Дифференциальный спектрометр ультрахолодных нейтронов

(72) Автор изобретения В. К. Игнатович Объединенный институт ядерных исследований(54) ДИффЕРЕН 11 ИАЛЬНЫЙ СПЕКТРОМЕТР УЛЬТРАХОЛООНЫХ НЕЙТРОНОВ1Изобретение относится к области экс: периментальной нейтронной физики и может быть использовано для измерения спектров ультрахолодных нейтронов (УХН).Известен спектрометр УХН интегрального типа, содержащий горизонтальный5 нейтроновод, изогнутый и -образный нейтроновод, поворачивающийся вокруг оси горизонтального, и детектор 111 .Этот спектрометр позволяет определить о полное число нейтронов выше или ниже заданной энергии Е. Недостаток его заключается в том что он не позволяет опр делить число нейтронов в спектре с заданным Е в интервале д Е.Наиболее близким к предлагаемому является дифференциальный спектрометр УХН измеряющий число нейтронов в заданном энергетическом интервале 21.Он содержит горизонтальный нейтроновод 20 нейтроновод.п -образного вида, подсоединяемый к горизонтальному и поворачиваемый вокруг оси горизонтального нейт роновода прямоугольную коробку внутри верхней части П -образного нейтроноводй), одна иэ стенок которой покрыта полиэтиленом, причем коробка может поворачиваться вокруг оси верхней части .П -образного нейтроновода и детекторы УХН,Этот дифференциальный спектрометрработает следующим образом.Когда .П -образный нейтроновод повернут так что верхняя его часть оказывается на высоте Н над горизонтальным нейтроноводом то к детектору перестают поступать нейтроны с энергией Е щф Н, где а - масса нейтрона, а- ускорение свободного падения. При этом, если коробка с полиэтиленом повернута так, что полиэтилен занимает место на потолке коробки, то,к детектору не должны проходить и нейтроны, энергия которых Е)пЯ(Н+Ь) где Ь - высота. коробки поскольку такие нейтроны могут ударить ся о полиэтилен и выбыть иэ числа ульь рахолодных либо за счет поглощения, либо за счет нагревания в полиэтилене. Если же коробка с полиэтиленом повернута так,что полиэтилен занимает место на полукоробки, то вообще ни один нейтрон недолжен достигать детектора. Таким образом, известный дифференциальный спектромвтр должен измерять число нейтронов вдиапазоне гпту Н с Е сжф Н+лЕ, где а Е -разрешающая способность спектрометра,равная ь Е=В 1.Известный дифференциальный спектрометр УХН обладает плохой разрешающей 10способностью, так как,когда полиэтилензанимает место на потолке коробки, частынейтронов с энергией ЕпЩ(Н+И), которые не достигают потолка в силу того,что они летят почти горизонтально, всеже достигают детектора. Частично нейтроны проходят через спектрометр и когдаполиэтилен находится на полу коробкипричем оценить число паразитных нейтронов и в том и в другом случае не пред-ставляется возможным,Указанный недостаток является следствием того, что паразитные нейтроны припрохождении через коробку с полиэтиленом могут малое число раз сталкиватьсяс полиэтиленом и не успевают поглотиться или нагреться в нем.Целью изобретеня является улучшениеразрешающей способности спектрометраи ее вариации в широких пределах. 30Зта цель достигается тем, что междудетектором УХН и изогнутым нейтроноводом, который теперь выполняется в.Зобразном виде, размещена накопитейьнаякамера с впускным и выпускным клапанами, которая соединена с г -образнымнейтроноводом с помощью отрезка нейтроновода с изменяемым наклоном относительно вертикали, т. е. способного,поворачиваться вокруг оси верхней части-г-образной формы, поворачивающийсявокруг Оси горизОнтального нейтроноводауотрезок 3 нейтроновода, поворачивающийсявокруг оси 4 так, что нри всех поворотах г -образного нейтроновода он составляет.с вертикалью всегда один и тот жеугол, накопительную камеру 5 с впускным;б и выпускным 7 клапанами, детектор 8УХН. 55Спектром етр работает следующим образом, Его разрешающая способность ь Е Определяется разностью высот Ь между камерой и верхней частью г -образного 3 746773нейтроновода и граничной энергией Ер.к,камеры ь Е=Ер,ц - пИ.Для измерения числа -.;нейтронов в инррвале Ес ЕсЕ + лЕ поворачиваютГейтроновод 2 так, что верхняя его частьоказывается на высотеН такой, чтощН=Е, затем закрывают клапан 7 и открывают клапан 6 накопительной камеры, Вэтом (накопительном) режиме число нейт.ронов )Е) в камеаз устанавливаетсяравной М (Е )С р(Р)4 Ч-:=, ь Е, гдеС - постоянйая; 0(СС 1, зависящая отвремени 1 н наполнения камеры и одинаковая для всех энергий Е( при одном итом же времени наполнения; э (Е) -плотность нейтронов в нейтроноводе 1.Затем клапан 6 закрывается и нейтронынекоторое время 1 хранятся в камере,после чего открывается клапан 7 и оставшиеся в камере нейтроны сосчитываютсядетектором, Время выдержки 1 о должнобыть достаточно большим, чтобы все паразитные нейтроны с энергиями ЕЕр куспели выйти сквозь стенки камеры, ноне слишком большим, чтобы полезныенейтроны с энергиями ЕсЕр к не сильноубавились эа счет поглощения и нагревания в стенках. Времена 1 н и 1 подбираются экспериментально один раз. Числонейтронов Ч (Е), сосчитанных детектором, пропорционально(Е): И 5(Е) ==К р (Е, причем постоянная К - одинакова для всех энергий, поэтому спектрометр позволяет определить только формуспектра, Абсолютную же величину спектраможно получить, отнормировав величинуЕ М(Е )4 Е, на полный поток на выхоЕде нейтроновода 1.Разрешение спектрометра можно менять,измеияя угол трубы 3 относительно вертикали, ибо это меняет высоту ) накопительной камеры относительно верхней чаотн колена, или же, вкладывая в накопительную камеру пластинки, сделанные из вещества с граничной энергией, меньшей,чем у стенок камеры. При этом подЕрнужно будет понимать граничнуюэнергию этих пластинок. Следует Отметить,что для большей компактности спектрометра желательно иметь 1 р небольшой, поскольку тогда небольшими должныбыть и размеры трубы 3, Однако при небольшой Гр уменьшается число накапливаемых нейтронов, кроме того, детектор УХН должен быть опущен по отношению к камере 5, чтобы не было пь.терн его эффективности. Если выходнойклапан 7,сделан в виде шторки, имеющейграничную энергию, равную Е,р, мень5 746773 6шую стенок камеры, то процесс накопле-,тем, что, с целью улучшения разрешающей ния и выбывания паразитных нейтронов способности спектрометра и ее вариации может контролироваться детектором не-в широких пределах, перед детектором посредственно. размещена накопительная камера,.соединенная с изогнутым нейтроноводом с помощью нейтроновода с . изменяемым накФормула изобретения лоном относительно вертикали. Составитель Б. Рахманов Л. Курасова Техред Н. Бабурка Коррекекмар еда 24/51 Тираж 844 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушскаа наб., д,ак филиал ППП фПатентф; г. Ужгород, ул. П ая, 4 Дифференциальный спектрометр ультрехолодных нейтронов, включающий гориэон О тальный нейтроновод, изогнутый нейтроновод, присоединенный к гориэонталЬному с воэможностью поворота вокруг его оси, и детектор, о т л и ч а ю щ и й с я Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Шапиро ф, Л. Сообщение ОИЯИ РЗ 7175, Дубна, 1973.2. Дворецкий В, Н. Препринт ИАЭ 2715, М., 1976 (прототип).