Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Образцы для активационных измерений делают всегда очень тонкими и, как правило, небольших размеров с целью обеспечения равномерности потока нейтронов при их облучении и уменьшении значения различных поправок при последующем измерении наведенной активности. Обычно образцы изготавливаются в виде фольг или порошков, наносимых с помощью клея на подложки из неактиви-руемых веществ (например, алюминия). Отсутствие активности подложки и клея легко проверяется контрольным облучением без исследуемого вещества.
Типичная геометрия опыта при работе на ускорителе показана на рис. 14.6. Обычно облучение образцов стараются проводить под углами, близкими к 0° по отношению к оси пучка ускоренных ионов,
490-
Ряс 14.5. Изменение во времени активности образца при его облучении нейтронами и после окончания облучения: ^0 — время облучения; fit — время выдержки посде облучения; In — время измерения так как в этом направлении выход нейтронов и однородность пучка выше, чем в других направлениях. В этом случае образцы изготавливаются обычно в виде тонких плоских дисков. Однако для измерений при очень малых энергиях нейтронов (около 5 кэв) образцы приходится помещать под углами, большими или равными 90° к оси пучка. В этом случае их делают в виде колец, охватывающих мишенную трубку ускорителя.
После облучения образец переносится в счетную установку. Наведенная активность измеряется счетом или ?-частиц, или у-квантов. Если время облучения t0, время между концом облучения и началом счета tB, а также время самого измерения ta сравнимы с периодом полураспада получаемого вещества Г, то число зарегистрированных импульсов, равное числу распадов в образце за время ta (заштрихованная площадь на рис. 14.5), умноженному на эффективность счетной установки, можно выразить следующим соотношением:
AUn = елогФ [1 -— ехр ( -M0)] ехр (— XtB) X
хп —ехр (—ад/а,. (14.43)
Это соотношение сильно упрощается в том случае, если t0 Т, а /„ и ta Т. При этом ехр ( — Xt0) a 0, ехр ( — XtB) « 1, -ехр ( — Xta) m 1 — Xt11 + ... и
<7 = NimnI (епФ/и). (14.44)
Так как NablnIta = а, то это соотношение эквивалентно (14.40).
Из предыдущего следует, что для определения сечения достаточно измерить активность образца после окончания облучения, т. е. произвести одно-единственное включение счетчика на некоторое время ta. Однако очень часто в образце при облучении появляется несколько радиоактивных веществ: от реакций в подложке образца, ¦от реакций на различных изотопах исследуемого элемента, от реакций различных типов на ядрах одного нуклида. В этом случае необходимо разделить импульсы от распада разных веществ, а для этого одного измерения недостаточно: приходится делать много коротких измерений и по их результатам строить кривую спада активности образца во времени. Анализ такой кривой обычным методом разложения^на экспоненты позволяет определить активность каждого возникающего радиоактивного продукта и тем самым при одном облучении измерить сечения нескольких различных реакций. В качестве относительно простого примера подобных измерений можно привести эксперимент по изучению (п, р)- и (п, ^-реакций на ядрах 23Na. В качестве образца применялся кристалл NaI1
Ускоренные
ионы
\п
\
Il
3 п/
Рис. 14.6. Схема измерения активационных сечений на ускорителе
491- который затем использовался и как детектор возникающего в нем самом излучения. Кривая спада скорости счета во времени приведена на рис. 14.7. Как видно, четко выделяются две группы активности с периодами 10,7 сек [от ядер 20F из реакции 23Na (п, a) 20F] и 37,6 сек [от ядер 23Ne из реакции 23Na (п, р) 23Ne]. Все остальные возможные реакции: 23Na (п, y)24Na, I + п и другие приводили к образованию фона, который легко учитывался введением двух длиннопериодных экспонент. Если различные радиоактивные продукты имеют близкие периоды полураспада, разделить их методом разложения кривой на
10*
V
О!
«г ,
сГ
102
10
0 100 200 JOO 400 500 600 700 800 t,ce:'
Рис. 14.7. Кривая уменьшения числа распадов в кристалле NaI после облучения его нейтронами с энергией 14 Мэв. Сплошными линиями показаны результаты разложения экспериментальной кривой на 4 экспоненты с различными периодами
экспоненты очень трудно или даже невозможно. В таких случаях приходится измерять не просто скорость счета, а энергетическое распределение импульсов от у-квантов в кристалле сцинтилляционного или Ge — Li-счетчика, что позволяет разделить активности различных веществ по характерным для них линиям у-спектра. Наконец, иногда прибегают к химическому разделению элементов, в образце после облучения.
Измерения сечений методом активации могут быть абсолютными или относительными. При абсолютных измерениях тем или иным методом определяется абсолютное значение потока нейтронов и истинное число распадов в облученном образце. Методы таких измерений рассмотрены в предыдущих главах, и здесь остается лишь отметить, что для измерений потока пользуются или отградуированным ранее детектором типа камеры деления, или детектором, типа марганцевой ванны, или методом регистрации сопутствующих частиц. Можно также воспользоваться сферически симметричным источником с градуированным выходом нейтронов Q»
