SU1137901A1 - Способ определени энергии и интенсивности пучка частиц при активационных измерени х - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕР ГИИ И ИНТЕНСИВНОСТИ ПУЧКА ЧАСТИЦ ПР АКТИВАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ, основанный на измерении активности, наведе ной в облучаемых образцах, отличающийс  тем, что, с целью повьппени  надежности и точности, пучком частиц облучают образцы, содержащие изотопы, на которых в результате  дерных реакций образуютс  радиоактивные нуклиды, имеющие пару изомеров с известными схемами распада и функци ми возбуждени , измер ют активности , соответствующие каждому изомеру, и по их отношению определ ют энергию пучка частиц, а по абсолютным значени м их активностей определ ют его интенсивность. 2. Способ по П.1, о тл ич ающ и и с   тем, что при известной энергии пучка частиц его интенсивность определ ют дважды по абсолютным значени м активностей калщого изомера. f . M9t

Description

Предлагаемое техническое решение относитс  к экспериментальной  дерной физике и предназначено дл  измерени  интенсивности и энергии пучка частиц при проведении  дерно-физических исследований и активационного анализа.

При проведении активационных измерений , особенно иа ускорител х, примен емых в прикладных цел х, необходимо измер ть интенсивность пучков частиц и их энергию простыми и надежными методами, по возможности без использовани  сложного дополнительного оборудовани . Ускорители рассматриваемого класса, как правило, имеют энергетический, спектр конечной ширины , который прин то характеризовать интегральной величиной - средней энергией. Дл  определени  энергии и интенсивности приходитс  использовать специальное дополнительное оборудование , что усложн ет проводимые активационные измерени .

Известен способ определени  энергии пучка частиц при активационных измерени х, основанный на измерении энергетического спектра пучка с помощью электростатического или махнитного анализатора Л . По этому способу на пучок воздействуют электростатичеким или магнитным полем и с помощью детектирующего устройства измер ют энергетическое распределение частиц пучка.

Таким образом получают информацию о средней энергии пучка и энергетическом разбросе.

Такой способ  вл етс  во многих случа х достаточно точным и надежным Однако этот способ требует сложного специального оборудовани  и применим только дл  исследовани  пучков зар женных частиц.

Другой известный cnqco6 измерени  энергии пучка основан на измерении количества тепла, вьщел емого при взимодействии пучка частиц с веществом (калориметрический метод) 2J , При этом дл  определени  энергии пучка измер ют количество частиц поглощенных в калориметре. Дл  этого калориметр оснащают соответствующим оборудованием .

Недостатками упом нутых способов  вл ютс  необходимость сложного приборного оснащени , громоздкость, невозможность их использовани  на внутренних пучках ускорителей, а также необходимость применени  специальных устройств дл  определени  интенсивности пучка. Кроме того, эти способы не позвол ют.определ ть среднюю энергию пучка в процессе облучени  исследуемых образцов при активационных измерени х .

Наиболее близким по назначению и технической сущности к предложенному  вл етс  способ определени  энергии и интенсивности пучка частиц при активационных измерени х, основанный на измерении активности, наведенной в облучаемых образцах з . По этокгу способу пучком частиц облучают несколько образцов, содержащих изотопы с известными зависимост ми величины сечений  дерных реакций от энерп и (функции возбуждени ). В результате  дерных реакций образуютс  радиоактивные нуклрзды. После облучени  образцов с помощью детекторов радиоактивного излучени  измер ют активности кагвдого образца А/. Эти величины

Ст

пропорциональны сечению.образовани  соответствукщих радиоактивных ну1слидов d; и интенсивности падающего пучка Ф :

A;-d;

Зна  функции возбуждени  соответствующих  дерньгх реакций,, толщины образцов, схемы распада радиоактивньл нуклидов и эффективность детектора, определ ют энергию и интенсивность пучка частицо

Данный способ чаще используют дл  определени  только интенсивности падающего пучка при известной энергии, так как определение энергии по этому способу,  вл етс  недостаточно точным . Дл  определени  интенсивности облучают один образец с известным сечением образовани  радиоактивного нуклвда и вычисл ют величину из известной формулы активации:

Y 6en Pk l-e °)()

/ .. (1)

где Y - количество актов распада, зарегистрированное детектором; t - посто нна  радиоактивного распада, св занна  с пери дом полураспада Т 1/2 соотношением 71 6п2 /Т 1/2; и - сечение  дерной реакции, привод щей к образованию изотопа, активность котор го измер етс  п - толщина образца ( дер/см) В - эффективность детектора; К - коэффициент ветвлени  в схеме распада; ЧбА ВЫЛ и«,м времена облучени , вьщерж ки и измерени  соответственно . Использование активационного метода дл  определени  энергии и инте сивности пучка частиц при активапио ных измерени х не требует дополнительного оборудовани , позвол ет пр водить измерени  на невыведенных Ъу ках ускорителей и в активных зонах реакторов и в сложных услови х (например , при температуре выше Дл  его применени  кет необходимост затрачивать дополнительное пучковое врем . Способ  вл етс  универсальным так как может быть применен при раб те на пучках любых типов частиц, К недостаткам этого метода относ тс  невысока  точность, особенно при определении энергии частиц, св  занна  с заметной погрешностью известных величин сечений (до 10-15%) используемых дл  определени  энергии необходимость точного определени  толщины используемого образца; эффективности детектора и величины потока частиц независимым способом. Кроме того, надежность определени  интенсивности пучка частиц в р де случаев  вл етс  невысокой, особенно , если в измер емой области энергий частиц пучка наблюдаетс  резка  зависимость сечени  образовани  радиоактивного нуклида от энергии. При этом небольша  неопределенность в значении энергии может привести к значительной ошибке в определении интенсивности. Цель изобретени  - повышение надежности и точности при измерении и интенсивности пучка частиц активационным методом. Цель достигаетс  тем, что в спосо бе определени  энергии и интенсивнос ти пучка частиц при активационных из мерени х пучком частиц облучают образцы , содержащие изотопы, в результате  дерных реакций на которых образуютс  радиоактивные нуклиды, имеющие пару изомеров с известными схемами распада и функци ми возбулздени , измер ют активности, соответствующие каждому изомеру, и по их отношению определ ют энергию пучка частиц, а по абсолютным значени м их активностей определ ют его интенсивность, а также тем, что при известной энергии пучка частиц его интенсивность определ ют дважды по абсолютным значени м активности каждого изомера. Благодар  тому что точность определени  относительных сечений образовани  изомерных пар (изомерных отношений ) существенно вьше, чем точность определени  абсолютной величины сечени , предлагаемым способом можно определить энергию пучка частиц с более высокой точностью. При этом дл  определени  энергии частиц не нужно знать с высокой точностью ни толщины используемого образца, ни величины интенсивности пучка частиц, а в случае использовани  реакций с возбуждением генетически св занных изомерных пар, т.е. когда в результате распада  дро переходит из изомерного в основное состо ние, нет необходимости знать и эффективность детектора. При определении интенсивности пучка частиц точность данного способа така  же, как у описанного метода активационных детекторов, но благодар  тому , что при облучении одного образца имеетс  возможность дважды определить интенсивность пучка - по функци м возбуждени  обоих изомеров, надежность предлагаемого способа вы-гае ., Дл  определени  энергии и интенсивности пучка предлагаемым способом образец, выполненный в виде тонкого сло  вещества, например фольги, облучают пучком частиц и измер ют величину активности распада основного и изомерного состо ний. Затем, воспользовавшись формулой (1), определ ют величиныбр fP а , rRe(if и сечени  образовани  изомерного и основного состо ний. Определ ют величину п / J а и, воспользовавшись известной зависиостью величины изомерного отношени .

от энергии, определ ют энергию пучка частиц. Зна  функции возбуждени  обоих изомеров, т,е.значени | ( 3 при данной энергии, из соответствующих величии Отц и Оа Ф определ ют дважды величину 9 , .т.е. интенсивность потока. При правильно проведен ных измерени х величины интенсивностей , вычисленных из распада основного и изомерного состо ний, должны отличатьс  незначительно, в пределах погрешностей.

Если оба изомера генетически св заны , то дл  определени  используют .формулу

mi-обл л 4 20 ,

m

,-A,i

- иш -е« ° - ч вих,.

х(

(.

,d,-ll : l V 4be)l

4 /

(2) 30

гдеЛ иА л - посто нные распада изомерного и основного состо ний.

Лучшей точности достигают, выполнив два измерени  активности распада основного состо ни  (при этом активность , соответствующа  распаду изомера , можно не измер ть). После этого , использу  соотношение (2), составл ют систему двух линейных уравнений , в которых неизвестными величинами  вл ютс  произведени  и (jq , и решают её. По величине изотмерного отношени  (jq определ ют энергию пучка частиц, а с помощью .известных величин абсолютных значений j и dq определ ют интенсивность . В этом случае величины 6

и К как источники погрешностей выбывают . Точность определени  изомерного отношени  не зависит, таким образом, от точности определени  толщины используемого обр зца, эффективности детектора, коэффициентов ветвлени  в схемах распада и определ етс  практически статической погрешностью , котора  может быть достаточно мала, так как при активационных измерени х примен ют достаточно сильноточные пучки частиц, и погр€ Шностью периодов полураспада, которые обычно известны с точностью до 1-2%.

Таким образом, величина изомерных отношений может быть определена с точностью до 2-3% и благодар  резкой , как правило, зависимости величины изомерного отношени  от энергии определ ют энергию пучка частиц с хорошей точностью.

Сущность изобретени  по сн ете} графиком зависимости относительного сечени  образовани  изомерной пары вТт..у в (Q. 2п) - реакции от энергии , приведенным на фиг. 1j и графиком функций возбуждени  реакций Rb(oi,2n) (с,2п)3 Y, приведенным на фиг. 2.

В качестве примера конкретного выполнени  рассмотрим способ определени  энергии и интенсивности пучка альфа-частиц с использованием образцов рубиди . Образцы облучают пучком альфа-частиц. В результате реакции

1ф(, 2п) в них образуютс  изомерно состо ние Y с периодом полураспада 13,2 ч и основное состо ние с периодом полу-распада 80,3 ч. Затем измер ют выход - линии 381,1 кэВ и с помощью соотношени  (1) определ ют величину произведени  6п,Р, а по выходу -линии 484,8 кэВ определ ют величину Олф, использу  соотношение (2). Например (см. фиг.2 по изомерному соотношениюd /С в 5,2 определ ют с помощью зависимости, приведенной на фиг.15 энергию об -частиц ,20 МэВ. Затем, определив значени  d 3 WH данной энергии из зависимостей, приведенных на фиг, 2, определ ют интенсивность пучка по величинам гп Ф ноd Р

Характеристику технико-экономической эффективности предлагаемого изобретени  paccMOTpjBvs в сравнении с известными .

Преимущество за в;5енного способа измерени  энергии и интеисивности пучка частиц от способов, использующих электростатические или магнитные анализаторы или калориметры, заключа етсн прежде всего в том, что предлагаемь й способ не требует дополнительного сложного оборудозани  (анализа™

торы частиц, детекторы, калориметры, интеграторы тока и др.). Кроме того, этот способ позвол ет определ ть среднюю энергию и интенсивность пучка частиц, которым облучают исследуемые образцы, в процессе.активационных измерений. При этом измер етс  именно энерги  частиц, участвующих в возбуждении исследуемых реакций, а не энерги  пучка частиц до или после активационных измерений, как в извест ных методах. Кроме того при использовании за вл емого способа не требуетс  дополнительного времени работы ускорител  дл  измерени  энергии и интенсивности пучка, так как определени . этих величин происходит в процессе ак тивационных измерений на исследуемых образцах. сравнению с прототипом предлагаемый способ  вл етс  более точным и

надежным..Это достигаетс  за счет того, что при его использовании дл  определени  энергии не требуетс  измерени  толщины облучаемого образца и эффективности детектора, а величина изомерных отношений, по которой определ ют энергию в за вл емом способе, как правило, известна с более высокой точностью, чем абсолютные значени  образовани  радиоактивных нуклццов, используемые дл  определени  энергии в базовом объекте . Надежность за вленного способа вы ,ше, чем у базового объекта, особенно при определении интенсивйости пучка частиц, так как этавеличина определ етс  дважды по абсолютньм значени м d, иОа при облучении образца .

600

200

15

25

30

20 ws. Z a,

Claims (2)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ИНТЕНСИВНОСТИ ПУЧКА ЧАСТИЦ ПРИ АКТИВАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ, основанный на измерении активности, наведен ной в облучаемых образцах, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности, пучком частиц облучают образцы, содержащие изотопы, на которых в результате ядерных реакций образуются радиоактивные нуклиды, имеющие пару изомеров с известными схемами распада и функциями возбуждения, измеряют активности, соответствующие каждому изомеру, и по их отношению определяют энергию пучка частиц, а по абсолютным значениям их активностей определяют его интенсивность.

2. Способ по п.1, о тл ич а ю щ и й с я тем, что при известной энергии пучка частиц его интенсивность определяют дважды по абсолютным значениям активностей каждого изомера.