Файл: Кузнецов, Р. А. Активационный анализ.pdf

ионы дейтерия втягиваются электрическим полем в ускоритель­ ную трубку, где им сообщается необходимая энергия. Для по­ лучения равномерного электрического поля и для обеспечения хорошей ^фокусировки ионного пучка ускорительные трубки со­ бирают из нескольких секций, каждая из которых состоит из. электрода специальной формы и керамического изолятора. На­ пряжение на электроды подается от высокоомного делителя.

Рис. 10. Схема устройства нейтронного генератора с заземленной мишенью:

афрагма; 12 — танталовый клапан; 13 — водяное охлаждение; /4 — мишень.

Ускоренные ионы дейтерия падают на мишень, содержащуюдейтерий или тритий. Чаще всего мишени изготовляют из ти­ тана или циркония, либо путем напаивания фольги, либо напы­ лением металлов на подложку из меди, никеля или другого' металла. Процесс изготовления мишени завершается обезгажи-

нейтронные генераторы подразделяются на непрерывно откачи­ ваемые и отпаянные. Первые из них применяются в лаборатор­ ных условиях и могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Отпаянные нейтронные трубки дают потоки нейтроновменьшей интенсивности и чаще всего эксплуатируются в им­ пульсном режиме. Они особенно полезны для проведения акти­ вационного анализа в полевых условиях [78].

Нейтронные генераторы — источники нейтронов средней ин­ тенсивности. Выход нейтронов на 1 мкк ионов дейтерия с энер­ гией 100—200 кэв достигает 108 нейтрон!сек. Промышленные образцы нейтронных генераторов устойчиво работают при ион­ ном токе в несколько сот микроампер, что обеспечивает интен­ сивность потока нейтронов 109—1010 нейтрон/сек. Замедление быстрых нейтронов дает потоки тепловых нейтронов с плот­ ностью 107—108 нейтрон/(см2-сек). Предложены конструкции нейтронных генераторов, работающих при полном рабочем токе 2—5 ма (интенсивность до 1012 нейтрон/сек).

68

Серьезный недостаток нейтронных генераторов — быстрое уменьшение интенсивности, обусловленное потерей трития (дей­ терия) из-за локального разогрева и частичного распыления вещества мишени. По данным работы [79], для свежей мишени

период нейтронного генерато-

шени.

ра. В усовершенствованных конструкциях нейтронных генера­ торов высокая интенсивность потока нейтронов (1010—10й ней­ трон/сек) поддерживается постоянной в течение 100 ч и более.

Нейтронный генератор дает поток быстрых нейтронов со зна­ чительным градиентом. Величина последнего зависит от экспе­ риментальных условий: фокусировки и размеров пучка, рас­ стояния от мишени и других факторов [80]. Уменьшение плот­ ности потока нейтронов с расстоянием показано на рис. И, а при смещении от оси пучка на разных расстояниях от мишени — на рис. 12. Для получения медленных нейтронов около мишени генератора устанавливают систему с замедлителем.

С помощью нейтронных генераторов проводят активацион­ ные определения на быстрых и тепловых нейтронах. Как пра­ вило, аналитические методики основываются на короткоживущих радиоизотопах с периодом полураспада от нескольких секунд до нескольких часов. Поэтому нейтронные генераторы обязательно оборудуются пневмопочтой.

69

Ускорители электронов в качестве источников нейтронов.

Пока что в роли источников нейтронов ускорители электронов выступают эпизодически. По интенсивности нейтронных потоков они не уступают нейтронным генераторам. Электронные уско­ рители могут работать длительное время без падения интенсив­ ности, однако энергетические затраты на производство нейтро­ нов много больше, чем у нейтронных генераторов. Энергетиче­ ское распределение получающихся нейтронов оказывается сплошным, причем максимальная энергия нейтронов соответст­ вует разности между максимальной энергией тормозного излу­ чения и величиной порога используемой фотоядерной реакции. Из этого обстоятельства вытекает принципиальная возможность регулирования спектра нейтронов путем изменения энергии ускорителя.

Рассмотрим имеющиеся в литературе данные по использо­ ванию ускорителей электронов в качестве источников нейтро­ нов. Так, электростатический ускоритель на энергию 3 Мэе при токе электронов 3 ма способен создать плотность потока тепло­

плотностью около 1-1010 нейтрон/(см2-сек) [82]. Распределение нейтронов вокруг мишени изотропно, поэтому пробы можно облучать только нейтронами, исключая активацию тормозным излучением, которое узким пучком проходит через мишень в прямом направлении.

Микротрон типа МР-30 (£ТОрм = 30 Мэе, 7=15 мка)-способен быть источником быстрых нейтронов интенсивностью 1012 нейт-

ведутся еще предварительные исследования возможностей раз­ личных ускорителей ионов как источников нейтронов для акти­ вационного анализа [84]. Для получения нейтронов в ядерных реакциях с протонами, дейтронами и 3Не лучшие результаты

100 мка, следовательно, можно превратить ускоритель ионов в достаточно интенсивный источник нейтронов.

Угловое распределение потока нейтронов анизотропно, ос­ новная масса нейтронов движется в направлении пучка. Энер­ гетическое распределение сплошное, однако максимальная энер­ гия ограничена и зависит от вида и энергии ионов. В указанных

70

выше условиях она составляет для 3Не 26 Мэе, для p a d —

8 Мэе.

Широкое использование ускорителей ионов для нейтронного активационного анализа, несомненно, будет зависеть от про­ гресса в конструировании простых в управлении, небольших по габаритам и недорогих ускорителей.

Нейтронные размножители. Это подкритическая сборка, ко­ торая может увеличивать первичный поток нейтронов от изо­ топного источника. Примером может служить промышленная конструкция нейтронного размножителя СО-1 [23]. В активную зону СО-1, выполненную в виде цилиндра диаметром 240 мм и высотой 280 мм, загружается двуокись урана (обогащенная по 235U), диспергированная в полиэтилене. Отражателем служат полиэтилен и графит. Начальный поток нейтронов задается Ро — Be-источником активностью 65 кюри.

Тепловая мощность размножителя составляет 0,5 вт, макси­ мальное значение плотности потока тепловых и быстрых нейт­ ронов в центре активной зоны равняется соответственно 2,5-107 и 7 -107 нейтрон/(см2-сек). Нейтронный размножитель оснащен тремя вертикальными каналами диаметром 52 мм и одним го­ ризонтальным каналом диаметром 51 мм, оборудованным пнев­ мопочтой. Все экспериментальные каналы располагаются в зоне графитового отражателя. Биологическая защита размножителя состоит из слоя свинца толщиной 118 мм, слоя парафина с 5%-ным содержанием карбида бора и слоя воды. Последние два слоя имеют толщину по 288 мм. Вертикальные каналы оборудованы специальным защитным устройством, позволяю­ щим перегружать пробы при работающем нейтронном размно­ жителе.

Ядерный реактор. В отличие от нейтронного размножителя ядерный реактор — критическая система, в которой осуществ­ ляется .самоподдерживающаяся, управляемая цепная реакция деления ядер урана. Спектр нейтронов, выделяющихся в про­ цессе деления, заключен в широком энергетическом интервале от небольших энергий вплоть до 25 Мэе. Средняя энергия нейт­ ронов деления равна примерно 2 Мэе, а наиболее вероятная энергия — 0,72 Мэе. Доля нейтронов с энергией более 0,1 Мэе составляет около 99% общего потока нейтронов деления; 66% потока лежит между 0,5—3 Мэе. Выше 3 Мэе поток нейтронов уменьшается почти экспоненциально с ростом энергии.

Реакторы в зависимости от энергии нейтронов, служащих для поддержания цепной реакции, разделяются на три типа: на быстрых, промежуточных и тепловых нейтронах. В первом типе реактора энергетический спектр нейтронов в активной зоне бли­ зок к спектру нейтронов деления. В реакторах остальных двух типов обязательно содержится определенное количество замед­ лителя, поэтому средняя энергия нейтронов в них смещена в область более низких энергий по сравнению со спектром деле-

71