Устройство для получения моноэнергетических нейтронов Советский патент 1991 года по МПК G21G4/02 

Фиг.1

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к устройствам для исследования свойств вещества, в частности свойств атомных ядер, хими- ческих соединений и т.д. при помощи нейтронов.

Цель изобретения - расширение диапазона энергий, в котором могут быть получены моноэнергетические нейтроны.

Существенные отличия предлагаемого устройства от известного:

монохроматор представляет собой пластину из вещества, содержащего изотоп, имеющий основной изолированный резонанс, чем обеспечивается преимущественное рассеяние монохро- матором нейтронов с энергией вблизи максимума резонанса;

макроскопическое сечение рассения нейтронов в максимуме резонанса должно быть существенно больше макроскопического потенциального рассеяния нейтронов ядрами всего вещества пла- сткны, чем обеспечивается величина отношения потока нейтронов с энергией вблизи разонанса к фоновому потоку нейтронов других энергий;

толщина пластины удовлетворяет то- му условию, что произведение величины сечения потенциального рассеяния вещества монохроматора на толщину пластины значительно меньше единицы, с тем, чтобы отношение потоков не уменьшалось за счет самоэкранировки резонанса.

1 Совокупность новых существенных признаков позволяет достичь поставленной цели - расширить диапазон энергий получаемых моноэнергетических нейтронов в области от единиц до сотен электровольт. Тем самым пред- лагаемое устройство позволяет получать высокоинтенсивные моноэнергети- ческие пучки в той области энергий, где используются времяпролетные методики. Это дает возможность использо- .вать в этой области энергий нейтронов интегральные измерения с моно- энергетическими нейтронами (например активационные).

Сущность изобретения заключается в следующем. Нейтроны источника, имеющие непрерывный спектр, при про- хождении через предлагаемый монохроматор будут рассеиваться ядрами его вещества. Причем, если выполняется условие , т.е. сечение рассея

о

Q 5 Q

5

ния в максимуме резонанса S& значительно больше сечения потенциального рассеяния Sp вещества монохроматора, то в основном будут рассеиваться нейтроны с энергией вблизи максимума резонанса изотопа, содержащегося в вео естве монохроматора,, Кроме того, необходимо, чтобы толщина d пластины монохроматора удовлетворяла условию . d«Sn Иначе возникающего самоэкранирования пластиной резонансных нейтронов число рассеянных моноэнергетических нейтронов может стать сравнимым с числом нейтронов непрерывного спектра. Имеющийся в устройстве коллиматор служит для отделения прямого нейтронного излучения источника от рассеянных нейтронов.

На фиг.1 изображен один из вариантов конкретного выполнения устройства; на фиг.2 - рассчитанный спектр нейтронов, вышедших за пределы коллиматора.

Источник (1) нейтронов окружен со всех сторон радиационной защитой, пронизанной сквозным коллиматором 2. Геометрическое расположение источника 1 и канала коллиматора 2.таково, что прямое излучение источника не может попасть на выход канала коллиматора. Монохроматор 3 расположен в канале коллиматора 2 в непосредственной близости от источника 1 нейтронов и представляет собой тонкую пластину, например из естественного воль- -. фрама.

В естественном вольфраме содержится 28,4% изотопа вольфрам-186, имеющего основной изолированный резонанс с энергией 18,84 эВ. Макроскопическое сечение рассеяния нейтронов в , максимуме р азонанса 5д 1, см , а потенциальное сечение рассеяния ,, всеми ядрами вольфрама Sp 0,4 см , т.е. Sp Sg. Изотопы вольфрама имгют несколько других резонапсов, но вклад их в рассеяние нейтронов незначителен. Для дальнейшего шения их вклада монохроматор можао изготовить из вольфрама, обогащенного изотопом вольфрам-186. Толщина пластины, выбранная из условия dSp«1} может быть порядка 10-20 мкм.

Устройство работает следующим образом.

Нейтроны от источника 1, имеющие непрерывный спектр., рассеиваются ядрами вольфрама-, входящими в состав

онохроматора. Причем нейтроны, имеюие энергию, близкую к максимуму реонанса, рассеиваются с вероятностью, близкой к 100%, имеющие другую энергию - с вероятностью, меньшей 0,1%. Конфигурация коллиматора такова, что нейтроны, испущенные источником 1 и не претерпевшие рассеяния в монохро- аторе 3, поглощаются в защите и не могут выйти на выход канала коллиматора 2. Следовательно, на выход канала коллиматора попадают, в основ- ном, только нейтроны, рассеянные в вольфрамовой пластине.

Энергетический спектр нейтронного источника при этом принимался в виде 1/Е. Энергию нейтронов можно менять, заменяя одну пластину на другую. Например, Sm - 152 имеет резонанс с энергией 8,03 эВ, La-139 - 72,2 эВ, Со-Ь9 - 132 эВ, Мп-55 - 337 эВ, и т.д.

В ряде случаев, когда имеется источник нейтронов, не имеющий сквозного канала, предлагаемое устройство может быть использовано в обратной конфигурации, т.е детектор нейтронов помещается на месте источника 1, а источник нейтронов - у входа канала коллиматора 3 (либо пучок исследовательского реактора пропускается через канал коллиматора 3).

Таким образом, по сравнению с известным предложенное устройство позволяет получать моноэнергетические нейтроны в диапазоне энергий от единиц электронвольт до сотен электрон- вольт. Причем интенсивность получав- мых моноэнергетических нейтронов определяется интенсивностью источника нейтронов в данном диапазоне энергий, шириной резонанса и толщиной пластины. Максимальный разброс по энергии

определяется, главным образом, шириной резонанса, По сравнению с известным устройством разброс по энергии в диапазоне от единиц до сотен электронвольт примерно на порядок меньше. Например, при использовании Sm-152 он составляет 2,5%, а при использовании кристаллического спектрометра

в этой же области - 18%. До сих пор в этой области энергий нейтронов применялся метод времени пролета, что в частности не позволяло эффективно исподьзовать в качестве источника

5 нейтронов мощные стационарные исследовательские реакторы, приводя к потере интенсивности при использовании прерывателей и не позволяя применять интегральные методики измере0 ния (например активационные).

Формула изобретения

Устройство для получения моноэнер- 5 гетических нейтронов, содержащее источник нейтронов непрерывного спектра, коллиматор с входным и выходным каналами и монохроматор, отличающееся тем, что, с целью Q расширения диапазона энергий получаемых нейтронов, источник нейтронов расположен вне прямой видимости выходного канала коллиматора, а монохроматор расположен на пересечении входного и выходного каналов коллиматора и выполнен из вещества, содержащего изотоп, имеющий изолированный резонанс с сечением рассеяния Sp, в максимуме резонанса м 0 величина которого и толщина d, м,

монохроматора выбраны согласно следую ющим условиям

5

S р и dS p «.

1.

л, отн.ей

Изобретение относится к ядерной физике. Цель изобретения - расширение диапазона энергий получаемых нейтронов. Для источник нейтронов 1 с непрерывным спектром расположен в коллиматоре внедряемой видимости его выходного канала 2, а мо- нохроматор 3 - на пересечении входного и выходного каналов коллиматора. Монохроматор выполнен из вещества, содержащего ияотоп, имеющий резонанс с сечением рассеяния в максимуме резонанса К§, м(, величина и толщина d монохроматора вм(лракы coi ласно выражениям Уд Ь р и dbn 1 , где Sp - величина сечения потенциального рассеяния. )го позволяет обеспечить преимущественное рассеяние ,юнохро- маторов нейтронов с энергией вблизи максимуме рстонлнса. 2 ил. $ (Л

11

0.6

0,4

02

w

л

70

/5 Фие.2

20 Еэз8