Способ измерения поляризации нейтронов

 

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики. Способ заключается в том, что с целью повышения точности определения поляризации нейтронного пучка, а также одновременного определения поляризации нейтронов, эффективности флиппера и деполяризующей способности шима между поляризатором и анализатором помещают два преобразователя поляризации нейтронов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть использовано для определения степени поляризации нейтронного пучка в широком диапазоне энергий. Целью изобретения является повышение точности измерения поляризации нейтронного пучка, а также возможность одновременного определения эффективности преобразователей поляризации флиппера и деполяризующей способности шима. В способе используют два преобразователя поляризации нейтронов (преобразователями могут быть как флиппер, так и шим); сначала измеряют число детектируемых нейтронов без преобразователей между поляризатором и анализатором, затем число нейтронов, прошедших через каждый из двух преобразователей в отдельности, и число нейтронов, прошедших через оба преобразователя вместе, а затем вычисляют величину поляризации нейтронов и эффективности обоих преобразователей по формулам pʹpʺ = l _ ; 2Δ₁= ; 2Δ₂= ; где m₁= ; m₂= ; m₁₂= ; N_o - счет нейтронов без преобразователей; N₁ - счет нейтронов с первым преобразователем;
N₂ - счет нейтронов с вторым преобразователем;
N₁₂ - счет нейтронов с двумя преобразователями;
А₁, А₂ - коэффициенты поглощения нейтронов в первом и втором преобразователе соответственно;
А₁₂ - коэффициент поглощения нейтронов в двух преобразователях одновременно. Предлагаемый способ основан на следующем. Прошедший поляризатор пучок нейтронов падает на преобразователь. Обозначим вероятность прохождения поляризованных нейтронов через преобразователь без изменения поляризации и с изменением поляризации через р и q соответственно. Очевидно, что р + q = 1. Пусть Δ характеризует отклонение шима от идеальности. Тогда справедливы следующие выражения:
p = + Δ;; q = - Δ ;
p - q = 2Δ
Если преобразователем является флиппер, то эффективность переворота К связана с величиной Δ соотношением
K = - Δ . Если на поляризатор падает пучок неполяризованных нейтронов, то после поляризатора нейтронам с состоянием спина ((↑)) и ((↓)) соответствуют вероятности р' и q'. Тогда
p' + q' = 1,
а поляризующая способность поляризатора
P' = p' - q'. После поляризатора нейтроны подают на анализатор, для которого
p''+ q'' = 1;
P'' = p'' - q''. Обозначая N_o счет нейтронов, прошедших поляризатор и анализатор без наличия преобразователя, получают:
N_o = p'p'' + q'q'',
откуда после несложных математических преобразований следует
N₀= . Ставя первый преобразователь между поляризатором и анализатором, после анализатора имеют нейтронов с направлением спина ((↑))
p + +q - = (pʹ+qʹ)+Δ₁(pʹ-qʹ)= + Δ₁Pʹ ,
с направлением спина ((↓))
p - +q + = (pʹ+qʹ)-Δ₁(pʹ-qʹ)= - Δ₁Pʹ
и общий счет нейтронов
N₁= + Δ₁Ppʺ + - Δ₁Pqʺ = + Δ₁pʹpʺ = . Аналогично после прохождения второго преобразователя (без первого) общий счет нейтронов
N₂= . Если пучок поляризованных нейтронов до анализатора пропускается через оба преобразователя, то после анализатора имеют нейтронов со спином (и общий счет нейтронов cо спином ((↑))
+ Δ₁p + + - Δ₁p - = + 2Δ₁Δ₂Pʹ ,
со спином ((↓))
+ Δ₁p - + - Δ₁p + = - 2Δ₁Δ₂Pʹ
и общий счет нейтронов
N₁₂= + 2Δ₁Δ₂ppʺ + - 2Δ₁Δ₂pqʺ = + 2Δ₁Δ₂Pʹpʺ ;
N₁₂= . Нормируя N₁, N₂, N₁₂ по основному счету нейтронов без шима N_o, получают
n₁= = ; (1)
n₂= = ; (2)
n₁₂= = , (3)
из которых можно определить три неизвестные величины: P'P'', Δ₁ и Δ₂. Из выражений (1), (2), (3)
PʹPʺ = l - ;
2Δ₁= ;
2Δ₂= . Для принятия во внимание поглощения нейтронов в преобразователях необходимо n₁, n₂, n₁₂ заменить на
m₁ = ; m₂ = ; m₁₂ = . Итак, с учетом поглощения в шимах PʹPʺ = l - ; (4) 2Δ₁= ; (5) 2Δ₂= . (6)
Статистическая точность измерений, определяемая m₁, m₂ и m₁₂, вычисляется стандартным способом. В частности, если исходные величины N_o, N₁, N₂, N₁₂ измеряются независимо и в течение равных промежутков времени, то для дисперсии D_p'p'', D, D имеют место формулы

(7)
LN₀D = + + ;
(8)
LN₀D = + + . (9)
В различных конкретных случаях формулы (7), (8) и (9) могут сильно упроститься, например в случае двух шимов, близких по своим параметрам к идеальным, т. е. Δ₁, Δ₂≪ l; m₁≈ m₂≈ m₁₂≈ ; m₁≈ m₂≈ , и разностями (m₁₂-m₁) и (m₁₂-m₂) можно пренебречь. Тогда
D_pʹpʺ = ;
D D N₀
Если измерение проводят с шимом и флиппером ( l, Δ₂≈ - ) , то m₁≃ , m₁₂≃ , , а m₂ << 1. Тогда D_pʹpʺ ≃ ; D ; D
На чертеже дана схема устройства, реализующего предложенный способ. "Белый" пучок нейтронов, выходящий из канала ядерного реактора, проходя через поляризатор 1, поляризуется и попадает на анализатор 2. Выходя из анализатора, нейтроны детектируются детектором 3. Между поляризатором и анализатором устанавливаются преобразователи (шим, флиппер). Экспериментально измеряют число нейтронов без преобразователей N_o, число нейтронов с первым преобразователем N₁; число нейтронов с вторым преобразователем N₂; число нейтронов с двумя преобразователями N₁₂, и по формулам (4), (5) и (6) определяют величины P'P'', Δ₁ и Δ₂, а по формулам (7), (8) и (9) - дисперсии этих величин. Предложенный метод прост в применении и позволяет одновременно определить поляризацию нейтронного пучка P'P'', эффективность флиппера К и качество шима Δ, измерять поляризацию нейтронов с энергией выше тепловой, работать с неидеальными шимом и флиппером, работать без флиппера (т. е. только с двумя шимами), в типовых экспериментах по исследованию деполяризации в образцах использовать сам образец в качестве шима.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ НЕЙТРОНОВ, заключающийся в деполяризации пучка нейтронов при прохождении через преобразователь, анализе и измерении количества нейтронов, прошедших через преобразователь, и количества нейтронов в отсутствии преобразователя, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения поляризации нейтронного пучка, а также определения эффективности преобразователей поляризации, на пути поляризованного нейтронного пучка устанавливают дополнительный преобразователь и измеряют сначала число нейтронов без преобразователей N₀, затем число нейтронов с каждым из преобразователей в отдельности N₁ и N₂ и число нейтронов, прошедших через оба преобразователя вместе N_1,2, по формулам
pʹpʺ = l _ ;
2Δ₁= ;
2Δ₂= ;
где m₁= ;
m₂= ;
m₁₂= ;
A₁, A₂ - коэффициенты поглощения нейтронов в первом и втором преобразователях соответственно;
A₁₂ - коэффициент поглощения нейтронов в двух преобразователях одновременно,
вычисляют величину поляризации нейтронов PʹPʹʹ и эффективности преобразователей 2Δ₁ и 2Δ₂. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве преобразователей используют два флиппера. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве преобразователей используют два шима. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве преобразователей используют шим и флиппер.

РИСУНКИ

Рисунок 1