Нейтронный спектрометр

Нейтронный спектрометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. HERTPOHHHtl СПЕКТРОМЕТРпо-времени пролета,содержащий импульсный источник быстрых нейтронов,• за-медлит.ель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство для регистрации нейтронов, отличающийс я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и максимального сохранения светосилы спектрометра, непосредственно после замедлителя установлен дополнительный . прерыватель медленных нейтронов, синхронизованный для выделения короткого по времени импульса нейтронов в пределах

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11),SU

3(51) G 01 Т 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 92656075/18-25 (22) 15.-08. 78 (46) 15. 09. 83. Бюл. 9 34 (72) В. A. Парфенов и А, И. Ступак (53) 621. 384. 82 (088. 8) (56) 1. Proo of Symposium in Vicuna, (1960) .

2. ikuhorty R. ctaP, Nucf

Suand, End 35, (1969), 45.

-3. Лифоров В. Г. и др. Двоичный спектрометр медленных нейтронов

ДИН-1..Препринт ФЭИ-129, 1968 (прототип), (54) (57) 1. НЕЙТРОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР по.времени пролета, содержащий импульсйый источник быстрых нейтронов,- замедлитель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство для регистрации нейтронов, о т л и ч а ю щ и A —с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и максимального сохранения светосилы спектрометра, непосредственно после замедлителя установлен дополнительный прерыватель медленных нейтронов, синхронизованный для выделения короткого по времени импульса нейтронов в пределах (1-10) 10 с.

-6

2. Спектррметр по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что дополнительный прерыватель медленных нейтронов установлен на расстоянии, в

20-100 раз меньшем пролетной базы. Е

713292

Изобретение относится к экспериментальной ядерно ) физике и может быть использовано в спектрометрии медленных нейтронон по методу времени пролета.

Изнестны спектрометры медленных нейтронов, использующие импульсные .источники быстрых нейтронов с последующим замедлением нейтронов в замедлителе, а также спектрометры, н которых в качестве источника нейтронов применяют реакторы постоянной мощности $1) .

Преимуществом спектрометров, использующих импульсные источники, является высокая мгновенная интенсивность нейтронов в импульсе, достигающая величины порядка 10 " нейтронов/с, что обеспечивает высокую светосилу этих спектрометров. Недостатком таких спектрометров янляется то, что при работе с медленными нейтронами (с энергией порядка

0,025 эВ и меньше) необходимо последующее замедление нейтронов в замедлителе, что приводит к значительному уширению импульса во времени (примерно до 100 мкс, а следовательно, к ухудшению разрешения установки.,Напротив, преимуществом спектрометров, использующих в качестне источников реактора постоянной мощности, является возможность получать короткие импульсы медленiных нейтронов (порядка 10 мкс) с помощью механических прерывателей, а недостаток их состоит н сравнительно малой мгновенной интенсивности нейтронон н импульсе (порядка 10

14

10 нейтронов/с, а следовательно, невысокой светосиле. При этом применяются только доли процента (от

0,1 до 0,5Ъ) полного потока нейтронов в пучке.

Импульсные реакторы, имеющие ту же среднюю мощность, что и реакторы постоянной мощности, по эффективности их использования н спектрометрах по нремени пролета оказываются, таким образом, в 1000 раз лучше.

Существуют дна пути для улучшения разрешения в спектрометрах по времени пролета: увеличение пролетной базы и сокращение длительности нейтронов импульса. Первый путь ведет к большой потере в светосиле установки, например улучшение разрешения в

10 раз приводит к потере в светосиле в 1000 раз.

Известен ряд исследований, посвященных сокращению длительности импульса медленных нейтронов путем отравления или охлаждения замедлителя (21 .

Используя гетерогенное отравление, удается сократить длительность ней,тронного импульса от нескольких со тен микросекунд до 80 мкс для энергий нейтронон порядка 0,01 эВ. Для более низких энергий (0,01 эВ) эффективность применения отравления замедлителя не исследоналась.

Используя отранление замедлителя, принципиально ненозможно получить длительность импульсов медленных нейтронов меньше длительности импульса быстрых нейтронов от импульсного источника. В режиме импуль10 сного быстрого реактора (в системах, подобных ИБР-1 или ИБР-2) длительность импульса быстрых нейтронов достигает неличины ъ90 мкс, а следовательно, путем отравления замед15 лителя в подобных системах нельзя получить длительность импульса медленных нейтронов меньше этой величины.

Наиболее близким к предлагаемому спектрометру RBJIReTcR нейтронный спектрометр по времени пролета, содержащий импульсный источник нейтронов, замедлитель, прерыватель нейтронов и устройство для регистрации нейтронов (3) .

Спектрометр включает импульсный источник быстрых нейтронов (реактор ИБР-1), замедлитель, первую проретную базу, на конце которой установлен сфазированный с ИБР механический прерыватель, -изучаемый образец, вторую пролетную базу, детектор и регистрирующую аппаратуру. Разрешение спектрометра по первой про летной базе равно 10 мкс/м, а по

35 второй — б мкс/м.

Э, B ряде экспериментальных исследонаний в области физики твердого тела, биологии и т.д. достигнутого разрешения установки уже недостаточ40 но и требуется значительное его улучшение.

Целью изобретения является понышение разрешающей способности и максимальное сохранение светосилы спектрометра.

Цель достигается тем, что в уст ройстве, содержащем импульсный источник быстрых нейтронов, замедлитель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство для регистрации нейтронов, непосредственно после замедлителя, на расстоянии в 20-100 раз меньшем пролетной базы, установлен дополнительный прерыватель медленных нейтронов, синхронизова ный для выделения короткого по времени импульса нейтронов в пределах (1-10) ° 10

На чертеже изображена схема предлагаемого нейтронного спектро60 метра.

Спектрометр содержит импульсный источник 1 быстрых нейтронов, замедлитель 2., дополнительный прерыватель .Гмедленных нейтронов, нейтроно65 вод 4, прерыватель 5 нейтронов, уст713292 ройство 6 для регистрации нейтронов.

На чертеже обозначает расстояние, на котором установлен прерыватель от замедлителя, à L - пролетную базу спектрометра.

Предлагаемый спектрометр работает следуюшим образом.

Импульсный источник создает быстрые нейтроны с высокой мгновенной интенсивностью. После замедления в замедлителе нейтронный импульс 10 уширяется во времени до 100 мкс для .нейтронов с энергией порядка 0,025 ЗВ.

Прерыватель 3 медленных нейтронов, установленный в непосредственной близости от замедлителя 2 íà рас- )5 стоянии 3, создает короткие, порядка 10 мкс, импульсы медленных нейтронов в те моменты времени, когда интенсивность нейтронов, выходящих иэ эамедлителя 2 и достигающих пре- 20 рывателя, становится максимальной.

Если прерыватель по каким-либо причинам не может быть установлен вплотную с замедлителем, то момент времени, когда щели прерывателя становятся открытыми, будет определяться расстоянием 0 и исследуемой областью нейтронов. Для этого в системе фаэировки прерывателя предусматривается возможность задавать величину фазы, которую можно изменять с некоторым шагом. Таким образом, с помощью сфазированного с импульсным источником нейтронов механического прерывателя происходит сокращение первоначальной длительности медленных35 нейтрОнов примерно в 10 раз.

Для сравнения известных спектроi метров и предлагаемого, рассмотрим несколько вариантов спектрометров и их сравнительные характеристики 4О

Ъ сведем в таблицу. Цля первых трех вариантов импульсный источник нейтронов (действующий источник) имеет одну и ту же мощность. 45

Пусть в первом варианте используется источник нейтронов с условной интенсивностью, равной единице, и длительностью нейтронного импульса Т 100 мкс. Если пролетная база спектрометра L равна 10 м, то приближено разрешение установки будет тн равно Н = — = 10 мкс/м. (.

Обозначим величину интенсивности на конце пролетной базы во временном интервале от 4 до Ь + a4 через

3g . Величина J характеризует све тосилу спектрометра.

Так, если на конце пролетной базы находится детектор нейтронов, то счет в канале временного анализатора пропорционален этой величине.

Примем условно, что величина Jg в первом варианте равна единице. Первая строка таблицы относится к этому варианту.

Пусть требуется улучшить разрешение спектрометра в 10 раз. Если не удается сократить длительность нейтронного импульса, то единственным способом улучшения разрешения спектрометра по времени пролета является выбор большей пролетной базы.

Пусть во втором варианте используется этот способ улучшения разрешения. Но известно, что для этого требуется увеличить пролетную базу в 10 раз, при этом светосила спектрометра уменьшится в 10 раэ. Вторая строка таблицы относится к этому варианту. Третья строка таблицы относится к предлагаемому спектрометру. В этом спектрометре в качестве прерывателя нейтронов применяют устройство, в котором ширина непрозрачного для нейтронов промежутка между щелями в 4 раза больше ширины щели и прерыватель обеспечивает получение импульсов нейтронов длительностью 10 мкс. Известйые конструкции прерывателей имеют примерно такие характеристики. В предлагаемом спектрометре длительность нейтронного импульса будет сокращена в

10 раз, при этом эффективная интенсивность источника уменьшится в

40 раз (в 4 раза за счет состояния между щелями и в 10 раз за счет уменьшения длительности импульса).

В этом варианте на пролетной базе 10 м достигается разрешение

1 мкс/м. Четвертая строка таблицы относится к спектрометру, использунхцему источник нейтронов в 25 раэ более мощный, чем действующий источник. В этом случае для получения разрешения 1 мкс/м необходима пролетная база 109 м.

При сравнении третьего и четвертого вариантов спектрометров видно, что они имеют одно и то же раэрешение и одинаковую светосилу.

Использование изобретения позволяет, таким образом, значительно улучшить разрешение известного спектрометра, при этом достигаются те же параметры, которые можно получить при использовании более моцного (в 25 раз),источника.

Применение изобретения на реакторе ИБР-2 дает возможность получить параметры спектрометра, которые мо-. гут быть достигнуты лишь на реакторе периодического действия мощностью не менее 10 мгВт. Однако повышение мощности известных реакторов, включая и реакторы непрерывного действия, невозможно, так как проблема стойкости материалов и отравления реактора не позволяет по- . строить такой реактор. Предлагаемый спектрометр позволяет в процессе

713292 исследований по физике твердого тела и материаловедению на атомно-молекулярном уровне получить. рекомендации по созданию материалов с предельными свойствами, что практически невозможно сделать другим путем.

Длительность нейтронного импульса, Т, мкс

Источник

1 Действующий

10 1 10

100

2,5 10

100

100

2 Действующий

2,5 10

10

2,5 10

100

100

4 Источник, мощность которого в

25 раз больше мощности действующего источника

Корректор Л Патай

Редактор 3.Бородкина Техред M.Ãåðãåëü

Заказ 8210/5 Тирам 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4

Вариант спектрометра

Действующий с дополнительным прерывателем, установленным на расстоянии 1

Эффективность интенсивности источника

Пролетная база) м.

Разрешение спектрометра Н к-„ мкс/м

Относительная интенсивность на конце пролетной базы 3g