Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Нейтронный пучок падает на ротор параллельно оси вращения. При вращении ротора через щели могут свободно проходить только те нейтроны, которые пролетают длину цилиндра I как раз за время поворота ротора на угол смещения щели а. Из этого условия скорость пропускаемых нейтронов
V = 2ппИа, (13.72)
438- j-де п — число оборотов ротора в 1 сек. В действительности из-за конечной ширины щели прошедшие через ротор нейтроны имеют разброс скоростей. Если ширину щели охарактеризовать охватываемым ею углом Да, то, дифференцируя (13.72), получаем
До = ±2пп1Аа/а\ (13.73)
откуда предельные скорости проходящих через ротор нейтронов
V = 2япі (1 ± Аа/а)/а (13.74)
и соответственно
AEIE ± 2Да/а. (13.75)
Еще лучшие результаты можно получить на установке с двумя роторами (рис. 13.24). Оба ротора имеют прямые щели, вращаются с одинаковой скоростью и с постоянной разностью фаз ф. Когда
Рис. 13.24. Схема селектора с двумя роторами
щели первого ротора оказываются параллельными оси пучка, через них проходит группа нейтронов с различными скоростями, но через второй ротор пройдут только те из них, для которых время пролета расстояния между роторами L равно времени поворота ротора на угол ф. Скорость таких нейтронов определяется соотношением V0 = tol/ф. Подобная установка позволяет изменением сдвига фаз ф легко менять скорость пропускаемых нейтронов при сохранении высокого разрешения и достаточной интенсивности оучка.
Прошедшие через монохроматор нейтроны уже не требуется анализировать по времени пролета, так как он действительно выделяет нейтроны определенной скорости. Поэтому на монохроматорах можно вести работы с активацией образцов, что, естественно, невозможно на других установках, использующих принцип измерения времени пролета.
Так как длительность нейтронной вспышки, а следовательно, И ширина канала временного анализатора в установках для работы с медленными нейтронами относительно велики (несколько десятков или даже сотен микросекунд), требования к нейтронным детекторам оказываются весьма умеренными. Обычно для регистрации нейтронов используются пропорциональные счетчики, наполненные BF3 или 3He, хотя возможно также применение детекторов и других типов. Скорость счета определяется в данном
439- случае свойствами электронной схемы. Поскольку время, затрачиваемое на обработку одного импульса во временном анализаторе, составляет несколько микросекунд, от одной вспышки без труда можно зарегистрировать несколько импульсов в разных каналах и в принципе даже два-три импульса в одном широком канале. Скорость счета в отдельных каналах может достигать нескольких тысяч отсчетов в 1 мин, но из-за неравномерности распределения во времени регистрируемых импульсов счет в каналах, соответствующих самым медленным нейтронам, может оказаться на уровне одного-двух отсчетов в 1 мин, что в несколько раз меньше фона.
Б. Промежуточные нейтроны
Селектор на быстрых нейтронах. Схема селектора для нейтронов промежуточных энергий в общем аналогична схеме селектора на медленных нейтронах. Основные отличия связаны с конструкцией ротора и со скоростью его вращения. Поскольку не существует вещества, которое сильно поглощало бы нейтроны во всем рассматриваемом диапазоне энергий (от 0,5 эв до нескольких десятков килоэлектронвольт), ротор селектора на быстрых нейтронах приходится делать в виде массивного диска или цилиндра из материала с большим полным сечением.
Так, ротор селектора Аргоннской национальной лаборатории массой 85 кг изготовлен из урана. Кроме того, для получения удовлетворительного разрешения при более высоких энергиях приходится уменьшать длительность импульса, что достигается сокращением ширины щелей, а следовательно, и интенсивности нейтронного пучка. На современных селекторах ширина щелей измеряется долями миллиметра, что при скоростях вращения ротора 20 ООО—40 ООО об/мин позволяет получить импульсы длительностью в несколько десятых долей микросекунды. Для увеличения интенсивности пучков обычно в роторе делается пакет из нескольких параллельных щелей. При этом интенсивности пучка хватает для работы на пролетных базах порядка 100 м, что обеспечивает разрешение до 0,005 мксек!м. Столь высокое разрешение позволяет применять быстрые селекторы для измерений спектров нейтронов до энергий порядка нескольких десятков килоэлектронвольт.
Как уже отмечалось, длину пролетной базы нельзя увеличивать беспредельно не только из-за уменьшения интенсивности пучка, но также из-за опасности появления рециклических нейтронов. На селекторах, предназначенных для исследований в промежуточной области энергий, медленные нейтроны поглощаются кадмиевым фильтром, поэтому наложение импульсов от разных вспышек можно связать, в первую очередь, с нейтронами, обладающими энергией около 0,5 эв. Отсюда следует, что при заданной частоте повторения вспышек п (сек*1) расстояние между прерывателем и детектором не должно быть больше 6700!п, м. Если ротор делает 15 000 об/мин, то п= 500 секи длина пролетной базы может иметь
440- предельное значение примерно 13 м. На практике для получения более высокого разрешения иногда делают базы большей длины, сознательно допуская возможность появления рециклических нейтронов. Во многих случаях рециклические нейтроны не являются серьезной помехой для измерений, и их можно рассматривать как своего рода фон, который легко учесть. Кроме того, эти нейтроны можно в значительной степени подавить борным фильтром, который поглощает в какой-то мере нейтроны всех энергий, но медленные нейтроны в гораздо большей степени, чем быстрые.
