Дифференциальный спектрометр ультрахолодных нейтронов Советский патент 1980 года по МПК H01J39/34 G01T3/00 

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ .СПЕКТРОМЕТР УЛЬТРАХОЛОДНЫХ Изобретение относится к области экбпериментапьной нейтронной физики и может быть использовано для измерения спектров ультрахоподных нейтронов (УХН Известен спектрометр УХН интегрального типа; содержащий горизонтальный нейтроновод, изогнутый п -образный нейтроновод, поворачивающийся вокруг ос горизонтального, и детектор l. Этот спектрометр позволяет определит полное число нейтронов выше или ниже за данной энергии Е. Недостаток его заключается в том, что он не позволяет опре делить число нейтронов в спектре с заданным Е в интервале Л Е. Наиболее близким к предлагаемому является дифференциальный спектрометр УХН, измеряющий число нейтронов в заг данном энергетическом интервале {2. Он содержит горизонтальный нейтроновод} нейтроновод л. -образного вида, подсоединяемый к горизонтальному и поворачиваемый вокруг оси горизонтального нейрроновода, прямоугольную коробку внутри

НЕЙТРОНОВ верхней части-П -образного нейтроновод, одна из стенок которой покрыта полиэтиленом, причем коробка может поворачиваться вокруг оси верхней части Л- -образного нейтроновода, и детекторы УХН. Этот дифференциальный спектрометр работает следующим образом. Когда -Л -образный нейтроновод повернут так, что верхняя его часть оказывается на высоте Н над горизонтальным нейтроноводом, то к детектору перестают поступать нейтроны с энергией , где ф - масса нейтрона, а - ускорение свободного паде{гая. При этхэм, если коро&ка с полиэтиленом повернута так, что полиэтилен занимает место на потолке коробки, то,к детектору не должны прохо дить и нейтроны, энергия которых (H+h), где h - высота.коробки, поскольку такие нейтроны могут удариться о полиэтилен и выбыть из числа ульт. рахолодных либо за счет поглощения, либо за счет нагревания в полиэтилене. Еепи же коробка с полиэтиленом повернута так. ЧТО попкэтилеи занимает место на попу коробки, то вообще ни один нейтрон не должен достигать детектора. Таким обратом, извест1ЕЬ й дифференциальный спектр метр должен измерять число нейтронов в Шшпааоне nrjg Нл Н+дЕ, гдалЕ роарешакэщая способность спектрометра, . ювная Д . Известный дифференциальный спектрометр УХН обладает плохой разрешающей способностью, так как,когда полиэтилен аайимает место на потопке коробки, част нейтронов с энергией (H+h), которые не достигают потолка в силу того, что. они летят почти горизонтально, все же достиг ают детектора. Частично нейт роны проходят через спектрометр и когд топиэтилен находится на полу коробки причет оценить число паразитнь1Х нейтро iroB и. в том и в другом случае не представляется возможным. Указанный недостаток является следс-г виём того, что паразитные нейтроны при прохождении через коробку с полиэтиленом могут малое число раз сталкиваться с полиэтиленом и не успевают поглотиться или нагреться в нём. иелью изобретен::я является улучшение ра зрэшающей способности спектрометра и ее вариации в широких пределах. Эта цель достигается тем, чТо между детектором УХН и изогнутым нейтроноводом, который теперь выполняется в J образном виде, размещена накопитевьная камер)3 с вг скными выпускньш клапанами, которая соединена с Г -образным нейтроноводом с помощью отрезка нейт- {зоновода с изменяемьшг наклоном относительно вертикали, т. е. способного, .поворачиваться вокруг оси верхней части -Г -образного нейтроновода. Данное изобретение поясняется чертежом. Спектрометр содержит 1Х)ризонтальный нейтроновод 1, изогнутый нейтроновод 2 -J -образной формы, поворачивающийся вокруг оси горизонтального нейтроновода, отрезок 3 нейтронобода, поворачивающийс вокруг оси 4 так, что при всех поворотах -J -образного нейтроновода он состав ляет .с вертикалью всегда один и тот же угол, накопительную камеру 5 с впускным 6 и выпускным 7 клапанами, детектор 8 УХН. Спектрометр работает следующим обра эом. Его разрешающая способность А Е определяется разностью высот h между камерой и верхней частью х -образного |нвйтроновода и гранггчной энергией камеры: .ц -мбН. Для измерения числа -нейтро юв в ин ервале Е,Е Е|+дЕ поворачивают /ейтроновод 2 так, что верхняя его часть оказывается на высотеН такой, Н , затем закрывают клапан 7 и открывают клапан 6 накопительной камеры. В этом (накопительном) режиме число ней-рронов Н (EJ) в каме устанавливается равной N (Е ) С ) (Е| )-;rE7pJi - Д гд е С - постоянная; 1, зависящая от времени i ц наполнения камеры и одинаковая для всех энергий Ej при однбм и том же времени наполнения Я (Е) плотность нейтронов в нейтроноводе 1. Затем клапан 6 закрывается и нейтроны некоторое время bg хранятся в камере, после чего Открывается клапан 7 и оставщиеся в камере нейтроны сосчитываются Детектором. Время выдержки t g должно быть достаточно большим, чтобы все паразитные нейтроны с энергиями Е успели выйти сквозь стенки камеры, но ие слишком большим , чтобы полезные нейтроны с э1йергиями ,, не сильно убавились за счет поглощения и нагревания в стенках. Времена t и tg подбиpatOTCrf экспериментально один раз. Число нейтронов КЛ(Е), сосчитанных детектором, пропорционально р (Е,|): Нб(Е) К- р- (EJ), причем постоянная К - одинакова для всех энергий, поэтому спектро метр позволяет определить только форму спектра. Абсолютную же величину спектра можно получить, отнормировав величину 21 llg(Ej)-/ на полный поток на выходе нейтрюновода 1. : Разрешение спектрометра можно менять, йзмейяя угол трубы 3 относительно вертикали, ибо это меняет высоту h накопительной камеры относительно верхней части колена, или же, вкладывая в накопительную камеру пластинки, сделанные из вещества с граничной энергией, меньшей, чем у стенок камеры. При этом под f гр.к нужно будет понимать граничную энергию этих пластинок. Следует отметить, что для большей компактности спектрометра желательно иметь Ерр, , небольшой, поскольку тогда небольшими должны быть и размеры трубы 3. Однако при небольшой Е гр.ц уменьшается число накагш1тает ых нейтронов, кроме того, детектор УХН должен быть опушен по от ошению к камере 5, чтобы не было поери его эффективности. Если выходной лапан 7 .сделан в виде шторки, имеющей раничную энергию, равную ЕГР.К меньшую стенок камеры, то процесс накопления и выбывания паразитных нейтронов может контролироваться детектором непосредственно.

Формула изобретения

Дифференциальный спектрометр ультрагхогеодньк нейтронов, включающий горизонтапьный нейтроновод, изогнутый нейтроновод, присоединенный к горизонтальному с возможностью поворота вокруг его оси, и детектор, отличают к и с я

-тем, что, с цепью уттучшения разрешающей способности спектрометра и ее вариации в Ш1Ф6КЯХ пределах, перед детектором разманена накопительная камера, .соединенная с изогнутым нейтроноводом с помощью нейтроновода с ,-иэменяемым наклоксйл относительно вертикали.

Источники информации, принятые во внтадание при экспертизе

1.Шапиро Ф. /. Сообиеняе ОИЯИ РЗ7175, Дубна, 1973.

2.Дворецкий В. Н, Препринт ИАЗ2715, М., 1976 (прототип).

Л

в

7 U

5