книги из ГПНТБ / Гуртовой М.Е. Вопросы физики быстрых нейтронов. Спектрометрия быстрых нейтронов по времени пролета

ГЛАВА I .

ИСТОЧНИКИ НЕЙТРОНОВ ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИИ

ГО

ВРЕМЕНИ

ПРОЛЕТА.

§ I .

Метод

сопутствующих частиц .

Простое

прерывание

пучка.

В измерениях

по времени пролета источники

нейтронов в принци­

что в этом олучае, как будет показано ниже,

можно получать

д о ста ­

точно короткие импульоы нейтронов о большой

интенсивностью

в им­

п ульсе.

лучения

нейтронов

используется реакция

T (d ,n )H e *

или

D (d ,ri)H e5

в которых кроме нейтрона образуется только одна заряженная

частица,

то можно

однозначно выделить в

пространстве

узкий

конус

позволяет резво понизить требования

к защите детектора от фоново­

го излучения (см .н а п р .Б о б 5 ^ С и 6 7 ).

Напомним, что хорошая защита

ное

разрешение,

достижимое на

таких спектром етрах, д о сти гает I

нсек

и,

в

основном,

ограничивается

овойотвами детекто р а . В настоящее

время

известно несколько спектрометров тако го типа, на которых

ве ­

дутся

физические исследования

(Клб4,М абб,Боб5,Дж 67).И х основным

недостатком является низкая эффективность. И з-за быстрого роста

числа случайных

совпадений с увеличением интенсивности нейтронного

- ѳ ~

потока, последняя

не

должна превышать нескольких единиц

на ІО ^ней-

тр о н р в/сек .

В экспериментах

по определению дифференциальных сечений н е -

упругого рассеяния

нейтронов это приводит к чрезвычайно

большой

(реометрия эксперимента приведена

на

рис. 31)

.Боназола и

Чиавасса

(Боб'*, БобЧа)

сообщают

следующие

данные. При пороге

регистрации

3 ,5 Мэв полное

временное

разрешение

3 ,8 нсек

(A t

=2

нсек

при поро­

г е

регистрации

ІО

М эв),

полный

поток

5 .10^н ей тр о н о в/сек .

Приемле­

мый фон составлял

при атом

0 ,5

отсчетов/минканал

(цена канала -

I

н с е к ). Для

снятия

спектра

нейтронов,рассеянных

под

одним углом,

тр ебуется 50

ч а со в .

База

равна

1 ,1 5

м. Для

сравнения укажем, что

овым режимом

работы необходим все го один чао

при

базе 1 0 ,Зм

(Л е 7 2 ).

В работе

Адама и др . (АдбЧа) показано,

что

комбинация

импульс­

нее десятилетие

получили опехтрометры

о импульсными иотсчниками

нейтронов. Если нейтроны получаютоя в

р езул ьтате реакции при бои - -

барднровке

мишени наряженными

частицами, то можно говорить о дли­

тельности

импульса последних,

подразумевая при этом, что им соот­

в е т ст в у е т

нейтронный импульо

такой же

длительности.

Для получения импульсов ионов в принципе может быть использо­

ван любой вид модуляции пучка:

І)им'пульсная

работа источника ионов.

- 9

-

2 )

Простое прерывание

пучка ионов.

3 )

0браэование сгу стк о в ионов в процессе ускорения

(гр уп п и р овка).

частотой

3 ,7

Мгп, за

диафрагмой

получались

импульсы

ионов, длитель­

но сть которых

в конечном сч ете

зависи т

от

скорости

"черчения" ион­

ного пучка по диафрагме и от

диаметра

отверстия последней.

Разработанная впоследствии рядом автором более точная теория

действия

отклоняющих

плаотин

(ф и 6 3 ,Т э 5 8 /$ а 6 0 ) показала, что дли­

тел ьн ость

импульсов

не все гд а

можно получить сколь угодно малой

простым увеличением

скорости

"чер чен и я". В реальных

условиях даже

от бесконечно

малого

элемента

диафрагмы

и з -за конечных размеров

явл яется явной функцией времени пролета отклоняющей

системы. Осо­

бенно

это ч у вству ется если

время пребывания частицы

в поле откло­

няющих

пластин со ставл яет

заметную ч асть периода синусоидального

-

ІО -

(о твер сти е

диафрагмы

предполагается

точечным)

гд е :

rt -

время

пролета ионами

отклоняющих пластин,

Е й

Д Е -

энергия пучка

и его

энергетических

разброс,

К

-

расстояние от края пластин до диафрагмы в

единицах

длины

пластин.

Однако это ограничение не является препятствием для получения

импульсов

меньших

I н се к . На

практике

в настоящее время

не

стр е­

мятся

получать

более

короткие

импульсы,

т . к . разрешающее

время

дет

идти

ниже.

Лучшие из

существующих спектрометров имеют разрешение по вре­

мени

~ 2

н се к .

Разрешающее время не явл яется полной характеристи­

вых

A t

лучшим будет тот

опектрометр,

на

котором

можно проводить

измерения с

использованием

большей

базы

при

допустимом

соотношении

эффекта

и ф о н а(З аб 8,С тб5). Из этого

сл ед ует,

что I )

для

спектромет­

ра

по

времени пролета разрешающее

время

на

единицу

длины пролетно­

отклоненная

(неиспользованная) его ч асть

дает фоновое иэлунение,

соотоящѳе,

в

основном,

из нейтронов. С другой

отороны, максималь­

ный ток в

импульсе не

превышает обычно

десятки

микроампер и ограни­

пучка до ускорения дает значительный выигрыш

в смысле понижения

уровня фона

я

увеличения пиковых токов

(Т э 5 8 ,П а 5 б ,Л н66а,Б ѳ б2).

Ускорительная

трубка в этом

случае

может

пропускать

большие токи

в импульсе,

при условии, что

средний

ток

не

превышает

допустимого

дуоплаэмотрона позволяет получать большие токи

о хорошей фокусиров­

кой, что обеспечивает

надежную и четкую работу

прерывателя.

В настоящее время

практически

во всех импульсных источниках

в наносекундной облаоти для повышения интенсивности в импульсе

применяют устр ой ства,

обеспечивающие

группировку ионных с гу с т к о в .

ускоритель

на 3

Мв описывает

Фрэзер и д р .(Ф р б б ).

В этом

ускорите­

ле

предусмотрена

работа

в режиме

прямоугольной

и

синусоидальной

модуляции

пучка. Синусоидальная модуляция может

осущ ествляться в

диапазоне

часто т 8 0 -І0 0 0 г ц .

Прямоугольные

импульсы

длительностью

от

10

нсек

до постоянного тока

получаются

с частотой повторения

О

- I

Мгц. Максимальный

ток

в

импульсе дости гает

I

м а, При энергии

3

Мэв

и использовании

реакции

B e эCd,п) В ш

это д а е т

2 . ІО *2

н ей тр /сек .

Режим работы

уокориталя эадается о пульта, что

удобно

рения), так

как плохое качество пучка

(энергетический р а зб р о с,ге ­

ометрические

характеристики) затрудняет

получение импульсов д о е м -

I;

^

■ѵДкі.іjil ЬІл і

іічш

IftvvJ

КГ'”

і щ щ щ щ і Щ Щ Щ Г * * *

'•’Cf*- it

'. t :-j

■

5 <Г,

É k ä t i i V L ' ,

Ри с.2.Вли ян»е эффекта

модуляции

ионного

источника

на качество

ионных

импульсов.

-

12 -

точно малой

длительности.

Т ак, например, и работе

Тернера (Тэ5Ѳ)

указано, что

минимальная

достигнутая длительность

со ставлял ? Ч ,5н оек.

нов 200 к э в) получили длительность импульсов

7

нсек

при частоте

повторения I мгц. Увеличение напряжения на отклоняющих плаотинаі

приводило только к уменьшению интенсивности.

Бигайн и Салона (Б еб 2 )

на. электростатическом

генераторе д о о -

тигли длительности импульса

2 нсек ври токе

в

импульое до I ма.

Однако, для

этого пришлось сменить ионный источник. Вначале в колбе

возбуждался

Н-разряд (индуктивная

св я зь ) без

внешнего магнитного

поля. При этом наблюдалась сильная

( / ^ 1 0 0 ^ ) .модуляция

п учка,что

объяснялось

перекрестной

модуляцией

генератора нареаанмя

импульсов

и генератора, питающего

Н - разряд

(р и с .2 ) .

Нежелательные аффекты

были устранены использованием Е - разряда

(ем костная

с в я зь )о про­

дольным магнитным полем и подъемом рабочей

частоты до

100 Ыгц

(р и о .З ).

Идея клиотронного метода группировки заклю чается в следующем.

Если относительно протяженный сгу сто к

ионов проходит через зазор,

к которому приложено переменное электрическое поле, причем время

прохождения огуоткь

выбрано

та к ,

что

на головные его частицы дейотву

ет

замедляющее, а 'н а

хвостовы е -

ускоряющее поле, то происходит сжа­

тие

о густка (гр уп п и р овка).

Еоли

бы все

чаотицы сгу стк а испытывали

такое воздей стви е поля одновременно,

то

ионы ообралиоь бы в одной

приращение скорооти частиц + & Ц_ 6а п 0 бн

„рямо пропорциональным

удалению чаотиц от центра огуотка (р и с .4 ,

штрих). Обеспечить соот­

модуляции энергии чаотиц, хак наиболее просто

и удобно

осущ ествляе­

мый. Группировка происходит только один раз за

период

на во зр аста ­

ющей части квазилинейного

участка

синусоиды.

Если для прерывания пучка и группировки используется общий

генератор напряжения, то принимаются меры для

т о го ,

чтобы за один

период группирующего напряжения

через зазор проходил только один

с гу с т о к , так как второй попадал

бы на опадающую ч асть

оинусоиды и,

1

следовательно, дегруппировался

и создавал нежелательный фон. Для

э то го иопользуетоя или одна дополнительная пара пластин для

враще­

ния пучка по кругу в плоскооти

вырезающей диафрагмы

или не

стави т­

ся две дополнительные пары пластин и на них подается, постоянное

напряжение, выбранное т а к ,

что

пропускается только

каждый второй

импульо.

Использование синусоидального

напр:.жсі.і;я

ups нсд/ляции

пучка

-

15 -

приводит

к изменению энергии

частиц по закону к

= Е 0 г

cvt.

Скорость

частиц

U ~ UB(\+ а S in cot)i/2

, где:

cx = Em/E n

При этом,

очевидно, будет существовать

верхний

предел длительности

импульса

At

, при котором

частицы еще будут"элективно"

участво­