16 Регистрация быстрых нейтронов методом

P Jη ,

(9)

где J ─ число падающих на единицу поверхности мишени частиц в секунду.

Зная скорость счета нейтронов N , можно найти абсолютный выход поверхностного источника нейтронов по формуле

	a 2					h			1
B 2N			1						*ε-1,	(10)
	r	2				h2 a 2
где a ─ радиус источника, r			─ радиус кристалла детектора, h ─ рас-

стояние от источника до кристалла (рис. 5). Выражение (10) справедливо при условии r / h 2 1.

a

источник

h

детектор r

Рис. 5. Взаимное расположение источника и детектора

Экспериментальная часть

Описание измерительной установки

Для регистрации быстрых нейтронов методом протонов отдачи применяется экспериментальная установка, состоящая из сцинтилляционного детектора, электронного блока для сопряжения детектора с ЭВМ, в котором осуществляется преобразование амплитуды электрических импульсов в код, и компьютера.

Для установки и контроля параметров спектрометра, управления экспериментом и выполнения первичной обработки данных используется программа «Спектр». Для обработки данных, полученных при выполнении лабораторной работы, предлагается использовать программное обеспечение пакета Mathcad.

11

В качестве сцинтиллятора используется органический водородосодержащий сцинтиллятор стильбен. Радиус кристалла r равен 2 см, расстояние от источника до кристалла равно 2 см, толщина кристалла d 4 см. Для оценки абсолютного выхода источника при регистрации нейтронов данным сцинтиллятором можно использовать формулу (10), где расстояние h отсчитывается от центра окружности источника до эффективного центра кристалла, т.е. h 4 см (см. рис. 6).

источник	a 3 см
h 4 см
кристалл	r 2 см
	a 3см

2

Рис. 6. Схема взаимного расположения источникаdet и кристалла

Описание источника

В качестве источника быстрых нейтронов используется Pu Be - источник типа “сэндвич”. Он собран в виде четырех поверхностей, к

одной стороне которых напылен слой			α-излучателя ( Pu ), а к другой
приклеена бериллиевая фольга (рис. 7). Радиус слоев a равен 3см.
	α				239Pu
9 Be

Рис. 7. Схема Pu Be источника.

Для расчета величины J такого источника можно воспользоваться следующим выражением:

1		3 A
J		i 1	i
				.	(11)
	2		Sист

12

Суммирование проводится по трем слоям Pu , которые соприкасаются с Be . Значения активности α-источников Ai приведены в таблице 2.

Таблица 2

Значения активности слоев Pu

№	Активность, Бк
1	3,9 106( 10%)
2	4,1 106( 10%)
3	4,0 106( 10%)
4	4,0 106( 10%)

Порядок проведения эксперимента

Задание 1. Проверить заземление всех блоков установки. Включить питание компьютера, а затем спектрометр. Войти в программу “Спектр” в раздел “Регистрация”. Зарегистрироваться. В оболочке программы войти в раздел “Спектр”. В разделе “Установка” задать следующие режимы работы спектрометра:

нижний порог дискриминации ДНУ=30;

верхний порог дискриминации ДВУ=1023;

коэффициент усиления К=1.6;

рабочее напряжение U=805,

Задание 2. Установить Pu Be -источник типа «сэндвич» на торце детектора. Измерить амплитудное распределение импульсов, обусловленное протонами отдачи и γ-фоном, задав время измерения 1 час. Сохранить спектр ( PG .dat).

Задание 3. Подготовить «сэндвич» для измерения фона γ-квантов, создаваемых источником (для этого расположить пластины так, чтобы слои Pu и Be не соприкасались друг с другом). Расположить «сэндвич» на торце детектора. Измерить спектр γ-излучения. Время набора спектра 1 час. Сохранить спектр ( G .dat). Выйти из программы Спектр.

Обработка результатов

Открыть Mathcad. Ввести в программу обработки файлы данных с полученными спектрами PG .dat (амплитудное распределение им-

13

пульсов, обусловленное протонами отдачи и γ-фоном) и G .dat (амплитудное распределение импульсов, создаваемое γ-фоном).

Задание 1. Определение скорости счета протонов отдачи.

Из спектра, обусловленного протонами отдачи и γ-квантами поканально вычесть спектр, создаваемый γ-фоном: Pj PG j G j . Полу-

чить полное число протонов отдачи, суммируя по каналам спектра P . Скорость счета протонов отдачи N p находится как отношение полно-

го числа протонов на время набора спектра в сек.

Задание 2. Вычисление эффективности детектора.

Эффективность регистрации быстрых нейтронов для Pu Be - источника можно оценить по формуле (5) для средней энергии спектра. Макроскопическое сечение для энергии 4.3 МэВ взять равным

0.0846 см 1 .

Задание 3. Определение основных характеристик Pu Be - источника.

3.1Оценить абсолютный выход источника B согласно выражению (10), где N N p .

3.2Вычислить мощность нейтронного источника P (см. (8)).

3.3Рассчитать по формуле (11), используя данные таблицы 2, число падающих на единицу поверхности бериллия α-частиц в секунду J . Зная мощность P и величину J , найти выход быстрых нейтронов η по формуле (9).

Задание 4. Вычисление среднего значения сечения реакции (α, n)

вбериллии.

4.1Используя формулу (7), рассчитать среднюю длину свободного пробега α-частицы в бериллии. Пробег α-частицы R с энергией 5

МэВ в бериллии плотностью 1.75 г/см 2 составляет 37 мкм.

4.2 Оценить среднее значение сечения σ реакции (α, n) , полагая, что плотность бериллиевой фольги составляет 1.75 г/см 2 . Сравнить полученное значение с геометрическим сечением ядра бериллия πRяд2 .

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принципиальное отличие способов регистрации нейтронного излучения от способов регистрации заряженных частиц?

14

2.Перечислите основные виды взаимодействий нейтронов с веществом. Какие из этих взаимодействий используются для детектирования быстрых нейтронов?

3.В чем состоит принцип действия камеры деления? Может ли

235 U использоваться в качестве делящегося нуклида для регистрации быстрых нейтронов с помощью реакции деления?

4.Опишите суть активационного метода.

5.Почему метод ядер отдачи пригоден для регистрации только быстрых нейтронов?

6.Что выступает в качестве конвертора и рабочего вещества в сцинтилляционном детекторе при регистрации нейтронов методом протонов отдачи?

7.В чем состоит преимущество методов регистрации быстрых нейтронов, основанных на предварительном замедлении нейтронов, перед “прямыми” методами детектирования?

8.Перечислите основные характеристики Pu Be -источника.

9.Можно ли использовать всеволновые счетчики для регистрации быстрых нейтронов Pu Be -источника?

10.Получите выражение для расчета абсолютного выхода точечного источника нейтронов, если регистрация излучения производится детектором, имеющим площадь входного окна Sдет и находящимся на

расстоянии h от источника. Рассмотреть случай, когда линейные размеры окна детектора пренебрежимо малы по сравнению с h .

11. Как связаны между собой число нейтронов, попавших в детектор в единицу времени, и скорость счета импульсов детектора?

Литература

1.Экспериментальные методы нейтронных исследований / Е. А. Крамер-Агеев [и др.]; под ред. Е. А. Крамер-Агеева. ─ M.: Атомиздат, 1990.

2.Ярицына, И. А. Нейтронные измерения / И. А. Ярицына. ─ M.: Атомиздат, 1973.

3.Бекурц, К. Нейтронная физика / К. Бекурц, К. Виртц. ─ M.: Атомиздат, 1968.

15

4. Абрамов, А. И. Основы экспериментальных методов в ядерной физике / А. И. Абрамов, Ю. А. Казанский, Е. С. Матусевич. ─ М.: Атомиздат, 1970.

16