Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
С целью повышения эффективности регистрации были разработаны и получили широкое распространение жидкостные сцинтилляционные счетчики, в которых относительно тонкий слой
1 см) сцинтиллирующей жидкости просматривается системой фотоумножителей. В качестве сцинтиллятора обычно применяется раствор некоторых специальных органических веществ в толуоле с добавлением 10B в виде метилбората. Сцинтиллятор заливается в ванночки, покрытые изнутри белой эмалью с высокой отражающей способностью. К каждой ванночке подсоединяются два или четыре фотоумножителя, импульсы от которых поступают на временной анализатор только в том случае, если они строго совпадают во времени. Этим в значительной степени подавляется фон шумовых сигналов. Эффективность подобной системы при энергии 1 кэв может достигать 40%, что почти на два порядка выше эффективности борных счетчиков. Неопределенность в моменте захвата нейтронов невелика и составляет обычно 0,5 мксек. Главный недостаток жидкостного счетчика — маленькая амплитуда импульсов и связанная с этим трудность дискриминации фона у-излучения: из-за нелинейности световыхода (см. гл. 7) амплитуда импульса от а-частицы с энергией 2,3 Мэв оказывается сравнимой с импульсом от электрона с энергией всего 40 кэв. В то же время почти во всех установках одновременно со вспышкой нейтронов возникает
443- мощная вспышка у-квантов, которая может сильно перегрузить регистрирующую систему и нарушить ее нормальную работу. Для борьбы с у-квантами используются два способа: 1) так как у-кванты долетают до детектора раньше, чем нейтроны, то в момент их прихода на фотоумножитель можно подать мощный запирающий импульс и тем самым предотвратить перегрузку схемы; 2) применяют дискриминацию импульсов от протонов и электронов по их форме (см. гл. 12). Кроме того, детектор со всех сторон защищается свинцом.
Третий возможный тип детектора основан на регистрации вторичного у-излучения, возникающего при захвате нейтронов в веществе. Один из вариантов такого детектора — так называемая борная плита. Он представляет собой слой твердого аморфного бора или карбида бора, вплотную к которому расположена система сцинтилляционных счетчиков с кристаллами NaI. Эти счетчики регистрируют у-кванты от реакции 10B (п, ct)7*Li->-7Li + У- Поскольку энергия у-квантов строго определенная 0,48 Мэв, регистрирующую систему можно настроить только на соответствующие импульсы, что позволяет в значительной степени снизить фон посторонних импульсов, имеющих самые различные амплитуды. Все же чувствительность такого детектора к посторонним у-кван-там остается довольно высокой. Для ее уменьшения в некоторых детекторах вместо бора применяют вещества, захват нейтронов в которых сопровождается испусканием целого каскада у-квантов. Блок такого вещества (например, урана) окружают системой сцинтилляционных счетчиков и регистрируют двух-или даже трехкратные совпадения импульсов в них. При этом импульсы фона, возникающие в разных счетчиках независимо друг от друга, регистрируются только в результате случайных совпадений, вероятность которых относительно невелика. Недостатком такой системы является ее сложность и низкая эффективность регистрации нейтронов, связанная с тем, что в большом числе случаев у-кванты не вызывают в счетчиках достаточного для регистрации количества совпадающих во времени импульсов. Кроме того, зависимость эффективности регистрации нейтронов от энергии, определяемая видом a=o (E), может оказаться весьма сложной, что затруднит интерпретацию получаемых данных. Тем не менее отношение числа импульсов эффекта к числу импульсов фона у такого детектора оказывается значительно выше, чем у детекторов других типов, и это достоинство позволяет применять подобные детекторы при некоторых измерениях.
В. Быстрые нейтроны
Для исследований с нейтронами еще больших энергий (от сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт) необходимы спектрометры с еще меньшими значениями г/1, а так как увеличение I невозможно из-за снижения интенсивности, то приходится
444- идти по пути уменьшения т. Обычно с задачей измерения нейтронных спектров в данном диапазоне энергий приходится сталкиваться при изучении различных ядерных процессов с помощью ускорителей. Характерная особенность установок этого типа — отсутствие замедлителей нейтронов.
Использование естественной модуляции пучка циклотрона. При работе циклотрона в так называемом «непрерывном» режиме частицы в нем движутся в действительности не непрерывным потоком, а сгустками, причем частота следования таких сгустков друг за другом равна частоте колебаний напряжения, подводимого к ускоряющим электродам (дуантам) от высокочастотного генератора. Поэтому нейтроны вылетают из мишени тоже короткими порциями, причем длительность каждой порции составляет около 2—3 нсек при интервалах между порциями 50—100 нсек (частота колебаний ускоряющего напряжения в циклотронах обычно бывает порядка 20—10 Мгц). Таким образом, измерение спектров возникающих в мишени нейтронов можно проводить методом времени пролета, причем длина пролетной базы может составлять всего лишь несколько метров. При этом, однако, скважность (отношение Г/тн) оказывается порядка нескольких десятков, тогда как для измерений спектров в широком диапазоне энергий желательно иметь гораздо более редкие импульсы. Заметим, что в данном случае, как и в случае механических селекторов, величины тн и T взаимосвязаны. Поэтому для уменьшения частоты следования нейтронных вспышек приходится направлять на мишень лишь один импульс из многих. Это осуществляется обычно подачей редких импульсов на отклоняющую пластину циклотрона (дефлектор) или на специальные пластины, установленные на пути пучка вне ускорителя. Такая система позволяет получить сколь угодно низкую частоту следования импульсов (обычно порядка нескольких килогерц), однако это достигается, естественно, ценой сильного снижения средней интенсивности.
