Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
вых счетчиков, хотя и в этих случаях с успехом могут использоваться и другие детекторы — ионизационные камеры, сцинтил-ляционные счетчики, фотоэмульсии. Типичная схема соответствующего эксперимента показана на рис. 14.8. Хорошо сколлимиро-ванный пучок нейтронов падает на фольгу из исследуемого материала, толщина которой должна быть много меньше пробега заряженных частиц, и вылетающие из нее частицы регистрируются полупроводниковым счетчиком. Скорость счета детектора а оказывается связанной с числом падающих на фольгу в течение 1 сек нейтронов N соотношением
где сг (0) — дифференциальное сечение реакции, при которой вторичные частицы вылетают под углом 0 к направлению движения нейтронов; п0 — число ядер в 1 смъ образца; х — толщина фольги в направлении движения первичных частиц; Aco — телесный угол, под которым из образца виден детектор. Соотношение (14.51) можно считать достаточно точным, если размеры области фольги, в которой протекают изучаемые ядерные реакции, малы по сравнению с расстоянием до детектора, благодаря чему эту область
Рис. 14.8. Схема измерений сечеиий реакций, идущих
с вылетом заряженных частиц: / — коллиматор, 2— детекторы; 3— фольга из исследуемого материала; 4 — вакуумная камера
а=ед No (0) /Z0Acox,
(14.51)
17 Зак. 1079
497 можно считать точечной. Однако и в этом случае в результате эксперимента получают сечение, усредненное по охватываемому счетчиком телесному углу Асо. Использование нескольких счетчиков или перемещение одного счетчика относительно оси пучка нейтронов позволяют измерять в дополнение к выходу и энергии вторичных частиц также и их угловое распределение, что не только повышает количество получаемой информации, но и открывает качественно новые возможности исследования свойств ядерных реакций. Наконец, вместо одного счетчика можно применить телескоп из двух счетчиков, что позволяет идентифицировать типы вылетающих частиц. Отметим, что при регистрации заряженных частиц собственная эффективность детектора ед aj 1, геометрический фактор легко мсжно вычислить, поэтому оценка полной эффективности установки є не представляет особенно трудной задачи, и вся неопределенность опыта связана с оценкой плотности потока нейтронов Ф.
Измерения с регистрацией у-квантов. При изучении (п, 7)-, (п, п'у)-реакций и т. п. приходится сталкиваться с задачей регистрации у-квантов. Основное отличие от рассмотренного выше случая регистрации заряженных частиц связано с тем, что при одном акте захвата нейтрона ядром может возникать несколько Y-квантов, причем в различных актах наборы у-квантов также могут быть разными, в результате чего спектр регистрируемого излучения имеет весьма сложный вид.
Все используемые в данном методе приборы можно условно разделить на две большие группы. К первой группе относятся детекторы, регистрирующие у-кванты в пределах малых телесных углов. Таким детектором, например, может быть кристалл сцинтилляционного счетчика, располагаемый вне прямого нейтронного пучка рядом с образцом из исследуемого материала (рис. 14.9). Естественно, в таком опыте измеряется дифференциальное сечение реакции, и вся схема опыта оказывается весьма похожей на схему измерений дифференциальных сечений с вылетом заряженных частиц, отличаясь лишь тем, что в данном случае эффективность єд<г? 1 и ее точное значение гораздо труднее определить. В самом деле, в первом приближении
?Макс V
єд= J ф (Еу, Е) є (Ev) dEy, (14.52)
^ynop
где є (Ey) — вероятность регистрации счетчиком у-кванта с энергией Ey; ф (Еу, Е) dEy — число у-квантов с энергиями от Ey до Ey + dEy, возникающих при попадании в ядро нейтрона с энергией Е\ Eyil0p — пороговое значение энергии у-квантов, ниже которого у-излучение данным прибором не регистрируется; E^3kc —максимальная энергия у-квантов в изучаемом процессе (в случае (п, у)-реакции величина ?™акс = Bn + Е\ Bn — энергия связи нейтрона). При изменении энергии нейтронов E меняется не только верх-
498- ний предел интегрирования (что легко было бы учесть), но и вид подынтегральной функции ср (Ev, Е). Поскольку детальная информация о характере зависимости Cp = Cp(E) обычно отсутствует, вычисления єд по (14.52) оказываются практически невозможными.
Вытекающее из приведенного рассмотрения заключение о неизвестной зависимости ед от E является чрезвычайно неприятным
ъсоренные ионы-
Нейтроны
Pnc 14 9. Схемы измерений сечений с регистрацией у-излУчеиия в пределах малых телесных углов-
а—«точечная» геометрия; б — «кольцевая» геометрия (применение образца в виде кольца, охватывающего ось всего устройства, позволяет значительно повысить эффективность метода); / — образец; 2— кристалл; 3— ФЭУ; 4— защитный конус; 5—мишень ускорителя
фактом, так как эта зависимость будет препятствовать не только абсолютным, но и относительным измерениям сечений. Однако можно указать несколько случаев, когда зависимость єд от Ey относительно проста и к тому же хорошо известна, в результате ее нетрудно учесть при обработке экспериментальных данных. В частности, это относится к так называемому детектору Моксона — Рея. Схема такого детектора показана на рис. 14.10. Он состоит из слоя вещества с малым Z (например, графита), в котором под действием у-квантов возникают быстрые электроны, вызывающие вспышки света в расположенной между этим слоем и фотоумножителем тонкой пластине органического сцинтиллятора (толщина последней составляет
