Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
16*
499 доли миллиметра). Оказывается, что для такого детектора эффективность регистрации у-квантов єд приблизительно пропорциональна их энергии:
є (Ey) = KEy. (14.53)
Поэтому эффективность детектора по отношению к регистрации 7-квантов со спектром ф (Еу, Е)
?¦ макс
гя = К J <f (EytE) EydEy = К (Bn+Е) (14.54)
о
(для простоты здесь считается, что Eynoll = 0, что вполне допустимо, так как обычно Eyaop ?^акс). Таким образом, величина єд оказывается зависящей лишь от полной энергии возбуждения составно-
Рис. 14.10. Схема установки Моксона — Рея
1 — защита; 2 — сцинтиллятор, 6 — 0,5 мм; 3 — графит, 6=^31 мм\ 4 — образец; 5 — импульсный источник нейтронов; в — труба пролетной базы; 7 — ФЭУ
го ядра, но не от формы спектра, поэтому при измерениях в резонансной области, ширина которой много меньше Bn, єд можно считать постоянной. К тому же зависимость Єд от E здесь оказывается очень простой, и если потребуется, ее всегда можно учесть.
Помимо отмеченных обстоятельств детектор Моксона — Рея характеризуется низкой чувствительностью к нейтронам ( ~ 10~4 от чувствительности к 7-квантам) и прекрасными временными параметрами, лежащими в наносекундном диапазоне, что делает возможным его широкое использование в экспериментах с применением техники времени пролета. Последняя используется для разделения по энергиям рождающихся в толстых мишенях ускорителей нейтронов с широким энергетическим спектром. Число импульсов, зафиксированное каждым каналом анализатора за вычетом фона, позволяет найти сечение для соответствующей данному каналу энергии нейтронов. В одном из экспериментов с использованием ускорителя Ван-де-Граафа с длительностью импульса примерно 2 нсек при дли-
500- п (гТРп
UUUU
Рис. 14.11. Схема бака с жидким сцпн-тиллятором для регистрации у-излучения, возникающего при облучеиин образца нейтронами:
1 — коллиматор, 2 — образец; 3 — ФЭУ
не пролетной базы всего 7 см в области энергий около 25 кэв было получено энергетическое разрешение примерно 10%. Так как определение абсолютного значения коэффициента k в соотношении (14.54) связано с определенными трудностями, метод регистрации 7-квантов детекторами с малым телесным углом используется лишь для относительных измерений.
К другой группе относятся детекторы, регистрирующие 7-кванты в пределах телесного угла, близкого к 4л. Обычно такие детекторы делаются в виде больших баков с жидким сцинтиллятор ом. Образец помещается в центре бака в сквозном канале, по кото-рому проходит хорошо скол-лимированный пучок нейтронов (рис. 14.11). Эффективность регистрации 7-квантов в подобном устройстве может быть очень близкой к 100%, а так как каскад 7-квантов от одного акта реакции регистрируется как одно событие, то возможные изменения спектра 7-квантов при изменениях энергии нейтронов практически не сказываются на результатах эксперимента.
Высокое временное разрешение (Ю-8 сек) делает возможным использование сцинтилляционных баков (аналогично детекторам Моксона — Рея) в измерениях по методу времени пролета.
Главные помехи при проведении измерений с помощью больших сцинтилляционных баков связаны с фоном от 7-квантов и нейтронов. Можно назвать несколько источников фона: 1) от космического излучения, радиоактивных загрязнений и т. п.; 2) от 7-квантов из мишени ускорителя; 3) от протонов отдачи, возникающих при попадании в сцинтиллятор быстрых нейтронов, рассеянных образцом; 4) от 7-квантов, возникающих при захвате замедлившихся в баке рассеянных нейтронов ядрами водорода и других веществ.
Фон от космического излучения и других, не зависящих от источника нейтронов, причин легко можно измерить при неработающем ускорителе. Если значение этого фона гораздо меньше регистрируемого эффекта, то его можно просто вычесть из полученных во время эксперимента данных. Однако очень часто фон намного превышает значение эффекта, что приводит к большой погрешности получаемых результатов. Для улучшения отношения эффекта к фону иногда делают сцинтилляционные баки уменьшенных размеров (объемом около 100 л). У такого бака уже могут проявиться отклонения от 100%-ной вероятности регистрации 7-квантов и связанные с этим изменения эффективности с изменением энергии нейтронов. Однако в некоторых случаях удается найти приемлемый компромисс.
501- Фон от у-излучения ускорителя приводит к появлению коротких вспышек, которые при использовании техники времени пролета легко отделяются от импульсов нейтронов: скорости нейтронов обычно много меньше скорости света, поэтому у-кванты и нейтроны попадают в детектор в разные моменты времени. Импульсы от протонов отдачи имеют очень маленькую величину по сравнению с импульсами от у_квантов и легко отделяются амплитудной дискриминацией. Для подавления фона от радиационного захвата нейтронов в баке используются в основном два способа:
1. В сцинтиллятор добавляется какое-нибудь соединение бора. Благодаря большому сечению реакции 10B (п, a) 7Li основная доля нейтронов будет захватываться ядрами 10B1 что приведет к появлению лишь относительно маленьких импульсов от ядер 7Li и 4He. Правда, как уже отмечалось выше, при реакции 10B (п, ос)7 Li ядра 7Li образуются очень часто в возбужденном состоянии, переход из которого сопровождается испусканием у-кванта. Однако энергия таких квантов (0,47 Мэв) очень мала по сравнению с энергией у-излучения, возникающего при захвате нейтронов ядрами водорода (2,23 Мэв) и других веществ (6—8 Мэв), поэтому от них легко избавиться амплитудной дискриминацией. Этот способ широко применяется при измерениях сечений методом времени пролета с нейтронами широкого энергетического спектра.
