Устройство для регистрации надтепловых нейтронов Советский патент 1977 года по МПК G01V5/00 

1

Изобретение может быть -использовано при количественном определении в горных породах элементов, обладающих свойством резонансного поглощения нгйтронов.

Известен датчик промежуточных и быстрых нейтронов, включающий детектор тепловых нейтронов и замедпитель. Замедлитель датчика содержит вещества, обладающие резонансным захватом нейтронов. Введение в замедлитель таких веществ позволяет создать всеволновой датчик с приблизительно постоянной з)ективностью к нейтронам ,с энергией от 1 до 10 эв и резким уменьшением эффективности к нейтронам больших энергий.

Однако из-за наличия замедлителя не возможна регистрация нейтронов в узком энерге гическо м окне, напримгр 1-5 эв. Это обусловлено большей потерей энергии при столкновении нейтрона с ядрами замедлителя. Соотношение количестаа резонансных нейтронов определенной энергии и общего количества нейтронов известного датчика весьма мало (мало отношение сигнала и фона).

Нейтроны одинаковой энергии могут с различной эффективностью регистрироваться датчиком в зависимости от расстояния, проходимого ими в замедлителе.

Таким образом, известное устройство трудно использовать при определении концентраций элементов, обладающих свойством резонансного поглощения нейтронов.

Цель изобретения - создание устройства для регастрации надтепловых нейтронов, регистрирующего резонансные нейтроны в узком энергетическом окне, перекрьшающем область резонансного поглощения надтепловых нейтронов определяемым элементом.

, Это достигают тем, что детектор окружают экраном из вещества, поглощающего тепловые нейтроны, в состав которого входят вещества, поглощающие нейтроны с энергией, отличающейся от энергии резонансного поглощения более, чем на 50%. Предлагаемое устройство не содержит замедлителя. В известном устройстве вещества, обладакь щие резонансньш поглощением нейтронов, входят в состав замедлителя.

На фиг. 1 Показан общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2- зависимости макроскопического сечения поглощения некоторых вещеста от энергии нейтронов.

Устройство состоит из счетчика 1 нейтронов (напримгр, пропорционального гелиевого садтчнka), экрана 2, содержащего вещества, поптощаюшие нейтроны с энергией, отличающейся от энергии резонансного поглощения нейтронов определяемым элементом, фольги 3 из материала, содержащего резонансньш поглотитель.

Гелиевый счетчнк с выссясой эффективностью регистрирует нейтроны в сравнитепьио широком энергетическом диапазоне от тташовых энергий 0,025 дв 100 эв. Эффективиость регистрахош тепловых нейтронов гелиевым счетчиком может достигать 80-90% и с увеличением энергии нейтронов уменышется по закону 1/уБ/ Дяя ней1фонов с энергией 1 эв эффективность регистрации составляет п(жмерно 15%, для нейтроне с энергиеб 100 эв - 1,5%. Экран поглощает значительную часть н«йтронов, энергия соторых отличается от резонансной энергии определяемого элемеша.

Таким образоь с ютчик нейтронов, дкруженньш экраном, может ре стркфовзть нитроны только в узкрлл энер1« ймеской енсне. айнансный поглотиггетл йоглощ гт вравг рйски: «ее нейтронь резонансной энергии.- ййюс детектора с фольгой из резонансного поглотятвяя и без нее пропорциональна количеству { зовансных иейтронов, приходяндас к детектору.

Применение предлагаеАммго устройстве позволяет улучщить отношение полежого огтшла зонансные нейтроны) к фону (нерезоток ые нейтроны) и, следовательно, повысить чувсгеательность и точность определения в породах элементов, обладающих свойствами резонансното поглощения нгйтронов в надтепловой области эшргвй.

Рассмотрим состав экрага для дагектЩ о ания нейтронов в жергетическом окне, садчйетствующем резонансному поглощению iiHjgiHa (энергия главного резонанса 1,46эв). Экран еоеюлг из смеси (или сплава) кадмия, самария, серебра и сурьмы. Кадмий поглощает титловые нейфршы с энергией ченее 0,5 эв и цраКтИчесжи прозрачен для нейтронов больших энергий. Самарий поглощает тепловые нейтрошд с энергией менее 1,2 эв и имеет резонансные погжжцения п|Я1 энергии 0,9 и В эв.

Серебро имеет главный резонанс догяощения при энергии 5,2 - рад перекрыва вдихсн резонзнсов ясмг)юр{ешя

гии 4 до 100зв.Т;акимоб эо «1,сме4;ь пере шслеш1В,.| 1а|ес.1 ( ii гией тукй ,

нейтрож в «/не9Ь1еок0й эффективностью регистрирует нейтроны с энергией более 100эв. Учихьшая, что рвспре)№Жние надтепловых нейтронов по энергцям в слабопоглощающей среде подчиняется закону 1 /Е, можно считать, что нейтроны с энертей боле 100 эв практически не регистрируются счетчиком.

Эффективность поглощения нейтронов экраном из смеси или сплава резонансных поглотителей определяется по формуле

(Е)1-е /)

где .j(E) - макроско11ичес1 ое сечение поглсяцения

нейтронов для смеси (или сплава) поглотителей.

.-Г

см

h - ТОЛЩИНЕ экрана, см.

2:з()Й-с.

с fJ -г 4.Г -г 1-п 2

-с 4.5- % 0bSbJ Я

5ж Л

(У

1

где А - макроскопитеское сечеиие поглощения нейтронов, элементом, см /г;

С - весовая концентрация элемента в смеси; р - плотность смеси, г/см -.

Формулы (1) и (2) позволяют определить срстав экрана и его толщину.

Ниже приведены показатели эффек-гавностц зкраш толпщной 10 мм, содержащего 10 % кадмия, 30% самария, 1да серебра, 50% сурьмы и имеющего плотность 7,5 Г/СМ i

Е,эвО,1 0,2 0,5 0,91,46 3 5 6 9 10 20 |,%100100 95 100 30; 50100100 10097 100

Аналогично можно подобрать состав экранов для детектирования нейтронов других резонансных энергий, например серебра (5,2 эв), цезия (5,9 эв)

и т.д.. .,. - : . . . ..

ЭффёктЕйвноей предлагаемого устройства проверена (Одея«к,:Йзмер производили в песке влазкиостьй 1Ш йййювдйе между источшпсом нейтронов и гелиевым 10 см мощность источника яейтртнов 2x:ia- В

Скорости счета нейтронов {Ji Hn/Mtoi), полученные при измерениях с фольгой йанидая (И.) и без лее (И), приведены ниже. По дарвоаду варианту (1) измерения проводили с кадАрЭдевьш Экраном тол1Цин1Эй 0,5 мм, по второму (И) - с экраном из смеси резонансных поглотителей.

11

H IOOOO HI 6000 д и, - и. 4000

Применение устройства позволяет существенно улучщить соотношение между полезным сигналом (Д) и фоном (И|) и повысить порог ч)ствительНОС1И и точность определения элементов, облатющих свойством резонансного поглощения надтепловых нейтронов.

Формула изобр.етения

Устройство для регистрации надтепловых нейтронов, состоящее из счетчика нейтронов, экрана из вещества, поглощанщего тепловые нейтроны, фольга изматериала,содержащего резонансный поглотитш1Ь,о т ли чающееся тем,что,сцельюрегистра1 ии нейтронов в узком энергетическом окне, перекрывающем область резонансного поглощения надтепловых нейтронов определяемь1М элементом, зкран содержит вещества, погл0щаюцше нейтроны с энергиеи отличаюп ейся о змвргни резонансного поглощения не.йтррнов более, чем на 50 %. J,CMV И.9