Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Источник нейтронов при измерениях в прямой геометрии должен быть изотропным, монохроматическим и иметь достаточно малые размеры. Обычно при измерениях используются фотонейтронные источники Sb — Be, Na — D2O, Na — Be и др. Преимущества таких источников заключаются в их квазимонохроматичности (см. гл. 3),
16 Зак. 1079
481 природной стабильности энергии нейтронов, высокой степени изотропности излучения, однако наряду с нейтронами они дают сильное 7-излучение, что создает определенные трудности при проведении некоторых экспериментов. Источники типа Ra — а — Be, Po — а — Be и т. п. дают немонохроматические нейтроны, поэтому их можно использовать лишь для измерения сечений, усредненных по
тронов в прямой (а) и обратной (б) сферической геометрии:
/ — детектор; 2 — образец; 3 — источник; жирной линией показана одна из возможных траекторий нейтронов, одинаковая по форме для обоих случаев; из рассмотрения совокупности любых таких траекторий следует эквивалентность прямой и обратной сферической геометрии
очень широкому спектру энергий. В обратной геометрии можно использовать источники практически любых типов. Широко проводятся измерения на нейтронах, получаемых из мишеней ускорителей, на пучках нейтронов, выходящих из ядерных реакторов, и даже в потоках нейтронов в отдельных частях реакторов (в активной зоне, в экране и т. п.).
При измерениях в прямой геометрии выбор детекторов нейтронов зависит от того, сечение какого процесса будут определять. Так, если нас интересует сечение поглощения нейтрона, т. е. суммарное
482- сечение всех процессов, приводящих к исчезновению нейтрона: (п, 7), (/г, р), (/г, а) и др., то детектор не должен чувствовать изменения энергии нейтронов при упругом и неупругом рассеянии их в образце. Другими словами, детектор должен обладать «всеволновыми» свойствами. В качестве таких детекторов могут применяться рассмотренные в гл. 10 всеволновые счетчики, графитовые призмы или баки с водой (кстати, последние регистрируют все нейтроны, вылетающие из образца, независимо от направления их движения). Если же необходимо измерить сечение всех неупругих столкновений, т. е. поглощения и неупругого рассеяния нейтронов, то требуется детектор, способный разделять нейтроны по энергиям (регистрировать первичные и не регистрировать неупруго рассеянные нейтроны). Такими детекторами являются водородные и гелиевые ионизационные камеры и счетчики, сцинтилляционные счетчики с органическими сцинтилляторами, а также пороговые детекторы (камеры деления с 238U и 232Th, активационные пороговые индикаторы, рассмотренные в гл. 13 и т. п.). При экспериментах в обратной геометрии детектор должен иметь изотропную чувствительность и малые размеры. Обычно в таких случаях используются малогабаритные сферические ионизационные камеры!и активационные детекторы.
При измерениях с реакторами и ускорителями необходимо применять мониторы нейтронного пучка. При работе с фотонейтронными источниками монитор не нужен, но при длительных измерениях приходится вводить поправку на уменьшение активности источника во времени за счет радиоактивного распада.
Вычисление сечения по измеренному пропусканию сферического образца. Как уже отмечалось, если бы в экспериментах использовался точечный источник нейтронов, расположенный в центре сферической полости образца, а толщина образца была бы столь малой, что вероятностью даже двухкратных столкновений нейтронов с ядрами можно было бы пренебречь, то пропускание образца выражалось бы простой экспоненциальной формулой (14.27). Однако при проведении измерений практически никогда не удается обеспечить выполнение отмеченных выше условий. Как скажутся на результатах эксперимента конечные размеры помещаемого в образец источника (или детектора) нейтронов, будет рассмотрено ниже. Что касается толщины образца, то чем она меньше, тем пропускание оказывается ближе к единице и его становится труднее измерить с необходимой точностью. Если же образец сделать потолще, то в'результате многократных упругих столкновений нейтронов с ядрами их средний путь в образце / окажется существенно больше х. В этом случае измеряемое пропускание
Г=ехр (— nQ GaI). (14.28)
При еще больших толщинах образца экспоненциальная формула вообще теряет смысл, так как из-за большого числа столкновений процесс прохождения нейтронов становится похожим на диффузию.
16*
483 В общем случае связь между величинами T и Oa определяется не только геометрическими размерами образца, но также и угловой зависимостью и абсолютным значением сечения упругого рассеяния нейтронов ядрами исследуемого вещества. Нахождение зависимости T от а является весьма трудной задачей, которую не удается точно решить аналитическими методами для произвольного случая. Одним из примеров приближенного выражения для определения оа может служить формула Казачковского:
ай = (1 -Т) {1 - ехр [ - (R2 - R1) M Il(R2-Ri) (1-T) +
+ ![T-Qxpl-(R2-R1)Iltr])], (14.29)
в которой средний путь нейтронов в веществе образца определяется соотношением:
l=Rl/2K + 0,7R2-SR\l2Xtr + Rbl2(R2 + 0,7K) V] + + 0,29 (R2-R1/2) ехр { —[0,46(Я2 —Я л/2)]/Ы-
