Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
ущ-2+n^+n^+4Л^- (13-44)
Для оценки погрешности применительно к условиям приведенного выше примера можно в первом приближении считать, что все Nk =
420- = Ni. Тогда _
A(dW/dEA)i = VNi/lOlbV и так как dW/dEA ~ O1OiNiIAV и мы хотим, чтобы A {dW/dEjut/(dW/dEA)i = 0,1,
то 1/(0,04 VKWO = O1I1
откуда требуемое число отсчетов в каждом канале анализатора равно всего лишь 6250, что в 40 раз меньше, чем требовалось без операции сглаживания.
§ 13.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИИ НЕЙТРОНОВ
Общая схема метода. Экзотермические (п, р)-и (п, а)-реак-ции с вылетом заряженных частиц можно использовать для определения энергии нейтронов по энергии вторичных частиц. Если реакция А (п, b) В происходит под действием медленного нейтрона, кинетической энергией которого можно пренебречь, то суммарная энергия продуктов реакции (частицы b и ядра В) равна энергии реакции Q. Поскольку в газовых ионизационных камерах и пропорциональных счетчиках количество возникающих пар ионов определяется выделившейся суммарной энергией, амплитуда сигнала оказывается пропорциональной Q. Если же реакция А (п, Ь)В происходит под действием быстрого нейтрона, то энергия последнего E добавляется к энергии Q, в результате суммарная ионизация и амплитуда сигнала оказываются пропорциональными Q + Е. Таким образом, разность амплитуд сигналов от реакции, вызываемых медленными и быстрыми нейтронами, пропорциональна энергии последних, что и предопределяет возможность проведения спектрометрических измерений. При этом стоит подчеркнуть, что в отличие от метода ядер отдачи в данном методе амплитуды сигналов от нейтронов с одинаковой энергией имеют одно и то же значение, в результате намного упрощается интерпретация получаемых в ходе эксперимента результатов.
Выбор рабочих веществ. Для спектрометров описываемого типа рабочие вещества выбираются из следующих условий:
1) на ядрах выбираемого вещества должна идти только одна экзотермическая реакция с вылетом заряженных частиц, так как в противном случае амплитудный спектр импульсов окажется очень сложным и его трудно будет интерпретировать;
2) сечение реакции должно быть достаточно большим в широком интервале энергий нейтронов, начиная от самых медленных и кончая нейтронами с энергиями порядка нескольких мегаэлектронвольт. Очевидно, что это условие лучше всего выполняется в области легких ядер, так как в тяжелых ядрах высокие кулонов-ские барьеры затрудняют вылет заряженных частиц, поэтому относительные вероятности реакции рассматриваемого типа оказываются невысокими;
421- •3) зависимость сечения реакции от энергии нейтронов должна быть как можно проще, без резких пиков и провалов, в противном случае расшифровка получаемых данных будет сильно затруднена;
4) энергия реакции Q не должна быть очень большой, так как при меньших ее значениях легче получить более высокое энергетическое разрешение. В самом деле, отношение амплитуд сигналов от нейтронов с энергиями E1 и E2 равно (Q + ?i)/(Q -г E2). При Q —>- оо это отношение стремится к единице, т. е. сигналы от нейтронов разной энергии становятся неразличимыми, тогда как при Q —>- О отношение сигналов стремится к своему максимальному значению, равному E1IE2. Можно применять также и эндотермические реакции, но при этом, естественно, оказывается возможным измерять спектр нейтронов лишь в области энергий E^ Enov. Поэтому если желательно измерять спектры нейтронов, начиная с малых энергий, то приходится использовать экзотермические реакции с небольшими Q. Правда, при очень малых значениях Q сигналы от медленных нейтронов настолько малы, что их становится трудно регистрировать. Лучше всего, чтобы энергия Q была порядка 0,1—1 Мэв. При Q = 0,5 Мэв различие сигналов от медленных нейтронов и нейтронов с энергией 100 кэв составляет 20%, тогда как при Q = 5 Мэв это различие равно всего 2%;
5) химические и технологические свойства рабочего вещества позволяют изготовить детектор, в котором энергию обеих частиц — продуктов реакции — можно измерить с высоким энергетическим разрешением и высокой эффективностью. Лучше всего, если рабочее вещество можно ввести непосредственно либо в газ ионизационной камеры или счетчика, либо в состав сцинтиллирующего кристалла. Использование слоев вещества на стенках камеры хотя и допустимо, но нежелательно, так как ионизационные потери энергии в слое всегда будут приводить к ухудшению энергетического разрешения метода.
Как оказалось, всем этим требованиям удовлетворяет весьма ограниченное число веществ. Свойства некоторых из них даны в табл. 13.3. Рассмотрим применение каждого из этих веществ для целей нейтронной спектрометрии.
Таблица 13.3
(п,р)-и (/!,а)-Реакции, используемые для регистрации медленных
нейтронов
Реакция
Содержание исходного изотопа Энергия реакции в естественной Мэв
Сечение реакции для тепловых нейтронов, барн
смеси, %
3He(rt,p)3H
6Li(Zi1OC)3H
10В(я,(X)7Li
14N(ZllP)14C
21Netra1(X)18O
7,52 19,61 99,63 0,257
0,000137
0,764 4,786 2,790 0,626 0,700
