Файл: Филиппов, Е. М. Ядерные разведчики земных и космических объектов.pdf

полагалась внутри этого замедлителя. В случае работы с пучком быстрых нейтронов платформа должна обеспечивать быструю от­ катку блока от ускорителя на необходимое расстояние.

Замедлитель изготовляется обычно в виде куба с ребром око­ ло 1 м. Для размещения образцов с целью активации между ми­ шенью и пробой должен располагаться достаточный слой замед­ лителя. Подачу образцов под облучение и измерение чаще всего осуществляют с помощью пневмопочты.

В каналах тепловых нейтронов получают плотности потоков примерно от 6-106 до 2-108 нейтр/см2-с в зависимости от первич­ ного потока быстрых нейтронов. Эти плотности потоков примерно в 6004-20 000 раз превосходят потоки в замедлителях с обычны­ ми ампульными источниками нейтронов. Следовательно, приме­ нение нейтронных генераторов при активации элементов и по тепловым нейтронам может привести к значительному повыше­ нию производительности анализа, а также к повышению его точ­ ности и понижению порога чувствительности. Так, работая с потоком тепловых нейтронов с плотностью 108 нейтр/см2-с, мож­ но определить 27 химических элементов с порогом чувствительно­ сти, аналогичным получаемому при активации элементов по бы­ стрым нейтронам.

§3. БЕТАТРОНЫ И МИКРОТРОНЫ

ИИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЯДЕРНОМ АНАЛИЗЕ

Циклические электронные ускорители — бетатрон и микрогрон — применяются в основном для получения пучков тормозно­ го рентгеновского излучения.

Первая модель бетатрона была создана в 1940 г. в США Керстом. С его помощью можно было ускорять электроны до энергий бета-частиц радиоактивных изотопов и более, в связи с чем уско­ рители и получили название бетатронов.

По принципу работы бетатрон напоминает трансформатор.

В трансформаторе, как известно, переменный ток, протекающий

впервичной обмотке, создает в сердечнике переменный магнит­ ный поток, что вызывает появление вихревого электрического по­

ля, а следовательно, и переменного тока во вторичной обмотке. В бетатроне роль вторичной обмотки выполняет электронный пу­ чок (рис. 17.2), образующийся в вакуумной камере, выполненной в виде полого тора. Эта камера располагается в воздушном коль­ цевом зазоре электромагнита.

Силовые линии вихревого электрического поля замкнуты во­ круг индуцирующего переменного магнитного потока. На элект­ рон, введенный перпендикулярно переменному магнитному полю, действует электродвижущая сила вихревого поля, которая увели­ чивает его энергию. Электрон за один оборот получает энергию, равную произведению его заряда на э. д. с. индукции во вторич­ ном витке обмотки. В процессе движения электрон накапливает

Рис. 17.2 Схема бетатрона (се) и вертикальный разрез его внутренней части (б):

/ — катод: 2 — сетка; 3 — анод; 4 — мишень.

тем большую энергию, чем больше он совершает оборотов. Для создания удобной и дешевой конструкции магнита необходимо, чтобы частица двигалась по примерно постоянной орбите. Это условие стабильности орбиты электрона выполняется, если в каждый момент времени напряженность магнитного поля на ор­ бите будет в два раза меньше средней напряженности магнитно­ го поля на всей площади, охватываемой этой орбитой. На прак­ тике это достигается с помощью особой формы полюсных нако­ нечников магнита (рис. 17.2, б), создающих в центральной части ускоряющее поле, более чем в два раза превосходящее поле на орбите электронов.

Камера, в которой ускоряются электроны, изготовляется из фарфора, плексигласа или стекла. В процессе работы бетатрона в его камере должен поддерживаться вакуум до ~ 10_6 мм рт. ст. Электроны в камеру поступают от инжектора, располагающегося внутри камеры. Питание электромагнита осуществляется пере­ менным током с частотой в пределах 50—800 Герц.

С помощью современных бетатронов можно получать средние токи электронов до 0,01—0,1 мкА и энергией до 30 МэВ (отдель­ ные машины создавались даже с энергией до 300 МэВ).

Л. М. Ананьев и др. (г. Томск) создали переносные малогаба­ ритные бетатроны типа ПМБ, позволяющие ускорить электроны до 3 МэВ со средним током 0,06 мкА (ПМБ-3), 5 МэВ со средним

128

показана на рис. 17.3. На схеме изображены три основных эле­ мента: электромагнит, камера и резонатор. Ускорение электро­ нов происходит с помощью резонатора в камере, расположенной между полюсами электромагнита с постоянным полем. Электро­ ны в камеру микротрона подаются от специального источника — инжектора, расположенного в резонаторе. Введенные в камеру электроны под действием магнитного поля описывают в ней окружности и, ускоряясь, за счет высокочастотного поля резона­

и частотой обращения электронов.

Электроны в камере движутся со скоростями, близкими к ско­ рости света, и при каждом обороте увеличивают обычно свою энергию на величину, кратную их энергии покоя (0,51 МэВ). Та­ ким образом, конечная энергия электронов в микротроне опреде­ ляется числом орбит (т) и выражается формулой

Е К0В= т к Е ,

где АЕ — приращение энергии электрона за один оборот.

С помощью микротронов можно ускорять электроны до энер­ гий порядка 50—100 МэВ. Однако наиболее рационально их ис­ пользовать для ускорения электронов до энергии порядка 10 МэВ. Средние токи в таких ускорителях можно получать примерно до 50 мкА, т. е. в 50—500 раз более высокие, чем в бетатроне.

На принципе работы микротрона в настоящее время разраба­ тываются малогабаритные установки для геофизических исследо­ ваний (ИГиГ СО АН СССР).

Для получения мощных потоков тормозного рентгеновского излучения используются также линейные ускорители, в качестве высоковольтных генераторов в которых используются установки Ван-де-Гаафа, Кокрофта — Уолтона и резонансные электронные установки с волноводами.

Мощные пучки жестких гамма-лучей, получаемых во всех рас­ смотренных установках, используются для фотонейтронного ана­ лиза проб, основанного на регистрации нейтронов, возникающих в реакции (у, /г), и гамма-активационного анализа проб по наве­ денной активности изотопов, возникающих в реакциях (у, у'),

(Т. п)> (?> Р) и ДР-

С помощью фотонейтронного анализа выгодно определять со­ держание в пробах шести элементов с порогом чувствительности от 5 -10_6 до 0,01%.

Реакция фотовозбуждения ядер (у, у') используется для ана­ лиза элементов с атомными номерами2>34,т.е. при этом можно исключать влияние главных породообразующих элементов на ре­ зультаты анализа. В настоящее время рассматриваемая реакция используется для анализа элементов, начиная от селена и кончая ртутью (см. рис. 1.1), с порогом чувствительности от десятых до стотысячных долей процента в зависимости от энергии и тока

129