Файл: Гуртовой М.Е. Вопросы физики быстрых нейтронов. Спектрометрия быстрых нейтронов по времени пролета.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.07.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 0
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 |
длительности измерений. Например, для спектрометра подобного типа,
(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 |
для снятия такого же спектра на нейтронном спектрометре с иыпуль-
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 |
ного режима работы генератора и метода сопутствующих частиц может
понизить фон случайных совпадений по крайней мере на порядок.Однако позднее Зелигер и Тручлер (З е 6 8 ) показали, что использование им
пульсного источника нейтронов уже само по себе гарантирует минималь ное время измерения при прочих равных условиях.
Повидимому именно по этой причине наибольшее развитие в послед
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). |
|
Первым способом несложно получать импульсы милисекундной дли тельности . Более короткие импульсы трудно получить не нарушив нор
мальную работу источника ионов, поскольку зажигание и гашение г а
зового разряда длится десятки микросекунд. Способ простого преры вания пучка ионов получил самое широкое распространение в первые
годы развития наносекундной техники спектрометрии. Т ак, он был при
менен Крэнбергом и Левиным (КрЗб) для прерывания пучка ионов элек тростатического генератора при изучении неупругого рассеяния ней тронов. Система представляла собой пару электростатических откло няющих пластин и вырезающую диафрагму, расположенную после пластин. При подаче на отклоняющие пластины синусоидального напряжения с
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 |
пучка получается импульс конечной длительности. Скорость "черчений*
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 |
отклоняющего напряжения. Кроме т о го , при этом в пучок вносится до
полнительное изменение угла и энергии. Энергетический разброс в свою очередь приводит к раэброоу времени прихода ионов на диафрагму, что ограничивает минимальную длительность импульса ионов величиной
|
|
|
|
- |
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 |
спектрометров ограничивается другими факторами, о которых речь бу
дет |
идти |
ниже. |
|
|
Лучшие из |
существующих спектрометров имеют разрешение по вре |
|
мени |
~ 2 |
н се к . |
Разрешающее время не явл яется полной характеристи |
кой спектрометра как прибора для физических измерений. При одинако
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 |
го расстояния являетоя болѳѳ подходящей характеристикой j 2) ток в
импульсе должен иметь максимально возможное значение для данной
продолжительности импульса. При прерывании пучка после ускорения,
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 |
чи вается пропуокной способностью ускорительной трубки. Прерывение
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 |
- II -
(Т э 5 І ) .В качеотве источников ионов кроме высокочастотных стали при
менять дуоплаэмотроны, обладающие большой "яркостью " (большой ток
ионов о единицы площади в единицу телесного у г л а ) . Это качество
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 . |
Исключение могут составлять только генераторы, предназначенные для
специальных исследований,где более существенную роль могут играть
варвации длительности импульсов и частоты их следования, когда труп-" пировку ионов трудно осущ ествить,Подобного типа электростатический
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 |
не только с точки зрения эксплуатации ускорителя, но и при экспе риментах с редкими событиями, когда возникают трудности и з -за фо на от пучка ускорителя. В этом случае можно попользовать ускори тель в режиме непрерывного пучка большой интѳнонвности до появле ния ожидаемого события, после чего выключать пучок с помощью им пульса от соответствующ его д етекто р а.
Прерывание пучке до ускорения накладывает на качество пучка бо
л ее серьезные ограничения (п о сравнению о прерыванием после уско
рения), так |
как плохое качество пучка |
(энергетический р а зб р о с,ге |
ометрические |
характеристики) затрудняет |
получение импульсов д о е м - |
- П а -
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. |
|
Р и с.3 . Импульса ионов после устранения модуляции (Б е 6 2 )
|
- |
12 - |
|
точно малой |
длительности. |
Т ак, например, и работе |
Тернера (Тэ5Ѳ) |
указано, что |
минимальная |
достигнутая длительность |
со ставлял ? Ч ,5н оек. |
Ануфриенко и др . (Анбба) на низковольтном генераторе (анерги я дейтро
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 ). |
|
|
1