Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
На первый взгляд, метод протонов отдачи при подобных условиях совершенно неприемлем. Однако более детальный анализ показал, что при столкновении нейтрона с протоном последнему с равной вероятностью может быть передана любая энергия: от нуля до полной энергии нейтрона. Поэтому при облучении, например, сферической ионизационной камеры с водородным наполнением нейтронами одной энергии в ней с одинаковой частотой будут появляться импульсы различных амплитуд, начиная с нулевой и кончая некоторой максимальной амплитудой, соответствующей энергии нейтрона. Спектр импульсов от такой камеры, снятый амплитудным анализато-
Рис. 43. Различные случаи столкновения нейтрона с протоном: '
Е% - энергия нейтрона до столкновения
151
Рис. 44. Спектр импульсов от водородной камеры при облучении ее нейтронами двух различных энергий:
а і и j2 - максимальные амплитуды импульсов от нейтронов каждой группы
ром, имеет вид ступеньки. При этом совершенно безразлично, как попадают на камеру нейтроны — по одному направлению или нет, ведь полная амплитуда импульса не зависит от направления движения первичной частицы. Таким образом, если экспериментатор в результате эксперимента с водородной камерой получил спектр импульсов в виде ступеньки, то он может быть уверен, что камера облучалась нейтронами одной энергии. Эту энергию легко определить по амплитуде самых больших импульсов. Если же на камеру падают нейтроны двух или трех различных энергий, то спектры импульсов от каждой группы сложатся в один общий спектр с несколькими ступеньками (рис. 44), по которому легко найти энергию каждой группы нейтронов и их относительные интенсивности.
Еще удобнее измерять энергию нейтронов с помощью ядерных реакций. При рассеянии ядро отдачи уносит лишь часть энергии нейтрона, которая к тому же может быть различной. При ядерной реакции, например такой, как 3He + « -* 3H + р, все продукты являются заряженными частицами и их энергия полностью идет на возбуждение и ионизацию атомов среды. В результате все импульсы от ядерных реакций с нейтронами одной энергии оказываются одинаковыми. Кроме того, при реакции 3He + п и многих других выделяется некоторое количество энергии Q. Обычно величина Q оказывается порядка нескольких сотен килоэлектрон-вольт или нескольких мегаэлектронвольт. Поэтому даже в том случае, когда реакцию вызывает совсем медленный (тепловой) нейтрон, выделившейся энергии хватит на создание в ионизационной камере довольно большого электрического импульса, тогда как при столкновении медленного нейтрона с протоном импульс вообще не может возникнуть. При использовании для регистрации нейтронов ядерных реакций амплитудный спектр импульсов состоит из отдельных пиков, каждый из которых связан с нейтронами определенной группы. По положению каждого пика
152
находят обычным способом суммарную энергию всех образующихся в реакции заряженных частиц, а затем, вычитая из нее энергию реакции Q9 вычисляют и энергию каждой группы нейтронов.
Описанные методы определения энергии нейтронов хороши тем, что они относительно просты. Однако достигаемая в них точность измерения энергии невелика: погрешность обычно не бывает меньше 5-10%. Поэтому был разработан еще один метод измерения энергии (точнее, скорости нейтронов), который назван методом времени пролета. Суть этого метода заключается в следующем. Поскольку известна масса нейтрона, для определения его энергии достаточно знать скорость. А скорость нейтрона можно определить, если измерить время, в течение которого он пролетает известное расстояние. Таким образом, задача сводится к измерению времени.
Чем измерить — известно: временным анализатором. А вот как измерить - это вопрос. Ведь надо знать, между какими моментами следует измерять время, или, другими словами, уметь как-то отмечать те моменты, когда нейтрон оказывается В начале, а потом в конце выбранного нами пути. При этом конец полета можно отметить по импульсу в нейтронном счетчике, но в начале пути довольно трудно зарегистрировать нейтрон обычными детекторами, так как любой процесс регистрации, как мы помним, приводит к гибели нейтрона или к сильному изменению скорости и направления его движения. Остается последняя возможность — время движения нейтрона отсчитывать от момента его появления. Для того чтобы точно знать этот момент, необходимо создать условия, при которых нейтроны могут появляться только в течение очень коротких и вполне определенных интервалов времени. Иначе говоря, необходим импульсный источник нейтронов. Создать такой источник можно многими способами. Например, если нейтроны получаются при попадании быстрых ионов на мишень ускорителя, то с помощью специального устройства можно прерьюать ионный пучок, так что ионы будут попадать на мишень не непрерывно, а лишь в пределах очень коротких интервалов времени, длительность которых можно довести до 10"6-10"9 с. Если же исследуются нейтроны от ядерного реактора, то на пути выходящего из канала нейтронного пучка ставят быстро вращающийся толстый цилиндр с узкими щелями (рис. 45). Такой цилиндр выполняет роль затвора, открывающего нейтронный пучок на короткие промежутки времени, разделенные длительными периодами "молчания". И в том, и в другом случае мо-
