Глава 1 Описание установки скорости счета совпадений частиц деления.
Особенности работы с установкой счета совпадений.
Схема измерительной установки
Установка счета скорости совпадений, на которой проводилась вся работа, схематически приведена на рис 2.
Рис. 2. Схема установки счета совпадений.
Система из четырех сцинтилляционных детекторов регистрирует частицы деления 252Сf. Жидкие сцинтилляторы представляют из себя растворы органических флуоресцирующих веществ в прозрачном растворителе. При попадании частицы в детектор возникает световая вспышка. Фотоны, возникшие в сцинтилляторе под действием заряженной частицы, по светопроводу достигают ФЭУ и через его стеклянную стенку попадают на фотокатод. На выходе ФЭУ возникает регистрируемый электрический импульс. Амплитудно-временная последовательность таких импульсов поступает в АЦП, где аналоговый сигнал из ФЭУ преобразуется в цифровой. Оцифрованная последовательность записывается на жесткий диск компьютера в специальном файле. Далее начинается процесс первичной обработки результатов измерений, записанных в компьютер. Для анализа полученных данных используется специальное ПО, описанное ниже. Именно оно должно дать качественную информацию о ДМ находящемся между детекторами.
Источник внешнего облучения установки.
Среди источников нейтронов спонтанного деления трансурановых элементов наиболее распространенным является калифорниевый источник, который имеет самый большой выход нейтронов.. Он компактен и испускает коррелированные во времени нейтроны и гамма-кванты деления. Это обстоятельство является мешающим при проведении измерений числа совпадающих по времени частиц деления образцов ДМ, и поэтому в некоторых случаях применение калифорниевого источника требует усложнения конструкции установки и введения коллимирующих излучение каналов. Энергетический спектр нейтронов от 252Cf такой же, как у изотопа 240Pu. Разница между ними лишь в том, что за одну секунду в одном грамме плутония происходит 473 процесса деления. Все важнейшие характеристики калифорниевого источника приведены в табл.1 (см. приложение). Малый вес источника, его механическая прочность и температурная стабильность позволяют использовать его в установках контроля, основанных на механическом передвижении источника. Следует отметить, что интенсивность спонтанного деления при этом составляет величину порядка 3% от интенсивности α-распада калифорния.
Детекторы, используемые для измерений.
В настоящее время создано большое количество типов пластических и жидких сцинтилляторов, обладающих способностью регистрации нейтронов и гамма-квантов в различных участках энергетического спектра, что позволяет широко использовать их в установках активного контроля ДМ. Недостатком сцинтилляционных устройств следует считать их высокую чувствительность к регистрации гамма-квантов в случае проведения нейтронных измерений. Однако в некоторых жидких и твердых органических сцинтилляторах форма электрических сигналов от протонов, электронов и альфа-частиц имеет некоторое различие, что позволило создать схемы разделения их откликов. В этих сцинтилляторах наблюдается зависимость времени высвечивания от плотности ионизации вдоль трека частиц различного типа.
Поэтому форма протонов отдачи от рассеянных нейтронов и комптоновских электронов при рассеянии гамма-квантов имеет некоторое различие. В общем случае форму сцинтилляционного импульса можно представить в виде суперпозиции быстрой и медленной компонент, причем различие в форме импульсов наблюдается для медленной компоненты. В качестве примера на рис. 3 представлены нормированные на амплитуду сцинтилляционные импульсы различных частиц [4].
Рис. 3. Различие в форме нормированных на амплитуду сцинтилляционных импульсов различных частиц
Видно, что тяжелые заряженные частицы имеют большую долю медленной компоненты по сравнению с легкими частицами. Для разных сцинтилляторов различие в форме импульсов различно, поэтому качество разделения нейтронов и гамма-квантов сильно зависит от типа сцинтиллятора. В пластических сцинтилляторах такого различия нет, и поэтому регистрация нейтронов всегда сопровождается регистрацией гамма-квантов, которые невозможно отделить от нейтронов, что ограничивает их использование в разделении отклика нейтронов и гамма-квантов. Важнейшими преимуществами использования сцинтилляционных систем в установках активного контроля ДМ является их высокая эффективность и короткая длительность импульсов, лежащая в наносекундном диапазоне. Последнее обстоятельство позволяет использовать счетные тракты со сцинтилляторами при высоких загрузках. Кроме этого, сцинтилляторы могут быть использованы для получения информации о спектрах нейтронов и гамма - квантов или в некоторых случаях для получения спектральных характеристик излучений.
В настоящей работе для измерений используются жидко сцинтилляционные детекторы EJ 309. Их важнейшие свойства обозначены в табл.2 (см.приложение). Основным их преимуществом перед сцинтилляторами типа NE-203 или BC-501 является более высокая точка возгорания, достигающая отметки 144°C. Детекторы EJ 309 более безопасны и нетоксичны, они характеризуются низким давлением пара и совместимостью с акриловыми пластмассами.