Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

В германиевых детекторах сечения реакций (п, р) и (/г, а) из-за более высокого потенциального барьера имеют существен-

Рнс. 7.4. Аппаратурный спектр тепловых нейтронов для однодетекторного спектрометра с в1л-конвертором.

312

-но меньшие значения. Даже для реакции T2G e(n ,p), имеющей наибольшие значения произведения относительного содержания

Рнс. 7.5. Спектр заряженных частиц, возникающих в кремнии при облу­ чении нейтронами с энергией 11 МэВ.

вой побочные ядерные реакции в германии влияют существенно меньше, чем в кремнии.

Для упрощения формы аппаратурной кривой за счет вто­ ричных заряженных частиц, возникающих в материале детекто­ ров, в некоторых случаях оправдано применение второй, ком­ пенсационной пары детекторов, подобной во всех отношениях основной, но не имеющей в промежутке радиатора. Вычитание аппаратурного распределения импульсов второй пары из рас­ пределения первой позволяет существенно понизить фон, однако связано с увеличением статистической погрешности [12].

313

§ 7 .3 . С П Е К Т Р О М Е Т Р Ы Н Е Й Т Р О Н Н О Г О И З Л У Ч Е Н И Я I I И Х

П Р И М Е Н Е Н И Е

Для обеспечения высоких измерительных параметров при разработке спектрометров нейтронного излучения необходимо учитывать прежде всего факторы, определяющие чувствитель­ ность, энергетическое разрешение и форму аппаратурной кривой.

спектрометров на основе преобразования энергии нейтронов в энергию заряженных частиц, для упрощения аппаратурных кри­ вых электронная схема кроме общих функций, выполненных в спектрометрах, также должна осуществлять функцию отбора импульсов, соответствующих одновременной регистрации заря­ женных частиц продуктов данной ядерной реакции, и их сумми­ рования. Типичная структурная схема спектрометра нейтронно­ го излучения с конверторами на основе 6Li и 3Не и двумя детек­ торами приведена на рис. 7.6 [13]. Импульсы, соответствующие актам регистрации продуктов выбранной реакции (тх-частпце и тритона в случае конвертора на основе 6Li и протона и трито­ на в случае 3Не), поступают через два раздельных идентичных усилителя с необходимыми параметрами (см. гл. 2) на схему сложения.

На выходе схемы сложения вырабатываются импульсы, ам­ плитуда которых пропорциональна суммарной энергии, потерян­ ной заряженными частицами-продуктами реакции в чувстви­

314

тельной области детекторов. Далее с необходимой временной задержкой импульсы поступают па вход многоканального ам­ плитудного анализатора, в общем случае через экспандер. Одновременно импульсы с каждого из этих усилителей и со схемы сложения подаются через соответствующие усилители на схему тройных совпадений, которая вырабатывает управляю­ щий сигнал для запуска амплитудного анализатора. Таким об­ разом, па выходе анализатора получают амплитудное распреде­ ление импульсов, отображающее распределение суммарной энергии продуктов реакции, т. е. /(£„+(3), с резко уменьшен­ ным вкладом импульсов от одиночных частиц.

Соответствующим подбором коэффициентов усиления уси­ лителен п порога срабатывания схемы совпадений можно до­ биться дополнительного уменьшения вклада в распределение фоновых н сопутствующих побочных излучений, амплитуда импульса от которых ниже амплитуды импульсов, соответствую­ щих актам регистрации тепловых нейтронов. Кроме того, по­ добная структурная схема позволяет, используя схему аптисовпаденпй, с входа анализатора получить спектр импульсов фоновых и сопутствующих излучений, а применяя самосовпадеиия, — также п спектры импульсов от отдельных частиц с каждого счетчика. Применение экспандера дает возможность изменить масштаб распределения и более детально проанали­ зировать любой участок исследуемого спектра.

С помощью спектрометров нейтронного излучения, построен­ ных по такой структурной схеме па отечественной промышлен­ ной аппаратуре, в работе [13] были получены аппаратурные спектры монохроматических нейтронов, реакций Т (р, п) и D(d, п), осуществленных с помощью электростатического уско­ рителя на энергию 5 МэВ. На рис. 7.7 приведены аппаратурные спектры тепловых и быстрых нейтронов, полученные с помощью спектрометра нейтронного излучения с конвертором 6LiF, на­ пыленным в вакууме па чувствительную поверхность одного из двух примененных в блоке детектирования полупроводниковых детекторов с разрешением для а-частиц 244С т около 100 кэВ и толщиной чувствительной области примерно 120 мкм. Ширина пика, характеризующая энергетическое разрешение спектромет­ ра, составляет: 250 кэВ для тепловых нейтронов; 290 кэВ для быстрых нейтронов с энергией 1,2 МэВ; 360 кэВ и 510 кэВ для нейтронов с энергией 2,2 и 3,2 МэВ соответственно. Эффектив­ ность регистрации данного спектрометра нейтронов с энергией 2 МэВ составляла величину 3-10-7. На аппаратурных спектрах кроме пиков от исследуемой группы монохроматических нейтро­ нов видно также непрерывное распределение от протонов отда­ чи и неупругого рассеяния нейтронов, а также пик, обусловлен­ ный резонансом сечения реакции 6Li(/?., а )3Н.

На рис. 7.8 приведены аппаратурные спектры тепловых и

•быстрых нейтронов, полученные с помощью спектрометра с

3 1 5

Число отсчетов в канале

Рис. 7.8. Аппаратурные спектры нейтронов, полученные с помощью спек­ трометра с *Не-конверторо.м.

конвертором 3Не с зазором между детекторами 0,6 мм, давле­ нием газа 9 ат, разрешением детекторов для а-частиц ^''Ст

спектрометра для нейтронов с энергией около 2 Мэв состав­ ляла величину 10~5. На аппаратурных спектрах кроме пиков от исследуемой группы монохроматических нейтронов видно также существенно уменьшенное распределение импульсов от ядер отдачи 3Не, от неупруго рассеянных нейтронов, продуктов ядериых реакций на кремнии п, возможно, частично от регистраций у-квантов других побочных реакции. Экспериментальная про­ верка зависимости амплитуды импульсов от энергии нейтронов показала, что в диапазоне до нескольких мегаэлектронвольт с хорошей точностью сохраняется пропорциональность между амплитудой импульса и потерянной в детекторах энергией

( E n + Q)-

Важная характеристика спектрометров нейтронного излуче­ ния— полярная направленность чувствительности блока детек­ тирования (зависимость чувствительности от относительного направления движения нейтрона). Спектрометры с конвертором из 3Не при тех объемах и давлении, которые используются в спектрометрах с полупроводниковыми детекторами, обладают высокой изотропностью чувствительности [13]. Спектрометры с конвертором из 6Li, так же как и спектрометры, основанные па протонах отдачи, как правило, обладают заметной анизотро­ пией. В работе 114] методом Монте-Карло проведен теорети­ ческий расчет кривых зависимости чувствительности блоков детектирования спектрометров с радиатором из 6Li для спектро­ метрии коллимированных пучков нейтронов различных энергий и изотропного распределения. В зависимости от относительного направления движения нейтронов эффективность регистрации нейтронов разных энергий (в диапазоне до нескольких мега­ электронвольт) может изменяться па десятки процентов, внося дополнительные погрешности в получаемые данные.

Разработка и применение спектрометров нейтронного излу­ чения с полупроводниковыми детекторами [4, 5, 13, 15, 16] по­ казали, что они обладают в некоторых случаях более высокими параметрами, чем аналогичные спектрометры, построенные на основе сцинтилляцпон'ных и газовых ионизационных детекторов. Их достоинства проявляются особено при исследованиях энер­ гетических спектров в различных ядернофизическнх экспери­ ментах.

В работах [6, 7, 8, 12] показано, что нейтронные спектромет­ ры на основе полупроводниковых детекторов можно успешно применять и для исследования спектров реакторных нейтронов,

-318