Описание экспериментальной установки

В работе используется метод активаций. Экспериментальная установка состоит из цилиндрического бака с водой, калифорниевого источника нейтронов, β-счетчика и детектора из природного серебра.

Бак выполнен из алюминия. Боковая поверхность изготовлена в виде двух коаксиальных цилиндров. Пространство между цилиндрами заполнено борированным парафином, выполняющим роль биологической защиты. Внутренние размеры бака (Н = 100 см, D = 65 см) достаточны для того, чтобы можно было пренебречь утечкой нейтронов за пределы бака.

В верхней части бака установлена крестовина. К центру крестовины на специальном держателе подвешен источник нейтронов. В радиальных ветвях крестовины имеются пронумерованные отверстия для установки проволочного держателя детектора. Расстояния между соседними отверстиями равны 1 см; расстояние от центра крестовины до ближайшего отверстия составляет 3,5 см. Длина держателя выбрана такой, чтобы детектор при активации находился на одной горизонтальной прямой с источником. Размеры источника настолько малы, что его можно рассматривать как точечный.

В качестве детектора используются пластинки из природного серебра. В табл. 1 даны свойства серебра. Видно, что активность серебряного детектора практически обусловлена изотопами Ag-108 и Ag-110. Эти изотопы имеют большие сечения активации и малые периоды полураспада. Последнее и явилось определяющим при выборе детектора.

Для определения эпитепловой активации используется кадмирование детектора (детектор помещается в кадмиевый чехол при облучении нейтронами). Предполагается, что кадмий полностью поглощает тепловые нейтроны и совсем не поглощает эпитепловые.

Активируемый изотоп	Содержание в природной смеси, %	Радиоактивный изотоп	Период полураспада, Т1/2	Сечение активации Ϭакт, 10-28 м 2
Ag-107	51,35	Ag-108	2,3 мин	45
Ag-109	48,65	Ag-110m	253 суток	3,2
		Ag-110	24 с	110

Методика эксперимента

В экспериментальной части работы определяются распределения резонансных и тепловых нейтронов в относительных единицах по объёму замедлителя (воды). Для этой цели измеряются величины, пропорциональные активности детектора, облученного на различных расстояниях от источника. В каждой точке детектор активируется в кадмиевом чехле и без чехла. Таким образом, эксперимент представляет собой серию одинаковых по методике циклов, каждый из которых состоит из четырех этапов.

На первом этапе детектор помещается в определенную точку замедлителя и облучается в течение некоторого промежутка времени t_обл, на втором — детектор переносится от бака с водой до β-счетчика за время t_пер. Затем в течение времени t_сч проводится счет (показания измерительной аппаратуры пропорциональны числу β-распадов в детекторе). На последнем этапе детектор высвечивается для того, чтобы остаточная активность не искажала результат следующего цикла. Каждый последующий цикл отличается от предыдущего либо новым местом облучения детектора, либо наличием (отсутствием) кадмиевого чехла. В каждом цикле необходимо следить за точностью соблюдения временного режима и места расположения детектора в замедлителе (баке с водой).

При выборе временного режима работы рассматривается целый ряд факторов, приведенных ниже. Время эксперимента ограничено. Для получения достаточно точного распределения потока нейтронов необходимо проводить большое число измерений.

Для уменьшения погрешности измерений в каждом отдельном цикле необходимо выполнять следующие условия:

1. время облучения брать достаточным для набора активности, близкой к насыщению;

2. время переноса по возможности уменьшать;

3. увеличивать время счета, но не настолько, чтобы заметную роль играл фон;

4. время высвечивания брать таким, чтобы остаточная активность детектора не вносила существенной погрешности в результаты последующих измерений.

К сожалению, перечисленные факторы противоречивы, и выполнить их одновременно при работе с серебряным детектором не удается.

Рекомендуется следующий режим работы:

время активации - 1 мин;

время переноса – 15 с;

время счета – 100 с;

полное время цикла — 4 мин.

Вклад отдельных изотопов детектора в показания прибора легко оценить, используя выражение (2.20) из работы № 2. Расчеты показывают, что при активации только резонансными нейтронами вклад короткоживущего изотопа во много раз больше вклада долгоживущего. При активации полным спектром нейтронов (детектор не закадмирован) вклады изотопов соизмеримы, но все же вклад короткоживущего изотопа выше вклада долгоживущего. Поэтому рекомендуемый режим достаточно хорошо удовлетворяет условиям, предъявляемым к отдельным циклам. Погрешность измерений прибора от вклада остаточной активности, обусловленной долгоживущим изотопом, будет при этом незначительно изменяться в каждом последующем цикле, не превышая, однако, 10 % даже в самом худшем случае (активация полным спектром). Для дополнительного уменьшения погрешности от этого вклада рекомендуется активацию проводить сначала с закадмированным детектором, перемещаясь от периферии бака к центру, а затем с открытым детектором в той же последовательности. В работе не учитываются поправки к результатам, обусловленные конечными размерами детектора.

При выбранном режиме работы нужно провести 32 цикла. Держатель детектора при этом устанавливается последовательно в 16 следующих точках крестовины: № 25, 23, 21, 19, 17, 15, 13, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 3, 1.

В работе не учитываются поправки к результатам, обусловленные конечными размерами детектора.

Работа должна проводиться в следующей последовательности:

1) подготовить НИУ «РАиНИ» к работе (Приложение 1);

2) измерить фон (измерения производить 3 раза длительностью по 100 секунд);

3) записать в рабочую тетрадь номер и данные детектора;

4) снять показания активности закадмированного детектора в зависимости от места облучения (закадмированный детекторперемещать от точки № 25 до точки № 1 по указанным выше позициям); данные занести в таблицу;

5) снять показания активности открытого детектора в зависимости от места облучения (открытый детектор перемещать от точки № 25 до точки № 1 по указанным выше позициям); данные занести в таблицу;

6) показать результаты измерений преподавателю.

Таблица измерений

Измерение фона:

Измерение №1	Измерение №1	Измерение №1	Среднее значение
Значение

Измерение активности детекторов в зависимости от места облучения:

Номер точки	Измерения закадмированного детектора	Измерения незакадмированного детектора
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25