3. Камеры деления

Камеры деления – ионизационная камера, электроды которой покрыты тонким слоем вещества, которое может делиться под воздействием нейтронов. Для регистрации нейтронов используется деление тяжёлых ядер. При делении образуется два осколка, Суммарной энергией от 150 до 170 МэВ. Данные осколки попадают в ИК, производят ионизацию, => возникает импульс тока. При этом число импульсов ~ плотности потока нейтронов. Измерив ток, можно получить величину плотности потока нейтронов. Реакции деления идут под действием нейтронов любых энергий => энергия деления практически не зависит от энергии нейтронов. => при помощи камер деления нельзя определять энергию нейтронов.

Импульс тока от осколков деления >> продуктов реакции с B, Li, He => их легко регистрировать, не нужны мощные усилители, упрощается схема регистрации

Кроме осколков деления, ионизацию могут вызвать γ и α-распады (шумовые импульсы). Но импульс от осколков деления >> γ и α, поэтому, используя дискриминатор, можно почти полностью избавиться от фона, создаваемого γ и α.

Дискриминатор – обрезает все импульсы ниже какого-то значения. Камеры деления почти бесфоновые.

Эффективность регистрации камеры деления определяется так же, как и эффективность регистрации счётчика, покрытого бором. Если слой вещества очень тонкий, то , где х – толщина слоя, σ – сечение, n – концентрация. Если слой вещества «толстый» (больше, чем пробег заряженных частиц в нём), то , R – средний пробег частиц в веществе.

……………. – первой строчки на скане не видно

Сечение деления тепловыми нейтронами для естественного U: σ => ε , << эффективности регистрации борного счётчика.

Для электродов используют обогащённый уран для увеличения эффективности регистрации. Иногда монтируют несколько электродов с делящимся веществом. Но много U – плохо, поскольку возможны наложения импульсов от фоновых α. Большой слой тоже нельзя, так как начинается самопоглощение продуктов деления.

К.д. разделяют по чувствительности:

• высокочувствительные, измерение потоков нейтронов от 1 до 10⁵ см^-1с^-1

• среднечувствительные, от 10⁵ до 10¹⁰ см^-1с^-1

• низкочувствительные от 10¹⁰ до 10¹³ см^-1с^-1

Работают в импульсном и токовом режимах

Токовый режим: измеряют средний ток (в этом режиме работают камеры низкой чувствительности)

Для регистрации тепловых нейтронов используют камеры с напылением ²³⁵U (0,7% от ²³⁸U). Для регистрации быстрых нейтронов (E_n > 25 МэВ) камеру покрывают слоем Bi, который делится от таких нейтронов. Можно использовать камеры с ещё большим порогом деления (Pb, Tl, Pt) для того чтобы оценить границу энергетического спектра нейтронов.

4. Активационный метод

– используются ядерные реакции, в результате которых образуются радиоактивные ядра, затем измеряют активность облучённого детектора (то вещество, которое облучается нейтронами).

Число взаимодействий в единицу времени на одно ядро: – поток нейтронов с энергией Е, – сечение взаимодействия нейтронов с ядрами. Это активационный интеграл. Если знать , можно решить интегральное уравнение. При этом, сам активационный интеграл q должен быть определён. Тогда можно определить . Если известно , тогда:

Итак, рассмотрим детектор, прозрачный для нейтронов, т.е. поток нейтронов не ослабляется, проходя через детектор. Это выполняется, если Σd << 1, где Σ – сечение взаимодействия нейтронов, d –толщина детектора. Или, другими словами, число взаимодействий нейтронов с ядрами << числа ядер детектора.

Уравнение, описывающее зависимость числа радиоактивных ядер от t:

N – число радиоактивных ядер, образующихся при взаимодействии ядер с детектором q – число взаимодействий за секунду/ скорость реакции/ активационный интеграл λN – число распадов ядер за единицу времени λ – постоянная распада

– уравнение радиоактивного распада, когда ядра уже не образуются.

Н.у. N(0) = 0, т.е. до начала облучения не было радиоактивных ядер.

С учётом н.у.

пока детектор облучается нейтронами. Тогда активность детектора, который в течение времени t облучается пучком нейтронов: . Если время облучения t₀, то к моменту окончания облучения:

Если нельзя пренебречь поглощением нейтронов в детекторе, то необходимо ввести поправочный множитель. Если взаимодействий нет и детектор – тонкий: (или число взаимодействий). Если детектор не тонкий, то число взаимодействий:

– число нейтронов, дошедших до глубины x, d – толщина мишени. Отсюда вводится поправочный множитель как отношение тонкого и плоского детектора.

Если << 1, то K_d = 1 – детектор плоский (тонкий). С ростом K_d будет расти

	0,1	0,2	0,5	1	2	5
Kd	1,053	1,105	1,272	1,582	2,312	5,040

С учётом самопоглощения источника, его

Если ввести выдержку, т.е. время с момента окончания облучения до начала измерения, то на момент начала измерения:

Измерив активность облучённого детектора, зная t₀ и n₀ (число ядер), можно оценить величину активационного интеграла. А, зная активационный интеграл и сечение взаимодействия нейтрона с ядром, можно оценить поток нейтронов.

Используя активационный метод, можно определить не только φ, но и флюенс нейтронов (поток, проинтегрированный по времени). Например, если детектор облучался нейтронами короткое время, то его активность

Дальнейшие действия связаны с необходимостью измерения активности облучённого детектора.

Измерение активности облучённого детектора:

Детектор – это вещество, которое в нейтронном поле становится радиоактивным. Бывают:

• Дисковые (таблетки)

• Цилиндрические (проволоки)

Их активность измеряется через потоки электронов и/или γ.

а. Измерение потока электронов

Преимущества: простота установки, высокая чувствительность. Измеряется скорость счёта электронов. По скорости счёта определяют активность детектора на момент окончания облучения нейтронами.

где количество электронов, излучаемых образцом на момент облучения, - коэффициент поглощения электронов, – множитель, учитывающий самопоглощение в детекторе.

Недостаток: измеряются все электроны, испускаемые детектором, невозможно отделить фон (электроны, которые испускаются примесями материала детектора)

б. Спектрометрические измерения фотонов.

Метод более сложный, но позволяет отделять сигнал от фона, в отличии от электронов. Проводится на сцинтилляционных или полупроводниковых γ-спектрометрах. Измеряется число импульсов, попавших в пик полного поглощения (фотопик). Этот пик создаётся только теми γ, которые испускает интересующее нас ядро, поэтому уменьшается фон.

N_γΔt – число импульсов, попавших в п.п.п. за Δt (оно необходимо для измерений).

где - квантовый выход γ данной энергии, – эффективность регистрации γ данной энергии, учитывает изменение вследствие распада за время измерении, учитывает самопоглощение в детекторе, – множитель, переводящий в активность к моменту завершения времени измерения; с плюсом, т.к. поправка на распад за время выдержки