Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
432- (вспышек при соответствующем усовершенствовании регистрирующей аппаратуры: если в первых установках длительность импульсов измерялась десятками микросекунд и на них удавалось измерять спектры только в области очень малых энергий нейтронов (все быстрые нейтроны попадали в один канал), то в настоящее время существуют установки с длительностью импульсов порядка 1 нсек, позволяющие проводить измерения вплоть до энергий нескольких мегаэлектронвольт.
13.4.2. Установки, работающие по методу времени пролета
В настоящее время существует много типов установок, которые предназначены для измерения спектров нейтронов методом времени пролета; различаются они главным образом характеристиками источников нейтронов, а также видами применяемых детекторов. В каждом интервале энергий используются определенные разновидности таких установок, характеризующиеся своими специфическими особенностями. Условно можно разбить нейтроны на три основных интервала энергий: тепловые (E С 0,4 эв), промежуточные (0,4 эв < E < 10 кэв) и быстрые (Е > 10 кэв).
А. Тепловые нейтроны
Механический селектор. Для измерений спектров медленных нейтронов, выходящих, например, из блоков замедлителей или отражателей тепловых реакторов, непрерывный пучок нейтронов перекрывается непрозрачным затвором. Этот затвор открывается лишь на короткие по сравнению с длительностью пролета нейтронов интервалы времени, пропуская порцию нейтронов, которые затем анализируются по энергиям методом времени пролета. Такое устройство называется обычно механическим селектором нейтронов.
Схема типичного селектора нейтронов показана на рис. 13.17. На пути выходящего из реактора пучка нейтронов помещается вращающийся ротор, который пересекается по диаметру пакетом Параллельных пластинок из кадмия с тонкими щелями между ни-|(И. Нейтроны проходят через ротор только в те моменты времени, Ііогда щели параллельны (или почти параллельны) оси нейтронного пучка. Для запуска временного анализатора в эти моменты используются стартовые импульсы от фотоэлемента, на который при шютветствующих положениях ротора падает отраженный от маленького зеркальца пучок света.
Для дальнейшего важно определить не только длительность возникающей нейтронной вспышки, но и ее форму, т. е. зависимость интенсивности пучка нейтронов, прошедших ротор, от времени. Будем сначала считать, что пучок нейтронов хорошо скол-лимирован и что все нейтроны в нем имеют очень большие скорости, так что время пролета нейтрона по диаметру ротора мало по
433- сравнению с временем поворота ротора на заметный угол. При таких условиях вероятность прохождения нейтрона через ротор в каждый момент времени будет определяться шириной свободно-
Рис. 13.17. Механический селектор медленных нейтронов:
1 — защита реактора; 2 — источник света; 3— фотоэлемент; 4 — зеркальце; 5 — ротор; 6 — детектор нейтронов
го просвета щелей у (рис. 13.18). Приняв за нуль отсчета времени момент, когда направление щелей совпадает с осью нейтронного пучка, можно получить соотношения, связывающие величину у
Рис. 13.18. Прохождение нейтронов через одну из щелей вращающегося ротора
с шириной щелей h, радиусом ротора R, угловой скоростью его вращения со и временем t. Эти соотношения имеют вид:
y = h + 2R(ut при t < 0;
y = h—2R(ut при t> 0.
В моменты t\42 = ±h/(2Rw) величина у обращается в нуль, откуда следует, что вспышка нейтронов при указанных выше условиях будет иметь форму треугольника и длительность тн = h/coR. По-
(13.64)
434- (13.65)
скольку интенсивность потока нейтронов пропорциональна у, для относительной интенсивности потока W (і) можно вместо (13.64) написать соотношения
W (t) = 1 + 2Rwt/h при —h/(2wR) < t < 0; |
W (t) = 1 — 2R(at/h при 0 < t < h/(2(aR), J
причем W (0)=1.
Для нейтронов с меньшими скоростями необходимо принять во внимание изменение положения щели за время, пока нейтрон в ней находится. Нейтроны, время пролета которых по диаметру
w(v,t)
w(v,t] ^
Рис. 13.19. Типичные формы «вспышек» нейтронов, создаваемых вращающимся ротором с плоскими щелями: а — при о>4 игр; б — при и<4 'Jrp
ротора 2R/v больше времени смещения щели на удвоенную собственную ширину 2h/(x>R, не могут выйти из ротора. Отсюда следует, что через вращающийся ротор пролетают лишь нейтроны со скоростями
V > игР = aRVh. (13.66)
Более детальный анализ показывает, что при 4игР ^ v < оо длительность нейтронной вспышки остается равной h/a>R, но ее вершина с уменьшением скорости постепенно «оседает» (рис. 13.19), причем
при t ^
w(t) = 0
w(t)=l + 2-^t h
2a R
w(t)= 1 —
4h
2R
V
при — при — •
h
2(0 R
V
2 R
V
\t < 0;
,,, . «в ( 2R , Л2 n
W(t)= 1 —----Ml ПрИ 0:
4 h \ V J
W(t)=\---t
Ii
W{t) = 0
A-.
2R_
V
h
при
о 2(0 R
при t~>
h 2 aR
(13.67)
435- В интервале скоростей игр ^ и ^ 4игр длительность вспышки оказывается меньше h/&R и одновременно сокращается ее площадь, так что
... л , . -./4/1,2? W (t) = 0 при /< — 1/--1--;
