Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
3 Зак. 1079
65 ниже, чем в синхротронах. Самый большой бетатрон ускоряет электроны до энергии 300 Мэв. В рядовых бетатронах конечная энергия меньше сотни мегаэлектронвольт. Бетатроны простыв изготовлении, дешевы и в основном используются для генерации у-квантов при сбросе пучка на внутреннюю мишень. Средние токи электронов в бетатроне малы (примерно 0,1 мка).
Линейные ускорители. Так же как и в электростатическом ускорителе, в линейном частица в процессе ускорения движется по прямой, однако в линейном ускорителе частицы многократно проходят ускоряющие промежутки, и в этом он похож на циклический. К каждому ускоряющему промежутку прикладывается переменное электрическое напряжение. Частота и фаза напряжения подбираются так, чтобы к моменту подхода частицы к промежутку напряжение на нем имело нужный знак. Поскольку в линейном ускорителе ускоряющих промежутков много и они расположены друг за другом, то длина всего устройства может быть очень большой; например, линейный ускоритель электронов на энергию 2 Гэв в Харькове имеет длину 250 м.
Хотя принципиально в линейном ускорителе можно ускорять частицы с любым отношением заряда к массе, до сих пор в основном строились электронные линейные ускорители, поскольку технически они наименее сложны, так как скорость электронов на всех стадиях ускорения практически постоянна. В линейных ускорителях отсутствуют потери на излучение и нет ограничений для достижения энергии в десятки гигаэлектронвольт. Максимальную энергию данного ускорителя можно увеличить добавлением при эксплуатации дополнительных секций. Этим очень удобным свойством обладают только линейные ускорители. Используя только часть ускорителя, можно получить пучок электронов с энергией, меньшей максимальной. Большое преимущество линейных ускорителей перед циклическими состоит в естественном выходе всего пучка на внешнюю мишень.
Линейные ускорители в настоящее время работают в импульсном режиме, длительность отдельного импульса очень мала — порядка нескольких наносекунд. Средние токи достигают миллиампер, а токи в импульсе — нескольких сотен ампер. Особенно широко применяются линейные ускорители на энергию электронов в несколько десятков мегаэлектронвольт с мишенью из тяжелого металла, как импульсные источники нейтронов для исследований по времени пролета.
Протонные линейные ускорители до сих пор строились в основном лишь как инжекторы протонных синхротронов, поскольку они способны обеспечивать большие импульсные токи при сравнительно1 малом среднем токе и малой частоте.
Развитие ускорительной техники привело к резкому улучшению основных параметров линейных протонных ускорителей и линейных ускорителей более тяжелых ионов. В настоящее время в протонном ускорителе с конечной энергией в 500—800 Мэв средний ток
66 может достигать 1 ма. Это делает подобные ускорители основным инструментом получения мощных пучков мезонов и других вторичных частиц, например нейтронов. Такие ускорители получили название мезонных фабрик.
§ 3. 2. ИСТОЧНИКИ НЕЙТРОНОВ
Радиоактивные источники нейтронов. Нейтронно-радиоактив-ных ядер не существует, и когда говорят о радиоактивных источниках нейтронов, имеют в виду образование нейтронов в (а, п)- и (у, п)-реакциях с использованием радиоактивных ядер, испускающих а-частицы или у-кванты. В результате этих реакций образуется возбужденное компаунд-ядро, энергия возбуждения которого в системе центра инерции равна сумме энергии связи и кинетической энергии налетающей частицы. Если энергия возбуждения больше энергии связи «последнего» нейтрона в компаунд-ядре, то испускается нейтрон. Энергия возбуждения при образовании остаточного ядра в основном состоянии переходит в кинетическую энергию остаточного ядра и нейтрона. Если ядро после вылета нейтрона оказывается в возбужденном состоянии, то происходит излучение у-кванта.
Наиболее широкое применение для генерации нейтронов получила реакция 9Be -г 4He ->- 12C + п из-за большого энергетического выхода (Q = 5,71 Мэв), малого заряда ядра-мишени и сравнительно большого сечения. Готовый источник представляет собой механическую смесь, сплав или химическое соединение а-излучателя и бериллиевого порошка в герметичной упаковке. Из источников, использующих (а, д)-реакцию, испускаются нейтроны с энергиями от нескольких килоэлектронвольт до 10—12 Мэв. Верхняя граница зависит от максимальной энергии а-частиц источника и немного меньше суммы энергии реакции и энергии а-частицы, так как некоторая доля полной энергии передается ядру 12C. Из большого числа ¦а-радиоактивных ядер наиболее часто для приготовления нейтронных источников используется 210Po, несмотря на относительно малый период полураспада 139 дней (энергия а-частиц 5,3 Мэв). Его широкое применение объясняется малой у-активностью. При распаде 310Po с вероятностью 1,2- Ю-5 возникают у-кванты с энергией около 800 кэв. Кроме того, возбужденное остаточное ядро 12C (остаточное ядро в этой реакции может быть возбуждено) испускает в среднем один у-квант с энергией 4,43 Мэв на каждые два нейтрона и со значительно меньшей вероятностью у-кванты с энергией 2,9 и 7,3 Мэв. Так как активность источника, содержащего 1 кюри Po (3,7-Ю10о-расп./сек), равна приблизительно 1,8-10? нейтрон/сек, то это означает, что в таком источнике образуется у-квантов меньше, чем нейтронов. В широко применявшихся ранее Ra — а— Ве-источ-никах на каждый нейтрон испускается больше IO3 у-квантов. В последнее время стали выпускать 289Pu — а — Ве-источники, обладающие тем несомненным преимуществом перед источниками с Po, что они «вечные», так как период полураспада Pu 2,44• IO4 лет.
