Нейтронный спектрометр

(5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ учка, блоки 4 тормозной ми локи 5 нейтронного конверт ушку 7 электронного пучка,(21) (22) (46) (71) а, ло- ейтролект новоды 9, у Электронный по тормозно этом нейтро ст итут ядернь зв орачивают генерируя при зная мишень и в виде пакета иссл (72) (53) (56) 1 пзС ч. 8 конвертер вь блоков длинь ыс 1 еа 1970 жутками с ки и пром длинами кратны жутки между ни 36, ое свидеткл, Н 01 т, 64, 19 двоичнуютельностьый поток о СССР40, 1989.12, с, 82,ьст Автор 159876 ТИИЭР чаин севдосл таким6, М разом,ся и модулиру о интенсйвности эльностью, Геометрия рас -ледо нейтроновод ера обеспечбаз от ист и нентронно положени о конве иветт ра тво текочник нство олетных етных еитронов, Ра аз и я ки ть ален очни ф-л з,я к физикекспериментао в экспериизике, наи или разрешения во всей нейтронов.к но устройство е относитс ического э обретен азоне энерг ике. фи т быть ьной н ехн На чертеже пспектрометра, гный корпус-элекпольная линза,устройство дляэлектронного пуцой мишени, 5конвертера, 6пускания электр аза 1(спользовайтронной ф може вакууми ент роновод, - развер инейной рс - квадрутывающееазяертки лохи тормозйтронного ернь следования ваемых ней для и ронами, или помощи вызтвер еакци ого тела п своикейт ка 4 блоки яется увелиретения я вности сп ия времен ю изо ффект краще ромежут ного пу трометра заизмерений лля прока, 7 - л н сче СУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4680968/2109,03,8915,10.91, Бм,Объединенный инедованийВ,А,Втюрин621.384(088.8)Ы 1 Ье 1 пп С Согцшепз апй Мей1(57) Изобретение относится к физикеи технике физического экспериментаи может быть использовано в нейтронной физике, Цель изобретения - увеличение эффективности спектрометраза счет сокращения времени измеренийи улучшения размещения по энергиямнейтронов, Спектрометр содержитвакуумированный корпус-электроновод1, развертывающее устройство 2 длялинейной развертки электронного оритель 1 учок ра мишени,Тормо олнены п 1 с пром ми 1, Бл ми образ ую послед нейтрпсевдослучаиная двоичная моду- потока нейтронов после обработ зультатов позволяют восстановремяпролетный спектр в эквитный ему спектр импульсного иска и сократить время измерений, 1684832вушка электронного пучка, 8 - блокизамедлителя, 9 - нейтроноводы, 10ускоритель электронов.На входе вакуумированного корпуса1, соединенного с выходом электронного (индукционного) ускорителя 10,установлена квадрупольная линза 2,формирующая линейный фокус электронного пучка в объеме блоков нейтронного конвертера 5, После линзы установлено развертывающее устройство 3(представляющее собой импульсный магнит, синхронизованный с током электронного пучка), ориентированное дляразвертки пучка по пакету блоков тормозной мишени 4 и нейтронного конвертера 5 в вертикальной плоскости, Пакет блоков 4, 5 установлен вертикально в точке пересечения осей нейтроноводов. Промежутки 6 между блоками 4,5служат для пропускания электронногопуска в ловушку 7, которая поглощаетэнергию электронного пучка при минимальной генерации тормозного излучения и защите от. него нейтронногоконвертера 5, По бокам нейтронногоконвертера 5 могут быть установленыблоки замедлителя 8, служащие дляформирования нейтронного спектра,Вакуумированные нейтроноводы 9 имеютдиаметр больший или равный длине блоков нейтронного конвертера 5 и замедлителя 8 с тем, чтобы пропускать кдетектору нейтроны, испущенные из любого блока конвертера.Работа устройства происходит следУющим образом,Во время прохождения импульса токаускорителя 10 квадрупольная линза 2фокусирует электронный пучок по вертикали и дефокусирует его по горизонтали, развертывающее устройство 3линейно развертывает электронный пучок по пакету блоков тормозной мишени4 с блоком нейтронного конвертера 5.В моменты, когда пучок попадает наочередной блок, генерируется тормозное излучение, в пучке которого находится соответствующий блок нейтрон 50ного конвертера, генерирующего приаэтом поток нейтронов, В момент, когдапучок попадает в промежуток 6 междублоками, он проходит мимо тормозноймйшени и попадает в ловушку 7 пучка.55Генерация нейтронов в этот моментпрактически прекращается, так как ин-тенсивность тормозного излученияв ловушке значительно меньше, чем4 в тормозной мишени, из-эа малогоатомного номера 2, удаленности источника тормозного излучения отнейтронного конвертера и ориентацииуглового распределения тормозногоизлучения ловушки по направлениюпучка, то есть в направлении, противоположном расположению конвертера,Таким образом, поток нейтронов оказывается промодулированным во временипсевдослучайной последовательностьюкоротких импульсов. Ориентация плоскости развертки перпендикулярно плоскости, в которой расположены нейтроноводы, обеспечивает равенство длиныпролетной базы от любого из блоковнейтронного конвертера 5 и замедлит ч 8 до детектора,Следовательно, такой источникнейтронов оказывается эквивалентнымисточнику с размерами порядка величины нейтронного пятна в замедлителев направлении на детектор, излучениекоторого промодулировано во временипсевдослучайной последовательностью,После окончания измерений полученный времяпролетный спектр преобразуется в эквивалентный ему времяпролетный спектр импульсного нейтронного источника с длительностьюимпульса С/И, где И = 2 -1 - длинапсевдослучайной последовательности,а полученная статистическая точность,пропорциональная средней интенсивности потока нейтронов, определяетсякоэффициентом заполнения псевдослучайнбй последовательности, который равен 1/2,Данное устройство может быть модифицировано для целей традиционнойнейтронной спектроскопии путем установки замедлителя между нейтроннымконвертером и нейтроноводами, При=.том спектр нейтронного конвертерасглаживается замедлителем, а исследуемый образец и детектор устанавлиаются на другом конце нейтронопровода. Например, рассмотрим характерис.;ики спектрометра на основе ускори.еля ЛИУ-ЗО, Выигрыш в разрешении или эффективная длительность нейтронного импульса здесь определяется следующими факторами;1. глубиной модуляции нейтронного потока, которая определяет длину псевдослучайной последовательности;5 162, размерами электронного пучкав направлении развертки, размеромлинейного фокуса, определяющимдлительность фронта включения нейтронного потока;3. быстродействием детектора иэлектронной аппаратуры;4. размерами нейтронного пятнав замедлителе;5. временем жизни нейтронов взамедлителе,Глубина модуляции нейтронногопотока определяется отношением потока нейтронов от конвертеров в момент,когда электронный пучок попадает натормозную мишень, к потоку, которыйгенерируется конвертером при пропускании пучка в промежуток между блоками и поглощении его в ловушке пучка, Это отношение в первом приближении равно отношению потоков тормозного излучения, попадающего на конвертер нейтронов в первом и втором случае, Экспериментальное отношение потока тормозного излучения вперед кпотоку назад при энергии 30 МэВР = 20. Принимая расстояние от нейтронного конвертера до ловушки пучка50 см и площадь нейтронного конвертера БК = 80 см, получаем отношение потоковХ 4 иК 74 1262500Е ЯК 6 2003 1 О84832 6 5 10 15 20 25 30 35ьТаким образом при использованииданного устройства как спектрометрафотонейтронов предельно достижимоеразрешение ограничивается факторами2 и 3, Поэтому положительный эффект,достигаемый данным устройством, обусловлен только сокращением времениизмерений, которое определяется отношением ширины исследуемого интервала энергий к ширине окна, гпе достигается улучшение разрешения в прототипе (100-400 эВ). Ширина исследуемого интервала в резонансной областипри времяпролетной методике на близком по интенсивности источника ИБР обычно не превышает нескольких десятков кэВ, откуда следует, что сокращается время измерений по сравнениюс прототипом примерно в 100 раз,При установке замедлителя и использовании устройства в качестве обычного нейтронного спектрометра основнымиограничивающими факторами являются3 и 4, Необходимо отметить, что этифакторы являются общими для всехнейтронных спектрометров и сокращениедлительности импульса за их счет,как правило, достигается путем снижения среднего потока нейтронов,Даже в простейшем варианте реализации предлагаемое устройство даетчетырехкратный выигрыш в эффективности по сравнению с блйзкими по функциональному назначению устройствами, где Е , 2, - атомные номера материалов мишени и ловушки,Размер электронного пучка легкоможет быть доведен до 1 мм. При длине развертки порядка 400 мм (диаметрнейтроновода) может быть реализованапсевдослучайная последовательностьдлиной И = 2 -1 = 255 с эффективной8длительностью менее 4 нс,Быстродействие детектора нейтронов и регистрирующей аппаратуры составляет в лучшем случае 2-5 нс. Размер нейтронного пятна в водяномзамедлителе составляет порядка 2-4 см,что при энергии 10 кЭВ дает неопределенность во времени пролета 15 -30 нс,Время жизни нейтронов в обычном водяном замедлителе не превышает 50 нс и без большой потери интенсивности может быть доведена до 10 нс.40 45 50 Формула изобретения 1, Нейтронный спектрометр, содержащий вакуумированный корпус-электроновод, соединенный с ускорителем электронов, устройство для линейной развертки электронного пучка, тормозную мишень и нейтронный конвертер, установленные на оси электронного пучка, а также нейтрононоды, ось которых проходит через нейтронный конвертер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения эффектив ности спектрометра за счет сокращения времени измерений и улучшения разрешения по энергиям нейтронов во всем диапазоне энергий, дополнительно вве дена ловушка пучка, выполненная изматериала с малым атомным номером 2,расположенная на оси электронногопучка за нейтронным конвертером, тормозная мишень и нейтроный конвертервыполнены в виде пакета длины п 1 из1684832 1Составитель К,Меньшиковедактор Н.Каменская Техред А. Кравчук Корректор М. Самборск Заказ 3510 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,Произв блоков длины 1 (м) каждый и промежутков между блоками с длинами, кратными 1 для пропускания пучка в ловушку, расположенных по направлению развертки так, что блоки находятся На одинаковом расстоянии от детектора и образуют двоичную последовательЮ ность длины и, где и2 -1, лз2,3,4,целое число, причем автокорреляционная функция двоичной последовательности равна 1 или1(- -) так что единице в последоваи ф. тельности соответствует наличие блока, а нулю - промежуток длиной 1, при этом оси нейтроноводов расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости развертки электронного пучка.2, Спектрометр по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введен замедлитель, установленный между нейтронным конвертером и нейтроноводом.