Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
§ 10.6. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОСТИ ИСТОЧНИКОВ НЕЙТРОНОВ
Общие замечания. Подобно у-квантам, нейтроны обладают большой проникающей способностью, поэтому некоторые общие соображения о размерах детекторов, о толщине их стенок и т. п. для этих двух видов излучения оказываются аналогичными. Однако существенные различия в механизме взаимодействия у-квантов и нейтронов с веществом предопределяют значительную разницу в конструкции применяемых детекторов и в методике проведения измерений.
Следует отметить также, что в отличие от a-, ?- и у-частиц нейтроны возникают не при радиоактивном распаде ядер, а в результате происходящих в источнике ядерных реакций, поэтому определение активности источников нейтронов несколько отличается от определения активности источников других видов: под величиной An понимается число нейтронов, испускаемых источником во внешнее пространство за 1 сек (см. § 10.1). Величину An часто называют также силой или интенсивностью источника нейтронов, однако в настоящей главе для сохранения единства изложения будет применяться первый из этих терминов — активность.
Измерения с малыми телесными углами. Одной из наиболее серьезных задач, с которой приходится сталкиваться при проведении измерений этого типа, является задача исключения фона. С этой задачей приходится сталкиваться и при измерениях источников других типов, однако при работе с нейтронами ее решение наиболее сложно. Дело в том, что помимо обычного собственного фона детектора, связанного с космическим излучением, радиоактивными загрязнениями и тому подобными причинами, которые легко учесть, проведя контрольное измерение без источника, всегда присутствует составляющая фона, связанная с самим исследуемым источником. Нейтроны, вылетающие из источника по различным направлениям, рассеиваются и частично замедляются в деталях конструкции измерительной установки, в полу, стенах и потолке помещения, и часть из них попадает в детектор и регистрируется им, а так как эффективность регистрации медленных нейтронов многими детекторами гораздо больше, чем быстрых, то регистрируемое детектором число отсчетов мсжет быть связано в отдельных случаях в гораздо большей степени с фоном, чем с исследуемым эффектом. Чтобы уменьшить фон от рассеянных нейтронов, необходимо измерения рассматриваемого типа проводить в просторных помещениях, устанавливая и источник, и детектор как можно дальше от пола и стен здания, а так-
325- же от других'массивных предметов. Для измерения фона проводятся различные вспомогательные эксперименты, например, измерения, при которых между источником и детектором располагают непрозрачный для нейтронов экран.
Другая трудность связана с определением собственной эффективности детектора Єд. В общем случае, если источник испускает нейтроны с широким энергетическим спектром, характеризуемым функцией распределения Ф (E), а эффективность регистрации нейтронов детектором также зависит от ЭНерГИИ Єд = єд (E), то
a = AnG] ф (E) Єд (E) dE. (10.38)
При этом считается выполненным условие нормировки
f ф (?) = 1. (10.39)
Если вид функции ф (E) неизвестен или зависимость Єд (?) имеет сложный вид, то применение соотношения (10.38) наталкивается на существенные трудности. Однако в двух часто встречающихся на практике случаях ситуация значительно упрощается.
1. Источник испускает моноэнергетические нейтроны с энергией E0. В этом случае ф (E) = б (Е — E0) и
а = 0єд (E0) An. (10.40)
2. Детектор обладает одинаковой эффективностью регистрации нейтронов любых энергий. В этом случае єд = const и
a = GenAn. (10.41)
В качестве детектора с почти постоянной эффективностью может быть использован всеволновой счетчик. Схема такого счетчика показана на рис. 10.8. Обычный счетчик медленных нейтронов, наполненный BF3 или 3He, помещается в парафиновый блок, размеры и форма которого выбраны с таким расчетом, чтобы чувствительность прибора к нейтронам различных энергий была бы по возможности одинаковой. В частности, для4 уменьшения вероятности обратного вылета медленных нейтронов в передней части блока делается ряд глухих каналов. Более быстрые нейтроны обладают большей проникающей способностью, и в силу этого — меньшей вероятностью регистрации на единицу длины счетчика, зато эффективный объем парафина для них оказывается больше. В результате, как показывают измерения с калиброванными источниками разных типов, эффективность такого устройства почти не зависит от энергии нейтронов довольно в широких пределах (рис. 10.9). Показанные на рис. 10.8 слои карбида бора в^кадмиевом чехле и борного парафина служат для защиты счетчика от посторонних нейтронов. Следует
ч
. • • • у ч
------------ ---W V '/" ^ XX XX і ^X- 5 V XX.
___е- 1-
l'< -1
*
. ЧЧ- 1 \Ч .
^ . -\\. . . ^ . > .
Рис. 10.8. Всеволновой счетчик нейтронов:
1 — счетчик медленных нейтронов;
2 — парафиновый блок; 3 — каналы; -І — карбид бора в кадмиевом
че.хле; 5 — борный парафин
326- отметить, что подавляющая часть нейтронов от исследуемого источника, упавших на торцовую поверхность всеволнового счетчика, захватывается в процессе замедления в самом парафиновом блоке и в окружающих его защитных слоях, и лишь незначительная их часть попадает в счетчик медленных нейтронов и регистрируется им. Поэтому собственная эффективность всеволнового счетчика ед оказывается небольшой, порядка Ю-3, и ее абсолютное значение довольно трудно определить. При относительных измерениях знать абсолютное значение Єд не обязательно: достаточно иметь сведения об энергетической зависимости єд в произвольных единицах, для чего может служить кривая на рис. 10.9.
