Спектрометр фотонейтронов Советский патент 1991 года по МПК H01J49/44 

Э5

Изобретение относится к области физики и техники физического эксперимента и решает задйчу увеличения раз решения по знергии нейтронов при исследовании фотонейтронных реакций вблизи порога. Цель изобретения - од.новременное увеличение чувствительности и уменьшение тепловой йагрузки на тормозной мишени. Устройство содержит импульсный источник быстрых.электронов 1 (ускоритель), цилиндрическую линзу 2, формирующую линейный фокус в объеме образца 5, ра звертывающее устройство 3, которое развертывает сфокусированный электронный пучок по тормозной мишени 4. в направлении, перпендикулярном линейному фокусу, образец 5, который устанорлен за тормозной мишенью 4 без зазора, нейтроне-- . вод 6, коллиматор 7, детектор 8 не йт- ронов, защиту 9 детектора и временной анализатор 10, соединённый с детектором 8 нейтронов. Во. время прохождения импульса тока пучка развертьгаающес устройство развертьшает сфокусированный пучок по тормозной мишени со скоростью движения нейтронов исследуемой . области энергий в направлении к детек-. тору нейтронов. При этом каждая точка образца, находящаяся в конусе пучка тормозного излзгчения, генерирует нейтроны из реакции в течение времени, равного произведению длительност ти импульса тока пучка на отношение размера нейтронного пятна к длине развертки, а нейтроны заданной энергии, испущенные всеми точками образца, придут на детектор нейтронов одновременно при дпительности импульса иейтронов на детекторе, равной времени свечения точки образца. 0т- {верстие в образце 5 и тормозной ми- |шени 4 позволяет нзбежать их тепловой перегрузки в начале цикла развертки или при выходе развертки из строя. У1

Изобретение относится к области физики и техники физического эксперимента и может применяться для исследования фотоядерных реакций, в частности измерения параметров нейтронных резо-; нансов нейтрондефицитных и рад11Оактивных ядер.

Цель изобретения - одновременное увеличение чувствительности и уменьше. ние тепловой нагрузки на тормозной

1 мишени. .

- -- . .

На фнг.I и 2 показано устройство спектрометра, где I - импульсный источник электронов; 2 - электронная цилиндрическая линза} 3 - развертыва- кмцее устройство; 4 - тормозная мишень; 5 - образец; 6 - нейтроновод; 7 - коллиматор; 8 - детектор нейтронов; 9 - защита детектора; 10 - временной анализатор.

На выходе пучка импульсиогг источника электронов 1 установлена цилин- - дрическая, например квадрупольная, линза 2, создающая линейный фокус пучка в месте расположения образца 5. На выходе цилиндрической линзы 2 установлено развертывающее устройство 3,)Q осуществляющее развертку пучка по тормозной мишени А по направлению к детектору нейтронов 8 во время прохождения импульса тока. Тормозная мишень 4 выполнена удпиненной в направ- jc Ленин развертки пучка. Непосредственно за тормозной мишенью установлен исследуемый образен, 5. В образце 5 и тормозной мишени А имеется отверстие на оси электронного пучка. Расстояние jn между тормозной мишенью 4 и образцом 5 сделано минимальным с тем, что- бы уменьшить эффект расходимости пучка тормозного излучения, гейери- руемого в тормозной мишени быстрыми 25 электронами, и соответственно уменьшить размер нейтронного пятна в образце 5. Охлаждающая система тормозной MiraeHH и образца вьтолнена так, чтобы водородосодержащие части Рыли .вынесены из зоны тормозного пучка и не про- сматривались детектором йейтронов 8.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндрическая линза 2 фокусирует пучок электронов из ускорителя I в i

.виде линейного фокуса. Развертывающее устройство 3, синхронизованное током пучка, развертывает линейно сфокуси-- рованный пучок перпендикулярно оси линейного фокуса вдоль удпиненной тормозной мишени 4 в направлении к детектору нейтронов 8. Тормозные y-лytiи, генерируемые тормозной ми-. .Шенью, испускаются в направлении движения,электронов внутри узкого конуса

с углом при вращении («/ ЕО/Ее, где ВО - энергия покоя электрона ЕО 0,511 МэВ, а Ее - энергия электронов в пучке. Поскольку геометрический фо- ... кус электронного пучка находится за тормозной мш1енью в теле образца 5, происходит фокусировка тормозного излуче1тя в образце, что дополнительно уменьшает размер нейтронного пятна. В участке образца, облучаемом -f-ny- чамн, происходит фотоядерная реакция с испусканием нейтронов, которые испускаются во все, стороны. Отметим,

что каждая точка образца испускает нейтроны только в течение времени облучения J -лучами, равного произведению отношения размера нейтронного пятна d к дпине развертки 1 на длительность импульса тока - f

-а - т 1

Z5t г-,-- (,)

Поэтому все нейтроны,вылетевшие в направлении движения нейтронного пятна и движущиеся со скоростью развертки, придут к концу.развертки одновременно в виде короткого импульса с ДJ7И- тельностью, равной длительности свечения каждой точки образца. Далее образовавшийся сгусток нейтронов перемещается вдоль нейтроновода 6 к детектору 8 и регистрируется. Измеряя время пролета нейтронов от конца образца до детектора при помощи временного анализатора 10, определяем энергию нейтронов по известной формуле.

. E,.(Z2.3:b, .

где энергия нейтронов, эВ; L - длина пролетной базы.м; t - время пролета, МКС. Нейтроны, возникающие вслествие фотоядерной реакции на конструкционных материалах тормозной мишени либо рассеянные на них, экранируются коллиматором 7. Защита детектора 9 служит для поглощения нейтроиов, за- . медлившихся и термализовавшихся в помещении.

Отверстие в тормозной мишени 4 и .образце 5 служит дпя того, чтобы избежать их прожега в начале развертки и при выходе развертки из строя. На-, пример, в случае исследовании реак- «ии (J .n) вблизи порога для большинства ядер энергия электронов составляет 5-10 МэВ. Принимая расстояние от точки образования тормозного излучения до точки поглощения его ядром образца 1 см получаем, что размер нейтронного пятна в направлении развертки пучка составляет 0,05-0,1 см. Длина развертки электронного пучка с типичной длительностью 1 мкс дпя нейтронов с энергией 10 КэВ составляет 138 см. Таким образом, сокращение эффективной .длительности импу.пьса нейтронов на детекторе и соответствующее увели чение разрешения по энергии нейтронов прейьш1ает 1380 раз. Столь заметный вы- игрьшз в сокращении эффективной длительности нейтронного импульса обусловлен значительно меньшими размерами нейтронного пятна в случае исследования фотонейтронных реакций.

Ф

о р м у л а и 3 о б р е т е н н я

Спектрометр фотонейтронов, состоящий из импульсного источника элекронов и последовательно расположенных вдоль оси электронного пучка тормозной мишени, а также по меньшей мере одного нейтроновода, ось которого пересекается с осью электронного пучка в точке размещения образця, отличающийся тем, что, с .целью одновременного увеличения чувФцг, 1

1398761

стпительности и уменьшения тепловой нагрузки на тормозной мигаени, тормозная мишень имеет отверстие на оси электронного пучка, оси нейтроново-- дон находятся в одной плоскости, а между импульсным источником электронов и тормозной мишенью дополнительно введены электронная цилиндри- 0 ческая линза и развертывающее устройство, причем плоскость фокусировки цилиндрической линзы, плоскость развертки развертывающего устройства и плоскость, в которой находятся оси 5 нейтроноводов, параллельны между.собой.

Фиг Л