СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ХРАНЕНИЯ НЕЙТРОНОВ В СОСУДАХ Российский патент 2004 года по МПК G01T1/30 

Предлагаемое изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано при анализе свойств поверхности сосудов с помощью ультрахолодных нейтронов или взаимодействия нейтронов с неоднородными магнитными полями, а также при других исследованиях, использующих нейтроны в сосудах.

Известен способ определения времени хранения ультрахолодных нейтронов в сосудах с вещественными стенками, который содержит следующие операции: сосуд наполняют нейтронами, закрывают, хранят ультрахолодные нейтроны в закрытом сосуде в течение некоторого времени выдержки, затем сосуд открывают и детектором сосчитывают число оставшихся нейтронов. Далее строят зависимость количества нейтронов в сосуде от времени хранения, по которой определяют характерное для сосуда время уменьшения количества нейтронов в е раз, называемое временем хранения нейтронов в сосуде [1].

Известен также способ определения времени хранения нейтронов в магнитном сосуде с затвором, включающий напуск нейтронов в сосуд при открытом затворе, удержание нейтронов в сосуде при закрытом затворе и регистрацию количества нейтронов в сосуде после открытия затвора в зависимости от времени удержания с суммированием отсчетов детектора за равные частные интервалы считывания, сумма которых составляет полный интервал регистрации, и определение времени уменьшения количества нейтронов в е раз по измеренной зависимости количества нейтронов от времени удержания [2].

Недостатком указанных решений является априорное принятие экспоненциального закона хранения и вытекания нейтронов в период регистрации после открытия затвора в сосуде или магнитном накопителе. Из качественных соображений ясно, что при сложной форме сосуда, затрудняющей процесс выхода нейтронов, экспоненциальный закон может выполняться лишь в среднем, при большом количестве нейтронов, когда все отклонения от экспоненты усредняются в процессе вытекания. Когда количества оставшихся в сосуде нейтронов достаточно малы, возможны отклонения от экспоненты, вызванные неоднородностью заполнения сосуда нейтронами. Поэтому указанные методы для общего случая необходимо дополнить средством контроля экспоненциального закона хранения нейтронов и точности его реализации в процессе вытекания нейтронов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения времени хранения нейтронов в сосуде и расширение функционального диапазона способа.

Данная цель достигается тем, что измерение времени хранения выполняется парами чередующихся циклов с отличающимися временами удержания Т_j, j=1,2, в которых:

- регистрация нейтронов выполняется с суммированием и записью сумм отсчетов детектора за равные частные интервалы регистрации Δt_i, причем частные интервалы и их количества в циклах с разными временами удержания равны,

- определение времени хранения нейтронов τ проводится в паре циклов по формуле из зависимости N_2k=f(N_lk), где - среднее значение накопленного счета в j-том цикле, равное средней сумме отсчетов детектора в частных интервалах регистрации с 1-го по k-й, с определением тангенса β наклона линейного графика указанной зависимости,

- определение окончательного результата для времени хранения проводится усреднением значений для всех пар циклов.

Причинно-следственная связь цели изобретения с введенными признаками изобретения

Повышение точности достигается за счет того, что при спаренных циклах количества нейтронов, наполняющих ловушку в чередующихся циклах пары, равны, поскольку процессы дрейфа мощности источника нейтронов, например реактора, или эффективности детектора весьма медленные. Регистрация нейтронов с суммированием и записью сумм отсчетов детектора за равные частные интервалы регистрации Δt_i в циклах с разными временами удержания позволяют сопоставить накопленные счета N_2k=f(N_lk). Определение коэффициента корреляции между этими величинами проводится после определения совокупности точек, лежащих на одной прямой, проходящей через ноль. Учет корреляции между N_2k и N_lk заметно повышает точность определения времени хранения по формуле . При определении времени хранения из сопоставления накопленных счетов в парных циклах более отчетливо проявляется зависимость вытекания от времени и становится возможным отбор точек, соответствующих экспоненциальному закону, что позволяет расширить диапазон применимости способа. Кроме того, разделение всей совокупности точек на ветви дает возможность более точного определения времени хранения на каждой из этих ветвей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1. показаны зависимости накопленных счетов от времени счета при вытекании нейтронов после выдержки в течение 600 и 400 секунд в реальном эксперименте с магнитной ловушкой [3], а на фиг.2 - график соответствия накопленных счетов после указанных интервалов выдержки. На этом графике каждая точка соответствует определенному количеству частных интервалов суммирования счета, например, точка 4 соответствует сумме счетов за 4 интервала по 5 секунд, точка 10 - сумме счетов за 10 интервалов по 5 секунд. Результаты являются средними значениями по 290 измерениям.

Способ реализуют следующим образом. В магнитном или материальном накопителе с затвором накапливают нейтроны и удерживают в течение определенного времени. Циклы хранения с разными временами удержания, например 400 и 600 с, объединяют в пары. Парные циклы удержания повторяют подряд необходимое число раз для получения нужной точности, чередуя циклы в паре;

- регистрация нейтронов после открытия затвора выполняется с суммированием и записью сумм отсчетов детектора за равные частные интервалы регистрации Δt_i, причем частные интервалы и их количества в циклах с разными временами удержания равны, например, 5 с;

- определение времени хранения нейтронов τ проводится в паре циклов по формуле из зависимости N_2k=f(N_lk), где - среднее значение накопленного счета в j-том цикле, равное средней сумме отсчетов детектора в частных интервалах регистрации с 1-го по k-й; с определением тангенса tgβ наклона линейного графика указанной зависимости;

- определение окончательного результата для времени хранения проводится усреднением значений для всех пар циклов.

В качестве примера реализации приведены результаты сравнения вытекания нейтронов после удержания. Как видно на фиг.1, во всей области только две точки на оси времени соответствуют платообразным участкам: точка 15 с и точка 50 с. На графике соответствия накопленных счетов (фиг.2) этим точкам соответствуют две разные прямые, проходящие через 0. Нижняя линия проходит через точки 1, 2, 3, 11, а верхняя - через точки 5, 6, 7, 10. Соответственно нижняя линия имеет тангенс наклона tgβ₁=0,724±0,007, а верхняя - tgβ₂=0,81±0,01. Таким образом, при вытекании проявляются два значимо различных времени хранения: 620±20 с и 955±56 с. Это означает, что в вытекании нейтронов наблюдаются колебания стока нейтронов, поэтому интегральный счет также колеблется между двумя прямыми. Второе из указанных значений времени хранения 955±56 с соответствует по величине времени жизни свободного нейтрона. Сопоставляя полученное значение с другими, определенными известными способами, например анализом кривой удержания, можно в случае их совместимости усреднить все полученные значения и повысить точность результата.

Экономическая эффективность использования изобретения проявляется в сокращении сроков набора статистики и экономии ресурсов на проведение экспериментов. К таким ресурсам относятся не только стоимость электроэнергии и плата за использование канала реактора, но и стоимость более дорогих компонентов, например жидкого гелия, что составляет обычно наиболее существенную часть стоимости эксперимента. Кроме того, применение способа повышает достоверность получаемых результатов.

Литература

1. В.К.Игнатович. Физика ультрахолодных нейтронов. - М.: Наука, 1986, с.117-118.

2. Ю.Г.Абов, С.П.Боровлев, В.В.Васильев и др. Измерение времени хранения ультрахолодных нейтронов в магнитной ловушке. - Ядерная физика, т.38, вып.1(7), с.122-128, 1983.

3. Ю.Г.Абов, В.В.Васильев, В.В.Владимирский и др. Длительное хранение нейтронов в неоднородном магнитном поле. - Письма в ЖЭТФ, т.44, вып.8, с.369-371, 1986.

Использование: в области экспериментальной физики. Сущность: в способе регистрируют количество нейтронов в сосуде после открытия затвора в зависимости от времени удержания за равные частные интервалы регистрации Δt_i, сумма которых равна полному интервалу регистрации, причем частные интервалы и их количества в разных циклах равны, определяют время хранения нейтронов τ по формуле из зависимости N_2k=f(N_lk), где - накопленный счет в j-м цикле, равный сумме отсчетов детектора в частных интервалах регистрации с l-го по k-й, определение окончательного результата для времени хранения проводится усреднением значений для пар циклов. Технический результат - повышение точности определения времени хранения нейтронов в сосуде и расширение функционального диапазона способа. 2 ил.

Способ определения времени хранения нейтронов в сосудах с затвором, включающий напуск нейтронов в сосуд при открытом затворе, удержание нейтронов в сосуде при закрытом затворе и регистрацию количества нейтронов в сосуде после открытия затвора в зависимости от времени удержания, определение времени уменьшения количества нейтронов в е-раз по измеренной зависимости, отличающийся тем, что измерение выполняется парами чередующихся циклов с отличающимися временами удержания T_j, j=l,2, регистрация нейтронов выполняется с суммированием и записью сумм отсчетов детектора за равные частные интервалы регистрации Δt_i, сумма которых равна полному интервалу регистрации, причем частные интервалы и их количества в разных циклах равны, определение времени хранения нейтронов τ проводится по формуле

из зависимости

N_2k=f(N_lk),

где -накопленный счет в j-м цикле, равный сумме отсчетов детектора в частных интервалах регистрации с l-го по k-й;

с определением коэффициента корреляции между совокупностями накопленных счетов каждой пары и тангенса tgβ наклона линейного графика указанной зависимости, определение окончательного результата для времени хранения проводится усреднением значений для пар циклов.