Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
только один минимум. Для хорошо сколлимированного пучка плотность потока нейтронов ср (E11), прошедших через фильтр с макроскопическим полным сечением 2 (En), имеет следующий вид:
Ф (En) = ф0 (En) ехр [-E (E11)x], (3.17)
где фо (En) — плотность потока нейтронов, падающих на фильтр; x — толщина фильтра.
Чем больше, глубже и уже минимум, тем в более узком интервале сосредоточены нейтроны, прошедшие через фильтр. Интегральная плотность потока нейтронов Ф (Е'п, E'h, х) в интервале Е"п — Е'п можно получить из следующего выражения:
En
Ф (En,En,X)= 5 ф (En) ехр [-2 (En) XldEn, (3.18)
Рис. 3.5. Энергетическое распределение нейтронов из ядерного реактора, прошедших через скандиевый фильтр толщиной 70 см
где граничные значения Е'п, Е'п определяются шириной интерференционного минимума. Величина Ф (Е'п, E'h, х) зависит также от системы коллимации и мощности реактора и может достигать значения порядка IO5 нейтрон!(см2• сек).
81 Ширина энергетического распределения нейтронов, прошедших через фильтр, зависит от E (En) и от х. Увеличение толщины фильтра приводит к уменьшению ширины распределения, но при этом падает полное число нейтронов, прошедших через фильтр, и, как правило, появляются дополнительные пики, обязанные неосновным минимумам в сечении. Энергетическое распределение фильтрованного нейтронного пучка иллюстрируется рис. 3.5, где показан спектр нейтронов, которые прошли через скандиевый фильтр толщиной 70 см (скандий имеет минимум в сечении при энергии En — 2 кэв), ширина этого распределения на полувысоте — 0,9 кэв.
§ з.з. источники y-излучения
Гамма-излучение возникает при переходах между различными энергетическими уровнями возбужденных ядер. Ядро может возбуждаться различными путями: в цепочках радиоактивных распадов, в результате различных ядерных реакций, кулоновским полем пролетающей заряженной частицы. Практически во всех этих случаях спектр у-излучения дискретен, а энергии у-излучения лежат в диапазоне ot нескольких килоэлектронвольт до 10—20 МэвJ Кроме у-излучения, образующегося при изменении внутреннего состояния ядра, коротковолновое электромагнитное излучение возникает при торможении быстрых электронов в веществе. Спектр этого тормозного излучения непрерывен и простирается от самых малых энергий (световые кванты) до максимальной энергии электрона, которая на современных ускорителях может достигать десятков гигаэлект-ронвольт. Существует еще один важный механизм возникновения 7-квантов —• аннигиляция электрон-позитронных пар, который используется для создания источников почти монохроматических 7-квантов с энергией в десятки мегаэлектронвольт. Гамма-кванты с энергией в сотни мегаэлектронвольт возникают при распаде л°-мезонов. Монохроматические у-кванты можно получить также, используя обратный комптон-эффект.
Радиоактивные источники \-квантов. Наиболее удобные, дешевые и часто очень мощные источники у-квантов — это активные ?-препараты. Можно получить источники с активностью порядка IO16 квант/сек. Максимальная энергия ?-распада в большинстве случаев не превосходит нескольких мегаэлектронвольт.
Период полураспада у-источника определяется периодом ?-распада за исключением редких случаев переходов с изомерных уровней. Очень часто возбуждение конечного ядра при ?-распаде снимается несколькими путями или при последовательном испускании 7-квантов, следующих друг за другом. В этом случае из источника испускаются у-кванты с разными энергиями. Поскольку время жизни ядер по отношению к у-переходам велико по ядерным масштабам времени (обычно больше Ю-15 сек), то естественные ширины у-линий в миллионы раз меньше их энергий, и в большинстве случаев можно
82 пренебречь естественной шириной и считать излучение из ядра монохроматическим.
Реальные радиоактивные источники у-квантов всегда излучают некоторое число у-квантов с энергией меньшей, чем энергии у-пере-ходов, из-за рассеяния в материале источника, доля которого зависит от размеров источника. В ядерной физике радиоактивные у-ис-точники используются в основном для градуировки детекторов.
Особенно ценны для градуировки источники, спектр которых состоит из одной или в крайнем случае из двух-трех линий, далеко отстоящих друг от друга. Характеристики некоторых наиболее удобных источников, используемых для градуировки детекторов, приведены в табл. 3.2. Видно, что энергии у-квантов невелики и, как правило, меньше 3 Мэв. Единственным удобным радиоактивным источником, при распаде которого возникает монохроматическое у-излучение сравнительно высокой энергии, — это источник нейтронов, использующий (ос, п)-реакцию на 7Be. В реакции 9Be (ос, /г)12С приблизительно в половине случаев ядро углерода остается в возбужденном состоянии, которое снимается излучением у-кванта с энергией 4,43 Мэв. При этом в среднем на один у-квант с энергией 4,43 Мэв из источника испускается около двух квантов с энеогией 0,8 Мэв.
Таблица 3.2
Характеристики радиоактивных источников у-квантов, применяемых для градуировки детекторов
Изотоп Период полу- Энергия 7-квантов, Выход '{-квантов
