Глава 16. Принципы регистрации нейтронных совпадений

471

16.4ТРИ ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ СОВПАДЕНИЙ

16.4.1 Схема с переменным мертвым временем

Схема с переменным мертвым временем или VDC была разработана в Европе для анализа плутониевых отходов [6-8]. Эта схема является простой (рис. 16.6), но требует сложной процедуры анализа. Схема с переменным мертвым временем содержит короткие ворота, а также длинные ворота. Обычно ширина коротких ворот составляет 4 мкс и они служат для регистрации большинства событий деления и случайных событий. Длинные ворота обычно имеют ширину от 32 до 128 мкс и они не регистрируют большинство событий деления, но регистрируют большинство случайных событий. И те, и другие ворота являются воротами, которые не продлевают мертвое время, поэтому, используя уравнение (16.6), для приблизительного расчета чистой скорости совпадений R можно получить следующее выражение пропорциональности:

R	S1	−	S2	,	(16.8)
	1− S1G1		1− S2G2

ãäå S1 — скорость счета в пересчетном устройстве, соединенном с короткими воротами, ширина которых равна G1;

S2 — скорость счета в пересчетном устройстве, соединенном с длинными воротами, ширина которых равна G2.

Выражение (16.8) можно использовать только до скоростей счета порядка нескольких килогерц или менее, поскольку это выражение не разрешает интерференции между событиями деления и случайными событиями, более сложные выражения приведены в работах [9] и [10]. Когда вынужденные деления в образце приводят к образованию более длинных цепочек деления, возникают дополнительные трудности [11, 12]. По этой причине схема с переменным мертвым временем не может использоваться для анализа больших образцов со значимым эффектом умножения.

Ðèñ. 16.6. Схема с переменным мертвым временем

16.4.2Схемаодновибратораспродлеваемыммертвымвременем

Схема одновибратора с продлеваемым мертвым временем [10] показана на рис. 16.7. Первая половина этой схемы генерирует сигнал мгновенных совпаде-

472	Н. Энсслин

ний между воротами шириной G и коротким триггером. Эти совпадения состоят из действительных R и случайных A совпадений. Для того, чтобы произвести поправку на случайные совпадения, необходимо добавить длительную задержку, а затем измерить совпадения между вторыми задержанными воротами ширины G и коротким исходным запускающим импульсом. Если значение длительной задержки намного превышает время затухания τ в детекторе, то вторая цепь совпадения будет измерять только случайные события А. Тогда отклик чистых совпадений R определяется как разность между показаниями двух пересчетных устройств. Рис. 16.3 поясняет этот процесс.

Ðèñ. 16.7. Схема совпадений с продлеваемым мертвым временем на двух одновибраторах равной длительности

На рис. 16.3 также показано, что на действительные результаты измерений, которые подчиняются распределению Росси-альфа, накладывается несколько ограничений: а) наложение импульсов и мертвое время электроники будут искажать распределение вблизи t = 0, поэтому следует начинать анализ после некоторого времени P, называемого предварительной задержкой; б) из-за того, что распределение действительных событий распространяется за пределы временного интервала ворот G, некоторые действительные совпадения будут потеряны воротами без задержки; в) в принципе, некоторые действительные совпадения могут появиться и в воротах с задержкой, если величина задержки D недостаточна. Принимая во внимание эти ограничения, отклик действительных совпадений цепи одновибратора с продлеваемым мертвым временем рассчитывается с помощью следующей формулы:

R =	(R- A)пересч.усTð. −(À)пересч. усTð.	eGT .	(16.9)
	e- P/t (1−e- G /t )[1−e- (D+G )/t ]

Экспонента в числителе определяется выражением (16.7) и является поправкой на потерю счетных импульсов в течение ворот G с продлеваемой шириной. Такая большая поправка ограничивает полезность этой схемы для скоростей сче- та 20-30 кГц и ниже. Были также построены схемы одновибратора с непродлеваемым мертвым временем [13, 14], но их применение также ограничивалось низкими скоростями счета.

Глава 16. Принципы регистрации нейтронных совпадений

473

16.4.3 Логика уменьшенной дисперсии

Одна интересная схема анализа нейтронных совпадений берет свое начало из области анализа шумов реактора, который проводится с целью изучения флуктуации скорости счета систем, регистрирующих нейтроны. Используя эти флуктуации, можно вычислить моменты распределения скоростей счета нейтронов (дисперсионный метод Фейнмана [14]). Схема логики уменьшенной дисперсии RVL использует этот метод для анализа ядерных материалов [15 и 1 6].

Cхема RVL накапливает полное число нейтронов С за короткий временной интервал, изменяющийся от 100 до 2000 мкс в зависимости от задачи. Это измерение повторяется в течение большого числа временных интервалов, пока не будет достигнуто приемлемое время анализа, которое может составляòü îò 100 äî 1000 с. По результатам этих измерений схема вычисляет первый — C и второй —

C 2 моменты распределениÿ èмпульсов. Отношение дисперсии к среднему значе- нию дается выражением (C 2 −C 2 )/ C. Для случайных отсчетов, для которых

справедливо распределение Пуассона, это отношение равно единице.

Если имеются коррелированные во времени события, то значение параметра Y, которое определяется с помощью следующего уравнения:

			−			2
	C2
Y =					C		−1 ,	(16.10)
		C

будет отлично от нуля. Этот параметр зависит от эффекта размножения в образце и не зависит от скорости спонтанного деления в нем. Другая комбинация моментов пропорциональна массе образца:

	Q =		−		2 −		.
		C2						(16.11)
				C		C

Величина Q не зависит от случайного некоррелированного фона и пропорциональна только скорости счета действительных совпадени й R.

Схема RVL генерирует параметры Q и Y для каждого анализируемого образца. Для небольшого образца без размножения массу 240Puýôô можно найти непосредственно из Q. Для образцов со значимым эффектом саморазмножения значе- ние массы 240Puýôô получается с помощью графика нелинейной зависимости вели- чины Y от Q/240Puýôô . График получают с помощью стандартного образца известной массы. Поправка к уравнению (16.11) на мертвое время электроники для высоких скоростей счета дана в [17].

В обычной практике схема RVL использовалась для анализа образцов с высоким размножением [18]. Для фиксированных заводских задач может быть добавлена система компьютерного анализа для получения высших моментов С и определения распределения временных интервалов между отдельными импульсами. В принципе, схема RVL использует то же самое распределение импульсов и обеспечивает ту же самую аналитическую информацию, что и схема сдвигового регистра, которая будет описана в следующем разделе. На практике схема RVL на данном уровне развития требует более сложных алгоритмов интерпретации данных и имеет ограничения по скорости счета.