Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
naon(r)>ncoc(r). (10.58)
и тогда, с учетом идентичности поглотителя и рабочего вещества детектора (оп = ад),
OO
An = 4я Г а (г) г2 dr. (10.59
"д J о
Это выражение позволяет по измеренной скорости счета детектора на разных расстояниях от источника найти абсолютное значение величины An. Обычно измерения этого типа проводятся в больших баках с водой, в которую добавляется какое-нибудь соединение бора (например, борная кислота). В центре бака помещается исследуемый источник, а детектор — маленький счетчик или камера с BF3 — перемещается по радиусу бака. По результатам измерений скорости счета детектора на разных расстояниях от источника строится график функции а (г) г2 и затем численным интегрированием находится An. При этом, однако, необходимо учесть некоторые факторы, которые могут внести искажения в получаемые результаты. К ним относятся:
1) захват нейтронов ядрами водорода и других элементов, содержащихся в среде и в деталях конструкции;
2) неоднородность потока нейтронов в объеме детектора;
3) искажение потока нейтронов детектором (депрессия потока);
4) погрешность при определении эффективности детектора (погрешность в и-д и отличие вероятности регистрации акта взаимодействия нейтрона с детектором от единицы);
5) возвращение нейтронов в источник и их поглощение в нем (сток нейтронов в источник);
6) уход нейтронов из бака в окружающее пространство.
Как отмечалось выше, влияние фактора 1) можно сильно уменьшить введением в среду достаточно больших количеств поглотителя. Влияние поглощения в других элементах можно оценить, проведя серию измерений с различной концентрацией поглотителя в воде.
332- Чтобы уменьшить влияние факторов 2) и 3), необходимо применять детекторы возможно меньших размеров и с минимальными количествами поглощающих веществ, что, однако, приводит к уменьшению скорости счета. Методы оценки погрешностей при определении эффективности ионизационных детекторов были рассмотрены выше. Для уменьшения влияния стока нейтронов в источник часто применяют баки со сферической полостью, в центре которой и помещают источник. Телесный угол, под которым виден источник с поверхности полости, обычно невелик, поэтому вероятность возвращения замедлившегося нейтрона в источник снижается примерно в (Rfrli)2 раз, где г и — радиус источника; R — радиус полости в баке. Правда, при этом часть нейтронов поглощается самой стенкой полости, но, во-первых, специальным подбором слабо поглощающего материала (алюминия) влияние данного эффекта можно сильно уменьшить, а во-вторых, этот эффект для данной установки практически одинаков при любых измерениях, и учтя его один раз, можно вводить постоянные поправки. Чтобы снизить влияние утечки нейтронов из бака, необходимо размеры последнего выбирать достаточно большими. При большинстве измерений толщина слоя воды около 1 M оказывается достаточной, чтобы бак можно было считать бесконечным и утечкой пренебречь. Погрешность измерения активности источников нейтронов методом пространственного интегрирования может достигать 1 %.
Метод физического интегрирования. Если в водяном баке содержится вещество, ядра которого в результате захвата нейтрона становятся радиоактивными, то при соблюдении условия (10.58) активность раствора при насыщении, т. е. при облучении его в течение времени, много большего периода полураспада возникающих радиоактивных ядер, оказывается равной активности нейтронного источника. Если условие (10.58) не выполнено, то активность раствор-
A = ZtnOaAn j [паоа + ^niOl j, (10.60)
где суммирование ведется по всем компонентам среды. Таким образом, задача определения An сводится к абсолютному измерению полной активности раствора в баке. Поскольку обычно в качестве рабочего вещества используется марганец в виде какой-нибудь растворимой соли (например, MnSO4 или KMnO4), то данный метод называют иногда методом марганцевой ванны.
Величину А можно определить следующим образом. После облучения раствора источником в течение достаточно долгого времени раствор перемешивают, извлекают из него порцию строго определенного объема, раствор этой порции выпаривают и активность сухого вещества измеряют абсолютно на 4я-счетчике. Если измеренная таким образом активность оказалась равной A0, то активность всего раствора, очевидно,
A = А01Г !МГ, (10.61)
где T' — объем всего раствора; kW — объем отобранной порции.
ззз Как было отмечено выше, количество вещества, вводимого в 4л-счетчик, должно быть крайне малым, чтобы избежать самопоглощения. С другой стороны, средняя удельная активность раствора при подобных опытах оказывается невысокой. Поэтому скорость счета бета-счетчика оказывается крайне низкой, что неизбежно отражается на качестве измерений. Исходя из этого, желательно найти пути к повышению удельной активности вводимого в 4я-счетчик вещества, обогатив его радиоактивным продуктом.
Если бы радиоактивное вещество получалось в результате (п, р)- или (п, а)-реакций, то по своим химическим свойствам оно отличалось бы от исходного продукта и, следовательно, для его выделения можно воспользоваться обычными химическими методами. В случае же (п, у)-реакции возникает новый изотоп исходного элемента, который чисто химическими методами отделить невозможно. Тем не менее был найден процесс, который позволяет обеспечить почти полное выделение активного нуклида из раствора. Суть этого процесса, названного по имени изучивших его ученых процессом Сцилларда — Чалмерса, сводится к следующему.
