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

-

73

собственный фон

детектора

за

счет

шумов фотоумножитяля

и

космического

излучения

снижен

до О Д б

имп/мин

на канал .

Схемы совпадений

и дискриминаторн

широко используют­

ся

в детекторах

нейтронов

для разделения

импульсов .о б у ­

словленных

гамма-излучением

и нейтронами .

И звестно,

что

электроны

и протоны отдачи

создают

в

сцинтилляторе

световы е

вспышки с разными

относительными

вкладами

гомпошнтов быстро­

го

и медленного

высвечивания

( Б я 5 5 ,С тб 9 ). Различие

исполь­

зу е тся для

исключения

импульсов,

вызванных

гамма-лучами

(

Г р 6 8 ,0 ы 7 0 а ,С т б 9 ,Е г6 3 ). Для

этой

цели

кроме

известного

ме -

тода

Оуэна

( Оу58, Бр59,БабО ,

Хсбб.й^О .П рбЗ .П рбЗ),

основан­

ного

на

действии

пространственного

заряда

в

области

пос -

легших динодов

и анода

фотоумножителя

,

применяются

чисто .

электронные

схемы

разделения

при

помощи которых производят­

ся

а )

сравнение

быстрой

части

импульса с

импульсом, сбра -

зованным

полным

зарядом (

Б р 5 9 ,Д у б І,0 м 7 0 );

б )

сравнение

мед­

ленной части

импульса

с

полным

зарядом

(

Б о б Т .В я б І);

в )с р а -

внение

медленной

части

с

быстрой

(

БрбІ,Б р70а ,К у 6 7 б ). Как

показано

в

работе

(

Уоб**,)

наиболее

удачным

является

третий

опособ.

В последнее

время

в

ряде

лабораторий

широко применяет­

ся

метод

двойного дифференцирования

(

метод

пересечения

нуля )

(

АлбІ,

В аб9,М а68,В и б 7,К а70а,Т э70).

При

этом

и спользуется

тот

факт

, что

положение

"центров

тяж ести ",на

временной

оси

не

совпадает

для

импульсов

от

гам гя-лучей

и нейтронов

. Времен­

ной

селекцией

(

быстрая схема

совпадений

или

вспомогательный

преобразователь

"время-амплитуда")

выделяются

импульсы желаемо­

го

сорта

частиц,

Обзор

схем идентификации

частиц сделан

в работе

(Бр7і).

лам преобразователя

(формиоователи и

схемы отб ор а),

а также

к

це­

пям блокировок, т . к .

на один из

входов поступают импульсы от

си г­

нального электрода с частотой 7

Мгц.

Преобразователь

состоит из

двух

основных частей

(р и с .2

8 ) :

ции на

конвертор .

Основные измерительные

каналы схема

на в -х о д е

А и на входе

Б начинаются, со о тветствен н о ,

дискриминаторами

ДІ и Д4.

Так как максимальная ошибка возникает при измерении временных

интервалов

между импульсами,

амплитуда

которых

сравнима с по­

роговым

напряжением дискриминаторов

ДІ

или

Д4,

операция

и з - .

иерения

для

импульсов такой

амплитуды

исключается .

Сигнал

,

разрешающий

преобразование ,

Формируется

лишь

при

срабатывании

минаторов ДІ и ДЧ.

Схема

приводится

в

рабочее

состояние

нажатием

кнопки

"п у ск ". При

этом тр и ггер

Т7

принимает

положение ,

условно

при­

нимаемое

за "единицу",

при котором открывается

клапан К2.

Ближайший сигнал

со

входа А , вызывающий срабатывание селек -

тирующего

дискриминатора

Д2

и сформированный на ФЗ,

прохо -

дит

через

клапан

К2

и запускает одновибратор ФЧ. Выходным им­

пульсом

ФЧ

снимается

блокировка

с клапана КІ в

измерительном

канале

А .

Задержанный и сформированный

на ФІ

импульс дискриминато­

ра

ДІ

проходит

через

клапан

КІ

и

запускает

одновибратор Ф2.

Одновременно через Ф5 сбрасы вается

в

"н ул ь"

триггер Т 7,

кла­

пан

К2

запирается

, и прием новой

информации

со

входа

А

с т а ­

новится

невозможным

вплоть

до

окончания

уже

начатого

цикла

измерения .

Одновибратор Ф2

через

схему

восстановления

начального

потенциала

управляет

зарядовой

цепью

конденсатора

С

и выра -

батывает

на

своем

выходе

импульс,

являющийся

для

конвертора

стартовым . В начальном состоянии

диод Д открыт

,

схема

во с­

становления

начального

потенциала

поддерживает

постоянный

уровень

напряжения

на

конденсаторе

С.

В момент срабатывания

Ф2

диод Д резко

запирается

и потенциал на

конденсаторе

С на -

чинает

линейно

уменьшаться.

Канал Б в нормальном состоянии заблокирован клапаном КЗ,

который открывается

лишь при наличии стартового импульса на

входе

А.

Разрешающий сигнал

для

КЗ формируется

из

выходно­

го

ныпульса

клапана

КІ

с помощью Ф5

и Фб. Длительностью

вы -■

годного

имцульса

Ф6

задается

измеряемый диапазон

времени

- 77 -

Т=250

нсек . Если в этом интервале времени в

канале

Б

сраба­

ты вает

селектирующий

дискриминатор ДЗ, то его выходной им -

п у л ь с , сформированный

на Ф8, пройдет через

клапан

КЗ

и за ­

пустит одновибратор Ф9.;.Импульсом Ф9 открывается

клапан К4

в измерительном канале £ .

Сигнал дискриминатора

Д4,

задер

-

жанный на Лз2 и сформированный ФІО

проходит через

клапан К4

и запускает

одновибратор

Ф І І . Одновибратор Ф ІІ

формирует

"стоп "-и м п ул ьс-ко н вер то р а

, который

выключает

генератор

раз­

рядного тока . Импульс ,

возникающий в р езультате разряда

кон­

денсатора

С,

уплощается

и через эмиттерный повторитель посту­

пает

на

выход

прибора

і

Е сли

в промежутке времени Т

сигнал в

селектирующем

канале Б

отсутствовал

,

то на

выходе

прибора

образуете^

импульс,

соответствующий

разряду конденсатора

С

за

время

,

равное полной

длительности "с т а р т " -

импульса

(-*

1 ,5

мксек). Вследстви е

этого

его

амплитуда

значительно .

превышает

верхнюю границу

спектра,

получаемого

при измере­

нии

интервалов

времени

в

диапазоне

0 -2 5 0 н с е к .,

и результаты

эксперимента искажаться

не будут . После спада выходного им -

пульса

поступающее

на

клапан

К2

напряжение

(

запрещающее

преобразование)

о тр и ггер а

Т І

еще

сохраняется

в

течение про -

межутка

времени

3

м ксек,

чтобы в

электрических

цепях преобра­

зователя

и одновибраторов

Ф2 и Ф ІІ полностью

восстановились

исходные

режимы. Пауза

3

мксек

зад ается'

линией

задержки

ЛэЗ,

которая устанавл и вается

в

схем е

формирования

пускового

импульса

триггера Т І .

На

вход

линии подается

"стар т"-н м

пульс Ф2,

и на Ф7 формируется

импульс

возвращающий тр и ггера

ТІ в

состояние

" Т " .

,

Усложнение

прибора

за сч ет

введения

селектирующих кана­

лов

оправдывается следующими

обстоятельствами

. Во-первых,

-

78

-

при этом

можно существенно повысить

разрешающую способ

ность

прибора за

счет

амплитудной селекции сигналов на

входах

А

и Б . Во-вторы х,

устраняются

искажения формы вр е­

менных

спектров,

всегд а

имеющее место

* когда в измеритель­

ных

каналах

конвертора

с

целью

повышения

быстродействия

у с ­

танавливаются

вентильные

устр ой ства,

В выбранной схеме все .

неопределенности ,

возникающие

за

счет

вентильных устройств

,

остаются

в

селектирующих

каналах,

т . к ,

внешними триггерами

Т І

и одновибратором Ф6

управляются

клапаны

этих

каналов.

Их влияние

ограничивается разбросом

моментов

срабатывания

одновибраторов

ФЧ и Ф9

относительно

моментов поступления

соответствующих

сигналов на вход

А

и

на

вход

Б . Установив

в

измерительных

каналах

линии задержки

Л зІ

и Л з2

о

электрической длиной

X ,

=

х 2

«=30

нсек,мож­

но

учесть

,

как

разброс

моментов

разблокировок КІ

и К 4,так

и

время

переходных

процессов

в

них

(

длительность

разрешаю -

щих импульсов

ФЧ и Ф9

выбирается

равной

50

н с е к ).

Вход С прибора

может

использоваться

для

измерений

час­

тотной . стабильности

генераторов

переодических

колебаний

на-

носекундного

диапазона

( 5

Мгц-

20

М гц).

Электрическое

разрешающее

время

прибора

,

определенное

при

помощи

эталонированной

линии

задержки,

равно 2 *10~*® сек .

Крутизна

преобразования

7

м в/н еек. Дифференциальная линей -

но сть

Не

хуке

І І , 5 ^ .

Она

определялась

статистическим

мето

-

дом

,

при

котором на один

вход подавались периодические им -

пульсы

от

генератора

,

а

на

второй

-

статистически

распределен­

ные

импульсы

от

детектора

. При этом в каждом канале накапли­

вается

равное

количество

отсчетов,

если

в с е каналы

имеют

оди-

в-

^аковую

ширину.

Был 'йспольэован электрод,

длина

которого

превышала дли­

ну

сгу ст к а ,

что

привело к увеличению

длительности

импульса

напряжения

des

искажения

переднего фронта,к

которому идет

привязка.

Эго

облегчило

последующее

его

усиление при помощи

предварительного

усилителя

(

р и с.2 9 )

и усилителя

У З-5 (поло­

са

200 МГЦ). Через линию

задержки сигнал Поступал на вход пре

образователъ

"врем я-ам плитуда".'

Наглядным

доказательством

т о го ,

что временная

привязка

осущ ествлялась

к

переднему

фронту импульса,

может1 служить

расположение пиков развой

длительности

на временной шкале

ѵ

анализатора (

р и с .7 а ,б ,в ) .

Как

видно из рисунков, начало всех

широких пиков

(

отсчет

времени

сп р ава' налево)

совпадает с

ко­

ротким сгруппированным пиком ,

положение

которого

отмечено

звездочной

,

хотя

широкие

несгруппированные

пики имеют зна­

чительно меньшее

значение

мгновенного

то к а .

Успешное

развитие

метода

времени пролета позволило

приме­

нять

его при

постановке

многих

экспериментов не только с ней­

тронами

,

но

и

с

заряженными частицами. Т ак,

например, в

работе

( Еш69) ионы с энергией 25 Мэв

С длительность

ямпульсов

І,7 н с е к ,

период

повторения 55

н се к )

использованы для

двумерного анализа

масс

в реакции

В 10(О ш,Х ) У . Для

извлечения

информации

о р а с­

пределении

продуктов

реакции по массам использована

комбина

-

цкя времени пролета

и энергии частицы. Разделение

по

массам

не

Хуже

чем

в

методе

cf

Е

. В

генераторе

С тандем на 6 Мэв)

Применена

система с

клистронной

группировкой

до

ускорения

и

Прерывателем

после

ускорения,

которая позволяет получать им -

пульсы

протонов , дейтронов и тяжелых ионов

с

іассам й

до

1 6 .

На

этом же генераторе

был

поставлен другой

эксперимент

-

Определение

вреиени

жизни

уровня

137 кэв

в

ядре

F e 57 при ку­

лоновском

возбуждении

ионами

О**’ .

Регистрировался

временной

спектр

$ -лучей

при

переходе

137

кэв — 1 4 , 4 кэв. Детектором

Служил

кристалл

N а 3

( Т О .

Из анализа

кривой

распада

измеренное

время

жизни о каза­

лось

равным

Т

= 8 ,5 ± 0 ,4

нсек,

что

хорошо

со гл асуется

с др у -

Ьиии

измерениями.

также

Методика

времени

пролета широко

попользует ся^при решению

ел едущ их

задач .

I.И зучение

гамм а-спектров

в реакциях

С п , п 'у )

(Ди 69,

- 82

-

Др69,

С т 6 4 ). .

в

жизни ядер в

изомерных состояниях

2 . Определение времени

(Чи68, АэбѲ, Бо65^Ли70).

3 . Измерение полных нейтронных сечений

(Ф о б 5,Ф о 7І).

4 .

Изучение реакций ( п

, 2 г ) ,

( п ,

а )

и

д р .(С а 7 І,Л а 7 І,

А й 70,С а69).

Метод времени

продета

получил самое

широкое распростра­

н е н іе

при изучении взаимодействия нейтронов с ядрами в облас­

ти

энергии

нейтронов

от I

до ІО

Мэв.

Это

объясняется тем

,

что

в

8той области энергий экспериментальное изучение неуп -

руг ого

рассеяния нейтронов с возбуждением отдельных уровней

ядра не

представляет

в

настоящее

время

особой

трудности . Уп­

р угое

рассеяние в большинстве случаев также надежно отделяет­

ся

от

неупругих процессов.

Сложнее

обстоит

дело

в

области энергий

14

Мэв.

Многие

спектрометры

имеет

хорошее

временное

разрешение

(1 ,5 - Э н с е к ),

однако

недостаточная

интенсивность

нейтронного потока в

импуль­

с е

не позволяет увеличить базу пролета

и тем

самым получить

хорошее

разрешение

по

энергии.

В таких случаях результаты по неупругому

рассеянию

пред­

ставляю тся в виде сечений , отнесенных

к определенной э вер ге -

тической области . Так.например, в работе ( ПрбО) изучалось

рассеяние

нейтронов

с

энергией

1 5 , 2

Мэв на

ядрах

F e ,

У

,

Z r , PÖ . Измерения проводихиоь в

цилиндрической

геометрии .

Временной спектр рассеянных нейтронов показан

на

р и с.3 0 .

И з-за

недостаточного энергетического разрешения ( шкала энергий

р ас­

положена

в

верхней

части рисунка)

сечение

определено для

группы

нейтронов , неупруго

рассеянных

в

интервал

энергий

от

6 ,5

до

4

Мэв.