Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка состоит из сигма-призмы, детектора нейтронов и аппаратуры, необходимой для регистрации импульсов детектора.

Сигма-призма представляет собой графитовый прямоугольный параллелепипед со следующими размерами: а = b = 99 см; с = 200 см. Сигма-призма собрана из графитовых блоков размерами 11х11x50 см. На лицевой стороне призмы расположены цилиндрические отверстия диаметром 4 см и глубиной 50 см, закрытые графитовыми пробками. Расположение отверстий показано на рис. 3. В нижнее отверстие, находящееся на расстоянии 36 см от основания призмы, помещен калифорниевый источник нейтронов. Остальные отверстия используются для измерений пространственного распределения потока нейтронов. Горизонтальный ряд отверстий расположен на расстоянии 78 см от источника нейтронов.

Рис. 3. Расположение отверстий детектора в призме

В качестве детектора нейтронов используется гелиевый счетчик типа СНМ-18, смонтированный в цилиндрической штанге. Имеется съемный кадмиевый чехол для счетчика.

Методика эксперимента

Для расчета длины диффузии необходимо знать значения k₃₀₀, а_э и b_э. Для определения величины k₃₀₀ проводят измерение распределения потока тепловых нейтронов по оси z в относительных единицах. Для определения экстраполированных размеров призмы а_э и b_э измеряют распределения потока тепловых нейтронов по оси x в относительных единицах (для данной призмы а_э = b_э) в том сечении призмы, где отсутствуют высшие гармоники. С учетом обработанных результатов этих измерений можно найти k₃₀₀ и а_э.

Следует отметить, что в данной призме очень мала область, для которой справедливо уравнение диффузии без источника. Поэтому решение соответствует истинному распределению потока тепловых нейтронов также лишь в малой области призмы. Кроме того, прямые измерения дают сумму распределений тепловых и эпитепловых нейтронов по объему призмы.

Для выделения вклада тепловых нейтронов измерения в каждой точке проводят дважды: с кадмиевым чехлом на счетчике и без него. Разность результатов таких измерений пропорциональна потоку тепловых нейтронов. Предварительная проверка показала, что полученные таким образом распределения тепловых нейтронов достаточно хорошо совпадают с распределением в области призмы, удаленной от источника нейтронов на расстояние 78 см. Тем самым показано, что эту область можно использовать для обработки результатов измерений с целью определения длины диффузии L. Надо помнить только о том, что вблизи верхней грани призмы справедливо распределение по оси z.

Измерения по осям z и х начинают от точек с наименьшими значениями потока нейтронов. Для уменьшения погрешности в каждой точке проводят шесть измерений (три с закадмированным счетчиком и три с открытым). Длительность одного измерения по оси х равна 30 с, по оси z - 100 с. В качестве результата принимается среднее арифметическое показание прибора каждых трех измерений. Для проведения измерений в конкретной точке из отверстия удаляют графитовую пробку и на ее место помещают счетчик нейтронов. После шести измерений (сначала с кадмиевым чехлом, затем без него) счетчик вынимают из отверстия и графитовую пробку ставят на место. На рис. 3 отверстия пронумерованы в соответствии с последовательностью измерений.

Отметим тот факт, что для данной призмы величины k₃₀₀² и (π / а_э)² + (π / b_э)² отличаются незначительно. Это означает, что для получения достаточно точного значения длины диффузии измерения как по оси z, так и по оси х должны проводиться очень тщательно, а результаты этих измерений должны быть обработаны точными методами.

Измерение фона проводят аналогично измерениям в призме. Счетчик при этом удаляют от призмы насколько это возможно. Время счета составляет 100 с.

Работа должна проводиться в следующей последовательности:

1) Подготовить НИУ «РАиНИ» к работе;

2) измерить фон;

3) Провести измерения по оси х в соответствии с нумерацией точек, показанных на рис. 3, результаты занести в таблицу;

4) Провести измерения по оси z в соответствии с нумерацией точек, показанных на рис .3, результаты занести в таблицу;

5) Представить результаты преподавателю.

Таблица измерений

Измерение фона:

Измерение	1	2	3
Фон 1
Фон 1 с Cd

Измерение по оси х без Cd (точки 1-9):

Точка	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1
2
3

Измерение по оси х с Cd (точки 1-9):

Точка	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1
2
3

Измерение фона:

Измерение	1	2	3
Фон 2
Фон 2 с Cd

Измерение по оси y без Cd (точки 10-15):

Точка	10	11	12	13	14	15
1
2
3

Измерение по оси y с Cd (точки 10-15):

Точка	10	11	12	13	14	15
1
2
3