Устройство для получения моноэнергетических нейтронов

 

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 монохроматор 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 ,юнохроматоров нейтронов с энергией вблизи максимуме рстонлнса. 2 ил. $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 21 G 4/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР

1 (21) 4715192/21 (22) 07.07.89 (46) 23.02.91. Нвл. и 7 (71) Обьединенный институт ядерных исследований (72) Ю.Г.Тетерев и В.A.Втюрин (53) 621.384,6 (088,8) (56) Анджеевски Ю. и др, Ядерная физика, т.48, Т(7 ), 1988, с.20.

Бекурц Л., Вирц К. Нейтронная физика, M.: Атомиздат, 1968, с.53. (54) УСТРОЙСТВО Ц;1Я ПОЛУЧЕНИЯ M0ÍÎЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НЕЙТРОНОВ (57) Изобретение относится !(ядерной физике. Цель изобретения — расширение диапазона энергий получаемых

„„Я0„„1629919 А 1

2 нейтронов. Для этого источник нейтронов 1 с непрерывным спектром расположен в коллиматоре внедряемой видимости его выходного канала 2, а монохроматор 3 — на пересечении входного и Bhlxofl,íoão каналов коллиматора.

Монохроматор выполнен из вещества, содержащего изотоп, имека ий резонанс с сечением рассеяния в максимуме резонанса Бр, м, величина и толщина

d монохромат ра выбраны сог!t3cHo выражениям Ь >; 8 и RSVP! << 1, где

S — величина сечения потенциального рассеяния . Это позволяет обесп чить преимущественное рассеяние монохроматоров нейгронов с энергией вблизи максимума резонанса, 2 ил.

1629919 го!

20 лиматора.

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к устройствам для исследования свойств вещества, в частности свойств атомных ядер, химических 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 монохроматором нейтронов с энергией вблизи максимума резонанса; макроскопическое сечение рассения нейтронов в максимуме резонанса должно быть существенно больше макроскопического потенциального рассеяния нейтронов ядрами всего вещества пластины, 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 ециницы, с тем, чтобы отношение потоков не уменьшалось за счет самоэкранировки резонанса.

Совбкупность 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 полу.чать высокоинтенсивные моноэнергетические пучки в той области энергий, . где используются времяпролетные методикл. Это дает возможность испольэо вать в этой области энергий нейтро.нов интегральные измерения с моно° энергетическими нейтронами (например, активационные).

Сущность изобретения заключается» в следующем. Нейтроны источника, имеющие непрерывный спектр, при прохождении через предлагаемый монохро матор будут рассеиваться ядрами его вещества. Причем, если выполняется условие Бд > S, т.е. сечение .рассея25

55 ния в максимуме резонанса Б значительно больше сечения потенциального рассеяния Sp вещества монохроматора, то в основном Ьудут рассеиваться нейтроны с энергией вблизи максимума резонанса изотопа, содержащегося в веществе монохроматора, Кроме того, необходимо, чтобы толщина d пластины мо нохр ома т ор а удовлет в оряла условию и Б (= 1. Иначе иэ-за 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 колИсточник (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 источ ыка 1 нейтронов и представляет соЬой тонкую пластину, например из естественного вольфрама.

В естественном вольфраме содержится 28,4/ изотопа вольфрам-186, имеющего основной изолированный резонанс с энергией 18,84 эВ. Макроскопическое сечение рассеяния нейтронов в

-1 максимуме разонанса Бо = 1,8 "10 см, а потенциальное сечение рассеяния всеми ядрами вольфрама S = 0,4 с л т.е. S << Sg. Изотопы вольфрама. имеют несколько других резонансов, но вклад их в рассеяние нейтронов незначителен. Для дальнейшего ум:.нь.шения их вклада монохроматор можно изготовить из вольфрама, ооогащенного изотопом вольфрам-186 Толщина пластины, выЬранная из условия ЙБ «1, может быть порядка 10-20 мкм.

Устройство работает следующим оЬразом.

Нейтроны от источника 1, имеюшие непрерывный спектр, рассеиваются ядрами вольфрама, входящими в состав

5 162 монохроматора. 11ричем нейтроны, имеющие энергию, близкую к максимуму резонанса, рассеиваются с вероятностью, близкой к 100Х, имеющие другую энергию — с вероятностью, меньшей 0,1Х, Конфигурация коллиматора такова, что нейтроны, испущенные источником 1 и не претерпевшие рассеяния в монохроматоре 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-59 — 132 эВ, Мп-55

337 эВ, и т.д.

В ряде случаев, когда имеется ис-. точник нейтЬонов, не имеющий сквозного канала, предлагаемое устройство может быть использовано в обратной конфигурации, т.е.. детектор нейтронов помещается на месте источника I, 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 электронвольт. Причем интенсивность получаемых моноэнергетических нейтронов определяется интенсивностью источника нейтронов в данном диапазоне энергий, пириной резонанса и толщиной пластины. Максимальный разброс по энергии

9919 6 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 2,5Х, а при использовании кристаллического спектрометра в этой же области — 18Х. До сих пор в этой области энергий нейтронов при" менялся метод времени пролета, что в частности не позволяло эффективно использовать в качестве источника нейтронов мощные стационарные исследовательские реакторы, приводя к потере интенсивности при использовании прерывателей и не позволяя применять интегральные методики йзмере20 ния (например активационные), Формула изобретения

Устройство для получения моноэнер25 гетических нейтронов, содержащее источник нейтронов непрерывного спектра, коллиматор с входным и выходным каналами и монохроматор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

30 расширения диапазона энергий получаемых нейтронов, источник нейтронов расположен вне прямой видимости выходного канала коллиматора, а моно= хроматор расположен на пересечении входного и выходного каналов колли35 матора и выполнен иэ вещества, содержащего изотоп, имеющий изолированный резонанс с сечением рассеяния — <

Sp, м, в максимуме резонанса -S, м величина которого и толщина d и, монохроматора выбраны согласно следу . ющим условиям

»8 и dS «1.

1629919

Составитель А. Громов

Редактор В.Данко Техред A Кравчук

Корректор О. Кравцова

Заказ 440 Тираж 260 Под пис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101