о спектре нейтронов заранее ничего не известно, а энергетическое разрешение детектора ядер отдачи меньше ширины канала амплитудного анализатора, то^операцию дифференцирования приходится выполнять поочередным вычитанием количеств импульсов, зарегистрированных каждыми двумя соседними каналами:
(dW/dEA)i = (Ni+1 - Nt)/^V, (13.42)
где AV— ширина одного канала анализатора. Если числа Ni+1 и Ni отличаются в среднем на 4%, а требуется измерить величину dW/dEA с погрешностью 10%, то погрешность измерения каждого из чисел Nh должна быть (0,04/2) • 0,1 = 0,002 (0,2%), что требует набора около 250 000 импульсов в каждом канале. Однако если заведомо известно, что изучаемый спектр нейтронов не имеет резких особенностей (пиков, провалов и т. п.), а ширина спектральной линии детектора охватывается несколькими каналами анализатора, то нет оснований ожидать существенного изменения счета не только от канала к каналу, но даже и в пределах нескольких соседних каналов. В этом случае при дифференцировании спектра протонов отдачи можно сгладить показания соседних каналов анализатора, что существенно понижает требования к статистической погрешности эксперимента. Известно несколько способов такого сглаживания. Например, можно находить производную для каждого /-канала анализатора как производную параболы, проведенной методом наименьших квадратов через пять соседних точек: jV;_2, Ni^1, Ni, Ni+1 и Ni+2. При этом
(dW/dEA)t = {-2Ni^~Ni-1 + Ni+1 + 2W1+2)/(10AV). (13.43)
Если считать, что погрешность в числе импульсов, зарегистрированных каждым каналом анализатора, целиком сводится к статистической: ANh = ViVft, то среднеквадратическая погрешность в производной
