Нейтронный спектрометр

(51) С О 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ кЧ 1 ецпа,чныйов(пр РОМЕТРй импульс.ов, заЕЙТРОННЫЙ СПЕКролета,содержащ быстрых нейтро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Рамос ой Бущров 1 щп 1 п(54)(57) 1. Н Тпо времени п ийыйисточникн медлитель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство для регистрации нейтронов, о т л и ч а ю щ и Я с я тем, что, с целью повышения раз решающей 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 с.-62. Спектррметц по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный прерыватель медленных нейтро нов установлен на расстоянии, в 20-100 раз меньшем пролетной базы.Изобретение относится к экспериментальной ядерно физике и можетбыть использовано в спектрометриимедленных нейтронон по методу времени пролета.Изнестны спектрометры медленныхнейтронов, использующие импульсные.источники быстрых нейтронов с последующим замедлением нейтронов в замедлителе, а также спектрометры,н которых в качестве источника нейтронов применяют реакторы постоянноймощности 1 .Преимуществом спектрометров, использующих импульсные источники,является высокая мгновенная интенсивность нейтронов в импульсе достигающая величины порядка 10 " нейтронов/с, что обеспечивает высокуюсветосилу этих спектрометров. Недостатком таких спектрометров янляется то, что при работе с медленныминейтронами (с энергией порядка0,025 эВ и меньше) необходимо последующее замедление нейтронов взамедлителе, что приводит к значительному уширению импульса во времени (примерно до 100 мкс, а следовательно, к ухудшению разрешенияустановкиНапротив, преимуществомспектрометров, использующих в качестне источников реактора постоянной мощности, является возможностьполучать короткие импульсы медленных нейтронов (порядка 10 мкс) спомощью механических прерывателей, анедостаток их состоит н сравнительно малой мгновенной интенсивностинейтронон н импульсе (порядка 101410 нейтронов/с, а следовательно,невысокой светосиле. При этом применяются только доли процента (от0,1 до 0,5) полного потока нейтроновв пучке.Импульсные реакторы, имеющие туже среднюю мощность, что и реакторыпостоянной мощности, по эффективности их использования н спектрометрахпо нремени пролета оказываются, такимобразом, в 1000 раз лучше,Существуют дна пути для улучшенияразрешения в спектрометрах по времени пролета: увеличение пролетнойбазы и сокращение длительности нейтронов импульса, Первый путь ведет кбольшой потере в светосиле установки, например улучшение разрешения в10 раз приводит к потере в светосилев 1000 раз,Известен ряд исследований, посвященных сокращению длительности импульса медленных нейтронов путем отравления или охлаждения замедлителя (2) .Используя гетерогенное отравление,удается сократить длительность ней,тронного импульса от нескольких сотен микросекунд до 80 мкс для энергий нейтронон порядка 0,01 эВ. Для более низких энергий (0,01 эВ) эффективность применения отравления замедлителя не исследоналась.Используя отранление замедлителя, принципиально ненозможно получить длительность импульсов медленных нейтронов меньше длительностиимпульса быстрых нейтронов от импульсного источника, В режиме импуль 10 сного быстрого реактора (в системах,подобных ИБРили ИБР) длительность импульса быстрых нейтронов достигает неличины ъ 90 мкс, а следовательно, путем отравления замед 15 лителя в подобных системах нельзяполучить длительность импульса медленных нейтронов меньше этой величины,Наиболее близким к предлагаемомуспектрометру яется нейтронныйспектрометр по времени пролета, содержащий импульсный источник нейтронов, замедлитель, прерывательнейтронов и устройство для регистрации нейтронов 3 .Спектрометр включает импульсныйисточник быстрых нейтронов (реактор ИБР, замедлитель, первуюпроретную базу, на конце которойустановлен сфазированный с ИБР меЗО ханический прерыватель, изучаемый образец, вторую пролетную базу, детектор и регистрирующую аппаратуру, Разрешение спектрометра по первой про"летной базе равно 10 мкс/м, а по35 второй - б мкс/м.Э,В ряде экспериментальных исследоВнаний в области физики твердого тела, биологии и т.д. достигнутогоразрешения установки уже недостаточ 40 но и требуется значительное его улучшение.Целью изобретения является понышение разрешающей способности и максимальное сохранение светосилы спектрометра,Цель достигается тем, что в устф ройстве, содержащем импульсный источник быстрых нейтронов, замедлитель, нейтроновод, прерыватель нейтронов и устройство для регистрациинейтронов, непосредственно после замедлителя, на расстоянии в 20-100раз меньшем пролетной базы, установлен дополнительный прерывательмедленных нейтронов, синхронизова 55 ный для выделения короткого по времени импульса нейтронов в пределах(1-10)10На чертеже изображена схемапредлагаемого нейтронного спектро 60 метра.Спектрометр содержит импульсныйисточник 1 быстрых нейтронов, замедлитель 2., дополнительный прерыватель .Гмедленных нейтронов, нейтроно 65 вод 4, прерыватель 5 нейтронов, уст 713292ройство б для регистрации нейтронов.На чертежеобозначает расстояние,на котором установлен прерывательот замедлителя, а Ь - пролетнуюбазу спектрометра.Предлагаемый спектрометр работает следуюшим образом,Импульсный источник создаетбыстрые нейтроны с высокой мгновенной интенсивностью. После замедления в замедлителе нейтронный импульс 10уширяется во времени до 100 мкс длянейтронов с энергией порядка 0,025 зВ.Прерыватель 3 медленных нейтронов,установленный в непосредственнойблизости от замедлителя 2 на расстоянии 3, создает короткие, порядка 10 мкс, импульсы медленных нейтронов в те моменты времени, когдаинтенсивность нейтронов, выходящихиэ эамедлителя 2 и достигающих прерывателя, становится максимальной.Если прерыватель по каким-либо причинам не может быть установлен вплотную с замедлителем, то момент времени, когда щели прерывателя становятся открытыми, будет определятьсярасстоянием Г и исследуемой областьюнейтронов, Для этого в системе фаэировки прерывателя предусматривается возможность задавать величинуфазы, которую можно изменять с некоторым шагом. Таким образом, с помощью сфазированного с импульсным источником нейтронов механическогопрерывателя происходит сокращениепервоначальной длительности медленных 35нейтрОнов примерно в 10 раз.Для сравнения известных спектрометров и предлагаемого, рассмотримнесколько вариантов спектрометрови их сравнительные характеристики 4 Осведем в таблицу.Цля первых трех вариантов импульсный источник нейтронов (действующий источник) имеет одну и туже мощность. 45Пусть в первом варианте используется источник нейтронов с условнойинтенсивностью, равной единице,и длительностью нейтронного импульса Т) 100 мкс. Если пролетная базаспектрометра (, равна 10 м, то приближено разрешение установки будетТнравно 8 = - = 10 мкс/м.1.Обозначим величину интенсивностина конце пролетной базы во временном интервале от 1 до Ь + д через3 . Величина 3 характеризует светосилу спектрометра. Так, если на конце пролетной базы находится детектор нейтронов, то счет в канале временного анали" затора пропорционален этой величине. Примем условно, что величина 2 в первом варианте равна единице. Первая строка таблицы относится к этому варианту.Пусть требуется улучшить разрешение спектрометра в 10 раз. Если не удается сократить длительность нейтронного импульса, то единственным способом улучшения разрешения спектрометра по времени пролета является выбор большей пролетной базы.Пусть во втором варианте используется этот способ улучшения разрешения, Но известно, что для этого требуется увеличить пролетную базу в 10 раз, при этом светосила спектрометра уменьшится в 10 раэ. Вторая строка таблицы относится к этому варианту. Третья строка таблицы относится к предлагаемому спектрометру. В этом спектрометре в качестве прерывателя нейтронов применяют устройство, в котором ширина непрозрачного для нейтронов промежутка между щелями в 4 раза больше ширины щели и прерыватель обеспечивает получение импульсов нейтронов длительностью 10 мкс, Известйые конструкции прерывателей имеют примерно такие характеристики, В предлагаемом спектрометре длительность нейтронного импульса будет сокращена в 10 раз, при этом эффективная интенсивность источника уменьшится в 40 раз (в 4 раза за счет состояния между щелями и в 10 раз за счет уменьшения длительности импульса).В этом варианте на пролетной базе 10 м достигается разрешение 1 мкс/м. Четвертая строка таблицы относится к спектрометру, использунхцему источник нейтронов в 25 раэ более мощный, чем действующий источник. В этом случае для получения разрешения 1 мкс/м необходима пролетная база 100 м.При сравнении третьего и четвертого вариантов спектрометров видно, что они имеют одно и то же раэрешение и одинаковую светосилу.Использование изобретения позволяет, таким образом, значительно улучшить разрешение известного спектрометра, при этом достигаются те же параметры, которые можно получить при использовании более моцного (в 25 раз),источника.Применение изобретения на реакторе ИБРдает возможность получить параметры спектрометра, которые мо-. гут быть достигнуты лишь на реакторе периодического действия мощностью не менее 10 мгВт. Однако повышение мощности известных реакторов, включая и реакторы непрерывного действия, невозможно, так как проблема стойкости материалов и отравления реактора не позволяет построить такой реактор. Предлагаемый спектрометр позволяет в процессе713292 исследований по физике твердого телаи материаловедению на атомно-молекулярном уровне получите, рекомендации по созданию материалов с предельнымисвойствами, что практически невозможно сделать другим путем. Длительностьнейтронного импульса,Т, мкс Источник 1 Действующий 1010 100 10 2,5 ф 10100 100 2 Действующий 2,510 10 10 2,5 ф 10 100 100 4 Источник,мощность которого в25 раз больше мощности действующего источника 25 Корректор Л. Патай Редактор З.Бородкина Техред М.Гергель Заказ 8210/5 Тирам 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП Патентф, г, ужгород, ул. Проектная, 4 Вариантспектрометра Действующийс дополнительным прерывателем,установленным на расстоянии 1 Эффективность интенсивности источника Пролетная база 1м. Разрешениеспектрометра1 Нк-мкс/м Ф Относительная интенсивность на конце пролетной базы 3