Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
В случае использования вспышек света, регистрируемых находящимся рядом с мишенью фотоумножителем, можно применять твердый и жидкий сцинтилляторы, однако второй вариант предпочтительнее, так как твердый слой можно скорее разрушить пучком. При работах с газовыми мишенями можно использовать вспышки света, возникающие непосредственно в наполняющем мишень газе (например, дейтерии).
3. Для получения стартовых импульсов можно использовать у-излучение или вторичные заряженные частицы, возникающие при идущий на мишени ускорителя ядерных реакциях (например, ядра 3 Не и з реакции d + d ->¦ 3 Не + п). Такие частицы могут регистрироваться расположенным рядом с мишенью полупроводниковым или сцинтилляционным счетчиком. В отличие от двух первых способов данный способ позволяет в принципе вести измерения методом времени пролета с использованием не только импульсного, но и непрерывного пучка ускоренных частиц. Естественное ограничение в данном случае связано с относительно невысокой общей интенсивностью источника, так как в противном случае будет мешать сильный фон от случайных совпадений. Так, при разрешающем времени около Ю~8 сек удавалось работать при скоростях счета гелия 1500 имп/сек, что обеспечивало порядка 1000 совпадений с детектором нейтронов в 1 ч. Возможность получения лучшего разрешающего времени (Ю-9 сек) позволяет надеяться на достижение более высоких скоростей счета.
В качестве примера результатов, получаемых на установках рассматриваемого типа, на рис. 13.28, а показано распределение во времени импульсов, создаваемых нейтронами от реакции D + -jT р п 2 р, а на рис. 13.18, б — найденный из этого распределения энергетический спектр нейтронов.
Регистрация нейтронов. Очевидно, что при ширине канала около 1 нсек требуются детекторы с предельным быстродействием. Обычно в качестве таких детекторов используют сцинтилляционные счетчики с органическими сцинтилляторами, длительность импульсов в которых от протонов отдачи оказывается порядка 10^9 сек (см. гл. 4). Здесь так же, как и в установках с промежуточными нейтронами, необходимо учитывать неопределенность в моменте регистрации нейтрона, связанную с конечным размером детектора, н можно применять дискриминацию у-квантов по форме импульса. Хорошие результаты можно получить также и с детекторами других типов, например с газовыми сцинтилляторами. Поскольку частота следования нейтронных вспышек (около 3 Мгц) обычно гораздо больше предельно допустимой частоты регистрации импульсов, то
450- 100 120 Номер канала а
140 160
10
QcP
S 4 ¦t ! " I
°-L-1,58M « - L = 5,15 M
aS_o_
3
5
7 E, Мэ8
Рис. 13 28. Измерение спектра нейтронов из реакции D (/;, п) 2/; методом времени пролета под углом 0° при энергии протонов 8,6 Afss:
с: — распределение во времени импульсов детектора; б — полученный из этого распределения спектр нейтронов заведомо ясно, что в установке может регистрироваться лишь один импульс на много вспышек. Все же на практике скорость счета ограничивается не возможностями аппаратуры, а интенсивностью источников. Характерное значение интегральной скорости счета в установках данного типа оказывается около 100 — 200 имп/сек, тогда как аппаратура могла бы допустить в несколько раз большую скорость счета.
Г. Установки для измерения реакторных спектров
Энергетический спектр нейтронов в реакторе является очень важной характеристикой установки, требующей самого детального изучения. Спектр нейтронов определяет важнейшие параметры реактора— коэффициент воспроизводства ядерного горючего и многие другие. Кроме того, результаты расчета спектра нейтронов значительно чувствительнее к выбору ядерных констант и методики расчета, чем другие величины, например критическая масса. Поэтому сравнение рассчитанных спектров с результатами экспериментальных исследований позволяет сделать некоторые важные выводы, направленные на усовершенствование применяемых при расчетах систем многогрупповых констант.
Для измерения методом времени пролета спектров нейтронов в пучках, выходящих из ядерных реакторов, можно воспользоваться описанными выше быстрыми и медленными селекторами. Однако низкая светосила селекторов с механическими прерывателями и относительно небольшой диапазон перекрываемых энергий заставляют искать иные способы получения коротких нейтронных вспышек. Оптимальным оказывается такой режим работы, при котором весь реактор «вспыхивает» на короткие интервалы времени, между которыми цепная реакция в нем практически отсутствует. Подобный режим работы достигается обычно одним из двух способов.
Реактор с импульсным источником нейтронов. Рассмотрим кратко процессы, происходящие в активной зоне реактора при попадании в нее нейтронов от источника. Пусть из источника вылетело N0 нейтронов. Часть из них поглотится в различных материалах реактора или вылетит из него, а оставшаяся часть будет захвачена ядрами активного материала с их последующим делением, что приведет к появлению N1 новых нейтронов. Отношение N1IN0 называется эффективным коэффициентом размножения нейтронов в реакторе и обозначается /гэф. Если &Эф> 1, то в каждом следующем поколении будет больше нейтронов, чем в предыдущем, и процесс будет носить саморазвивающийся характер даже при отсутствии поступления ОТ источника НОВЫХ нейтронов. Если же &аф<;1, то число нейтронов от поколения к поколению будет убывать, и без поступления новых нейтронов от источника процесс размножения нейтронов через некоторое время прекратится. Однако и в таком реакторе, называемом обычно под критическим, общее число нейтронов, родившихся во всех поколениях, может быть гораздо больше
