Способ определения сечений нейтрон- нейтронного взаимодействия Советский патент 1980 года по МПК G01T1/34 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕЧЕНИЙ НЕЙТРОННЕЙТРОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ нейтронов или продуктов нейтроннейтронного взаимодействия, получаемых в результате пропускания по зеркальному вакуумному неЯтроноводу быстрых нейтронов от источника через поле медленных нейтронов, представляющих собой низкоэнергетическую часть спектра нейтронов того же источника и движущихся в том же направлении, что и быстрые нейтроны, атем (выводят поле медленных нейтронов из пучка, например, путем помещения на его пути эффективно-то поглотителя медленных нейтронов, снова регистрируют аналогичные спектры и по известным соотношениям определяют соответствующие сечения н.ейтрон-нейтронкого взаимодействия. „Суть предлагаемого способа заключается в следующем. В немоноэнергети«еском источнике нейтронов образуются в любой момент времени нейтроны разных-энергий. Более быстрые нейтроны, движущиеся -в том же направлении, что и медленные будут их обгонять или взаимодействовать с ними. Убирая из нейтронного пучка погло тителем медленные или быстрые нейтроны или изменяя длину пути их совместного пролета, можно получить фун цию пропускания соответствующих нейт ронов или зарегистрировать побочные продукты взаимодействия нейтрона с нейтроном детекторами, установленным на нейтронном пучке или вдоль пути пролета нейтронов. Очевидно для импульсных нейтронны источников такими медленньми нейтрон ными мишенями являются рециклические нейтроны, т.е. нейтроны от предыдущи вспышек, которые проходят расстояние L от источника за время t. , больше периода следования нейтронных вспышек. ЬТ /ГСгде f - частота появления вспышек) , В любой момент времени i. 1/ нейтронной вспышки в кон це пролетной базы, длиной 1, , коли чество рециклических нейтронов будет представлять сумму нейтронов с энергиямиг -0,5M-T. {H/P+-fc)l где vi 1,2,3 ..., и max Последний член гц,. получается и справедливого предположения, что ронов с энергией Е 0,000523 эВ в спектре нет: -2-) Для импульсного источника при среднем потоке нейтронов в мент вспышки поток равен: .P-V имп it- it-f де Ф Lceit.cMO нейтронов, I.EiFl частота вспышек, NtLt&iiJ - длительность вспышки - на полувысоте, , LcMbJ- плотность нейтронов, i ;.- г ом т - скорость , нейтронов. . -л Черта означает , усреднение по всему, спектру нейтронов. Очевидно, через поверхность источника нейтронов пло-. щадью & за одцу секунду пройдет за одну вспышкудг 5-,нейтронов /- всп. Значение К является средней мощностью источника нейтронов, импульсная мощность равна: ..PV (4) ЬСП. Ckt it-f Поток нейтроной на некотором расстоянии L от источника для стационарного случая равен: - L)-.ff.5-4.p(E)VdE. (5) На основе . (5) и известного спектра нейтронов источника можно определить нейтронную плотность мишенных нейтронов. в случае импульсного источника поток и плотность нейтронов будут зависеть также-от времени t между вспышками и частоты вспышек f . Учитывая, что тепловые нейтроны подчиняются распределению Максвелла-Больцмана, ,а надтепловые распределению Ферми,.поток и плотность для рециклических нейтронов с энергией Ё на расстоянии L от импульсного источника запишется в следующем виде: , -, i , , n--JCEO-v«iJ№ r--|; --% - (б) . . Поток тепловых нейтронов с энергией Eh вычисляется по формуле: IV ягнят nVaiA -C-f-(rvkCT)5/2 . - (7) а поток надтепловых нейтронов с энергией ЕН вычисляется по формуле: Тнад-гГ-й и А .-.St,m9 Ev Ф-j- - средний поток тепловых нейтронов;At - ширина вспышки тепловых нейт ронов; - постоянная Больцмана Т - абсолютная температура; i ot/XTr средний поток надтепловых .нейтронов; Ц4адт, ширина вспышки надтепловых нейтронов; максимальная и минимальная энергия нейтронов в Фермиевг ком спектре. Функция разрешения рециклически нейтронов , связана с временным разрешением соотнсяиением: 2Е, 7::4-rv (91 (,-t) Т 4ltu A. (tc-K.Tpfdр . J-J ftlf. b 4Tii llA -,WrJSm где получается из выражения (1) в результате подстановки значения Е , При Е(„ ОД эВ получает ся следующее выражение: (2.ie-()f (11) Если уравнение (10) подставить выра жение (1) и (9), то получится суммарная плотность рециклических нейт ронов в зависимости от L , i и f о , .° ОН66- о -фТ.ь peJUf)- (h/.tli.f 0,5227-fd -l.i . ( 5 2Tt-Ub-f. ttnir причем Использование импульсного нейтро ного источника позволяет по,предложенному способу изучать п - И взаи действия в зависимости от энергии нейтронов - мишеней и быстрых нейт ронов для широкого спектра. Исследование полного нейтрон-ней ронного сечения можно делать следую щим образом. Пластинкой кадмия, индия или бор надо попеременно перегораживать ско лимированный нейтронный пучок вблиз источника, где нет рециклических нейтронов, и на некотором расстоянии, где кончается зеркальный нейтроновод. При этом нейтронный детектор, находящийся в конце пролетной базы) будет регистрировать в первом случае спектр быстрых нейтронов открытого пучка (тепловые нейтроны будут выводиться из пучка поглотителем) , а во втором случае спектр быстрых нейтронов, проходящих через нейтронное облако, образованное рецикличедкими нейтронами между источником и поглотителем. Суть способа пояснена на фиг.1, где 1 - активная зона ИБР-30, 2 биологическая защита, 3 - первый ко лиматор J 4 - фильтр марганца; 5 кадмиевый фильтр; б - индиевый филь 7 - нейтроновод 8 - второй коллима Topf 9 - кадмиевый фильтр; 10 - тре тий коллиматор; 11 - первый детекто 12 - четвертый коллиматор; 13 - вто рой детектор. Суммарная плотность рециклических нейтронов на некотором расстоянии L в момент времени между вспышка. ми получается из .выражений (6); (7) и (8) В следующем виде: -5 1 Лг..&,|швх 1,b8-1p«ЕМа, Коллимация нейтронного пучка достигалась с помощью двух коллиматоров в виде дисков из карбида бора в парафине. Один коллиматор с отверстием диаметра 90 мм был установлен на расстояний 10 м от активной зоны 1, а второй аналогичный коллиматор 8 устанавливался на расстоянии 242 м. За первым коллиматором 3 на расстоя- НИИ 10 м постоянно находился марганцевый фильтр 4 толщиной 0,05 я/барн, который под резонансами в области энергии 2,4 кэВ и 0,337 кэВ полностью выводил быстрые нейтроны из временного спектра на пролетной базе 1000 м, Нейтронный образец на пути быстрых нейтронов создавался за счет перестановки одного и того же листа кадмия толщиной 0,5 мм и листа индия толщиной 2 мм. Этот поглощающий рециклические нейтроны кадмиевый фильтр 5 и индиевый фильтр б в один цикл измерений пе рекрывал нейтронный пучок на р&сстоянии 10 м пролетной базы за коллиматором 3, а в другой цикл на расстоянии 242 м, т.е. в первый цикл измерялся как бы спектр открытого пучка, а во второй - с образцом рециклических нейтронов в ди.апазоне энергии Е 0,000523-2 эВ, Для поглощения замедлившихся нейтронов на участке пролетной базы 242 м за вторым коллиматором 8 постоянно стоял лист кадмия - фильтр 9 толщиной 2 мм. На расстоянии 250 м от активной зоны 1 в нейтронном пучке находился детектор 11 в виде батареи из 10 штук Не пропорциональных счетчиков типа СНМ-50, который позволял определить долю собственного фона детектора, фона от рассеянных в помещении и запаздывающих нейтронов, так как рециклическюс нейтронов на этой пролетной базе в низкоэнергетической спектра нет. Второй детектор нейтронов 13 в виде батареи из 91 Не пропорционального счетчика типа СНМ-50 находился на расстоянии 1000 м от активной зоны реактора. Этот детектор 13 регистрировал от каждой вспышки быстрые нейтроны в диапазона энергий Е 53 - ЮЮ эВ, а также рециклические нейтроны от пяти преды дущих вспыяек в области энергии Е 2-53 эВ. Импульсы отюбоих детекторов регистрировались в двух независимых анализаторах типа АИ-4096. Временные спектры, полученные от детектора на пролетной базе 1000 м за 10 ч измерительного времени, изоб ражены на фиг.2. Как видно из фиг,2, импульсов от рециклических нейтронов примерно столько же, сколько от быстрых нейтронов в области энергий марганцевых резонансов.Ширина временного канала Т 2 м с. Если принять долю импульсов от рассеянных в помещении и запа дывающих нейтронов такой же, как в спектре нейтронов на пролетной базе 250 м, а именно 0,08, и вычесть таку же фоновую долю из спектров на 1000 м то можно считать, что участки спектров под марганцевыми резонансами характеризуют уровень мощности реактор нестабильность аппаратуры и изменения плотности воздуха в разрывах ней роновода и в самом нейтроноводе 7. В действительности доля фона для детектора 13 на расстоянии 1000 м значительно меньше 0,08, кроме того, более важна доля собственного фона детектора 13, т.е. от шумов электроники и космических лучей,. Собственны фон от детектора 13 из 91 счетчика на базе 1000 м составлял 0,2 имп/с или 1% от счета под марганцевым резо нансом с энергией Е 0,337 кэВ. Таким образом, отношение участков спектров под марганцевыми резонатора ми представляет мониторный поправочн коэффидиент, который в таком виде должен завышать функцию пропускания быстрых нейтронов через рециклически нейтроны, поскольку здесь пренебрегают взаимодействием рециклических нейтронов друг с другом. Функция пропускания вычисляется по обычной формуле: . о5р. . .. ..ФОН м Ал о/п ощ Из (13) нетрудно определить полное сечение п- h взаимодействия: ., .JNoSp.-lS ., 0/h де Ц) - полное сечение п- л взаимо-действия; . - толщина нейтронного образца; К, - мониторный коэффициент; ) ® канале анализатора при нсшичии нейтронного ФОН ФОН образца и без него ; N -S N - фоновый счет в канале аналиООО-1 Р/п 1 затора при наличии нейтронного образца и без него. Формула изобретения Способ определения сечений нейтроннейтронного взаимодействия, заключающийся в том, что с помощью источника нейтронов создаются свободные нейтроны, на которых рассеиваются другие нейтроны и затем регистрируются детектором, отличающийс я тем, что, с целью определения энергетической зависимости полных и парциальных сечений нейтрон-нейтронного взаимодействия и упрощения процесса измерений, вначале регистрируют энергетические спектры нейтронов или продуктав нейтрон-нейтронного взаимодействия, получаемых в результате пропускания по зеркальному вакуумному нейтроноводу быстрых нейтронов от источника через поле медленных нейтронов, представляющих собой низкоэнергетическую часть спектра нейтронов того же источника и движущихся в том же направлении, что и быстрые нейтроны, затем выводят поле медленных нейтронов из пучка, например, путем помещения на его пути эффективного поглотителя медленных нейтронов, снова регистрируют аналогичные спектры и по известным соотношениям определяют соответствующие сечения нейтрон-нейтронного взаимодействия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Абрамов А.И. Основы экспериментальных методов ядерной физики, М., Атомиздат. 1970, с. 25. 2. Nuclear lustruments Methods, V. 118, № 1, 1974. 3.Бондаренко И.И. , Ковалев BiFI. и Золотухин В.Г. Ядерная физика. т.2, вып. 5, 1965, с. 839 (прототип) /in 2,/OS 1200 . 800 00 . 700 800 9001600 1Z

fplfs.l (Pus.2 13 fin 337эд 1700 1800 1300 2000 Honep канала