SU713292A1 - Нейтронный спектрометр - Google Patents

Abstract

1. HERTPOHHHtl СПЕКТРОМЕТРпо-времени пролета,содержащий импульсный источник быстрых нейтронов,• за-медлит.ель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство дл  регистрации нейтронов, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и максимального сохранени  светосилы спектрометра, непосредственно после замедлител  установлен дополнительный . прерыватель медленных нейтронов, синхронизованный дл  выделени  короткого по времени импульса нейтронов в пределах

Description

«fj П

ТЕ Изобретение относитс  к экспери меЬтальной  дерно физике и может быть использовано в спектрометрии медленных нейтронов по методу времени пролета. Известны спектрометры медленных нейтронов, использующие импульсные .источники быстрых нейтронов с посл дующим замедлением нейтронов в замедлителе , а также спектрометры, в которых в качестве источника,ней тронов примен ют реакторы посто нно мощности Щ . Преимуществом спектрометров, использующих- импульсные источники,  вл етс  высока  мгновенна  интенс ность нейтронов в импульсе, достигающа  величины пор дка 10 нейтро нов/с, что обеспечивает высокую светосилу этих спектрометров, Недос татком таких спектрометров  вл етс  то, что при работе с медленными нейтронами (с энергией пор дка 0,025 эВ и меньше) необходимо последующее замедление нейтронов в замедлителе, что приводит к значи .тельному углирёнию импульса во вр мени (примерно до 100 мкс, а следовательно , к ухудшению разрешени  установки. .Напротив,преимуществом спектрометров, использующих в качестве источников реактора посто н ной мощно.сти,  вл етс  возможность получать короткие импульсы медленiных нейтронов (пор дка 10 мкс) с помощью механических прерывателей, недостаток их состоит в сравнительно малой мгновенной интенсивности нейтронов в импульсе (пор дка ю10 нейтронов/с, а следовательно, невысокой светосиле. При этом примен ютс  только доли процента (от 0,1 ДО 0,5%) полного потока нейтрон в пучке. Импульсные реакторы, имеющие ту же среднюю мощность, что и реакторы посто нной мощности, по эффективнос ти их использовани  в спектрометрах по времени пролета оказываютс , так образом, в 1000 раз лучше. .Существуют дв-а пути дл  улучшени разрешени  в спектрометрах по времени пролета: увеличение пролетной базы и сокращение длительности нейтронов импульса. Первый путь ведет большой потере в светосиле установки , например улучшение разрешени  в 10 раз приводит к потере в светосил в 1000 раз. Известен р д исследований, посв щенных сокращению длительно.сти и пульса медленных нейтронов путем от равлени  или охлаждени  замедлител  2 . V Использу  гетерогенное отравлени удаетс  сократить длительность ней ,тронного импульса от нескольких сотен микросекунд до 80 мкс дл  знергий нейтро.нов пор дка 0,01 эВ. Дл  более низких энергий (0,01 эВ) эффективность применени  отравлени  замедлител  не исследовалась. Использу  отравление замедлител , принципиально невозможно получить длительность импульсов медленных нейтронов меньше длительности импульса быстрых нейтронов от импульсного источника. В режиме импульсного быстрого реактора (в системах, подобных ИБР-1 или ИБР-2) длительность импульса быстрых нейтронов достигает величины 4-90 мкс, а следовательно , путем отравлени  замедлител  в подобных системах нельз  получить длительность импульса медленных нейтронов меньше этой величины . Наиболее близким к предлагаемому спектрометру  вл етс  нейтронный спектрометр по времени пролета, содержащий импульсный источник нейтронов , замедлитель, прерыватель нейтронов и устройство дл  регистрации нейтронов 3 . Спектрометр включает импульсный источник быстрых нейтронов (реактор ИБР-1), замедлитель, первую про/1етную базу, на конце которой установлен сфазированный с ИБР механический прерь ватель, -изучаемый образец , вторую пролетную базу, детектор и регистрируквдую аппаратуру. Разрешение спектрометра по первой пролетной базе равно 10 мкс/м, а по второй - б мкс/м. В р де экспериментальных исследований в области физики твердого тела , биологии и т.д. достигнутого разрешени  установки уже недостаточно и требуетс  значительное его улучшение . Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности и максимальное сохранение светосилы спектрометра . Цель достигаетс  тем, что в устройстве , содержащем импульсный источник быстрых нейтронов, замедлитель , нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство дл  регистрации нейтронов, непосредственно после замедлител , на рассто нии в 20-100 раз меньшем пролетной базы, установлен дополнительный прерыватель медленных нейтронов, синхронизовааный дл  выделени  короткого по вр мени импульса нейтронов в пределах (1-10)-10. На чертеже изображена схема предлагаемого нейтронного спектрометра . Спектрометр содержит импульсный источник 1 быстрых нейтронов, замедлитель 2, дополнительный прерыватель 3 медленных нейтронов, нейтроновод 4, прерыватель 5 нейтронов, устройство 6 дл  регистрации нейтронов На чертеже Р обозначает рассто ние, на котором установлен прерыватель от замедлител , аЬ - пролетную базу спектрометра. Предлагаемый спектрометр работает следующим образом. Импульсный источник создает быстрые нейтроны с высокой мгновенной интенсивностью. После замедлени  в замедлителе нейтронный импуль ушир етс  во времени до 100 мкс дл  нейтронов с энергией пор дка 0,025 Прерыватель 3 медленных нейтронов, установленный в непосредственной близости от замедлител  2 на рассто нии Е, создает короткие, пор дка 10 МКС, импульсы медленных нейтронов в те моменты времени, когда интенсивность нейтронов, выход щих из замедлител  2 и достигающих прерывател , становитс  максимальной. Если прерыватель по каким-либо причинам не может быть установлен впло ную с замедлителем, то момент време ни, когда щели прерывател  станов т с  открытыми, будет определ тьс  рассто нием Е и исЪледуемой область нейтронов. Дл  этого в системе фаэировки прерывател  предусма,триваетс  возможность задавать величи фазы, которую можно измен ть с не KOTOpbDvj шагом. Таким образом, с пом щью сфазированного с импульсным ис точником , нейтронов механического прерывател  происходит сокращение первоначальной длительности медлен нейтронов примерно в 10 раз. Дл  сравнени  известных спектро метров и предлагаемого, рассмотрим несколько вариантов спектрометров и их сравнител| ные характеристики сведем в таблицу. .Дл  первых трех вариантов импульсный источник нейтронов (действующий источник) имеет одну и ту же мощность. Пусть в первом варианте используетс  источник нейтронов с условно интенсивностью, равной единице, и длительностью нейтронного импульса Тц 100 МКС. Если пролетна  база спектрометра L равна 10м, то приближено разрешение установки будет равно Я - 10 мкс/м. Обозначим величину интенсивности на конце пролетной базы во времен;ном интервале от i до t + i.t через 13 . Величина Т характеризует светосилу спектрометра. Так, если на конце пролетной базы находитс  детектор нейтронов, то счет в канале временного анализатора пропорционален этой величине Примем условно, что величина {, в первом варианте равна единице. Перва  строка таблицы относитс  к этоу варианту. Пусть требуетс  улучшить разрешение спектрометра в 10 раз. Если не удаетс  сократить длительность нейтронного импульса, то единственным способом улучшени  разрешени  спектрометра по времени пролета  вл етс  выбор большей пролетной базы. Пусть во втором варианте используетс  этот способ улучшени  разрешени . Но известно, что дл  этого требуетс  увеличить пролетную базу в 10 раз, при этом светосила спектрометра уменьшитс  в 10 раз. Втора  строка таблицы относитс  к этому варианту. Треть  строка таблицы относитс  к предлагаемому спектрометру . В этом спектрометре в качестве прерывател  нейтронов примен ют устройство, в котором ширина непрозрачного дл  нейтронов промежутка между щел ми в 4 раза больше щирины щели и преры.ватель обеспечивает получение импульсов нейтронов длительностью 10 МКС. Известные конструкции прерывателей имеют примерно такие характеристики. В предлагаемом спектрометре длительность нейтронного импульса будет сокращена в 10 раз, при этом эффективна  интенсивность источника уменьшитс  в 40 раз (в 4 раза за счет состо ни  между щел ми ив 10 раз за счет уменьшени  длительности импульса. В этом варианте на пролетной базе 10м достигаетс  разрешение 1 мкс/м. Четверта  строка таблицы относитс  к спектрометру, использующему источникнейтронов в 25 раз боЛее мощный, чем действующий источник . В этом случае дл  получени  разрешени  1 мкс/м необходима пролетна  база lOt) м. При сравнении третьего и четвертого вариантов спектрометров видно, что они имеют одно и то же разрешение и одинаковую светосилу. Использование изобретени  позвол ет , таким образом, значительно улучшить разрешение известного спектрометра, при этом достигаютс  те же параметры, которые можно получить при использовании более мощ .ного (в 25 раз) .источника. Применение изобретени  на реакторе ИБР-2 дает возможность получить параметры спектрометра, которые мо-. гут быть достигнуты лишь на реакторе периодического действи  мощностью не менее 10 мгВт. Однако повыщение мощности известных реакторов, включа  и реакторы непрерывного действи , невозможно, так как проблема стойкости материалов и отравлени  реактора не позвол ет по- строить такой реактор. Предлагаемый спектрометр позвол ет в процессе исследований по физике твердого тела и материаловедеиию на атомно-молекул рном уровне п 1лучитй. рекомендации по созданию материалов с предельными свойствами, что практически иевоэмож но сделать другим путем.

Действующий 1 .

Действующий 1

Действующий 2,510 с дополнительным прерывателем , установленным на рассто нии Е

Источник, 25 мощность которого в

25 раз больше мощности действующего источника

10 10

л 100 1

10

-2

2,540 10 1

2

2,510

100

Claims (2)

1. НЕЙТРОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР по-времени пролета,содержащий импульс ный источник быстрых нейтронов, за медлитель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство для регистрации нейтронов, отличающийс я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и максимального сохранения светосилы спектрометра, непосредственно после замедлителя установлен дополнительный . прерыватель медленных нейтронов, синхронизованный для выделения короткого по времени импульса нейтронов в пределах (1-10)· 10' ⁶ с.

2. Спектрометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительный прерыватель медленных нейтронов установлен на расстоянии, в 20-100 раз меньшем пролетной базы. у