Способ определения сечений нейтроннейтронного взаимодействия

ОП И Союз Советскик Социалистическид РеспубликИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 09,09,75 (21) с присоединением заявки Ио -9966/25 6 0 Государственный комит СССР но делам изобретениИ и открытий3) Приоритет 2,80, Бюллетень йо публиков 53) УДК 539.1.07(088.8) ата опубликования описания 301280 72) Автор изобретеии Ю. В. Григорь(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕЧЕНИЙ НЕЙТРОННЕЙТРОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯм,Изобретение относится к области нейтронной физики,к разделу определения нейтронных сечений и продуктов взаимодействия нейтронов с веществом,к настоящему времени имеется целый. 5 ряд экспериментальных и расчетных работ по изучению взаимодействия ней" трона с нейтроном. Большинство работ посвящено непрямым исследованиям нейтрон-нейтронного взаимодействия, 1 О т.е. экспериментам с заряженными частицами, либо теоретическим исследованиям 111 . Известны прямые эксперименты по 15 определению сечений нейтрон-нейтронного (П -т 1) взаимодействия 2 . На реакторе мощностью в 7 МВт сделана полость, в которой сталкиваютсялетящие преимущественно .друг к другу 20 навстречу нейтроны. Рассеянные в полости нейтроны по узкому коллиматору попадают в детектор, этим же детектором регистрируются и фоновые нейтроны, рассеянные на молекулах 25 остаточного газа в полости и на материале коллиматора; Этот эксперимент позволяет определить сечение рассеяния нейтронов на нейтроне для широкого энергетического спектра с пло- З 0 хой точностью из-за высокого фона и малой статистики событий.К прямому эксперименту поП - и взаимодействию относится также проект 31, идея которого заключается в то что в космос выводится импульсный реактор, который генерирует вспышку нейтронов длительностью М =1-10 мс с общим количеством нейтронов 6101 н/всп. Таким образом с помощью искочника нейтронов создаются свободные нейтроны, на которых рассеиваются другие нейтроны и затем регистрируются детектором.Основными недостатками описанных выше способов изучения и - и взаимодействия являются: сложность и высокая стоимость экспериментов, возможность изучения только процесса рассеяния нейтрона на нейтроне, и, причем, только на широком спектре нейтронов, низкая точность результатов экспериментов из-за высокого фона.Целью изобретения является определение энергетической зависимости полых и парциальных сечений нейтроннейтронного взаимодействия и упрощение процесса измерений,Это достигается тем, что вначале регистрируют энергетические спектрыУбирая из нейтронного пучка погло-. тителем медленные или быстрые нейт- роны или изменяя длину пути их совместного пролета, можно получить функцию пропускания соответствующих нейтронов или зарегистрировать побочные продукты взаимодействия нейтрона с нейтроном детекторами, установленными на нейтронном пучке или вдоль пути пролета нейтронов. 35Очевидно для импульсных нейтронных источников такими медленными нейтронными мишенями являются рециклические нейтроны, т.е. нейтроны от предыдущих вспышек, которые проходят расстояние 40от источника за время т. , большее периода следования нейтронных вспышек. 171 ф(где 5 - частота появления вспышек), В любой момент времени 0(Ф ,1/Г после нейтронной вспышки в конце пролетной базы, длиной . , коли-. чество рециклических нейтронов будет представлять сумму нейтронов с энерги ями д:-д ----,2,3ий члеого прергиейнет: с)й где 11 =Последсправедли ронов с э в спектре иИ, получается изположения, что нейт 0,000523 эВ О ) -С) У (2) сточника при онов Ф"-рр в моавен: тДля импульсного и среднем потоке нейтр мент вспышки поток р дс Е АССР нейтронов или продуктов нейтроннейтронного взаимодействия, получаемых в результате пропускания по зеркальному вакуумному нейтроноводу быстрых нейтронов от источника через поле медленных нейтронов, представляющих собой низкоэнергетическую часть спектра нейтронов того же источника и движущихся в том же направлении, что и быстрые нейтроны, затеи )выводят поле медленных нейтронов из пучка, например, путем помещення на 1 ф его пути эффективного поглотителя медленных нейтронов, снова регистрируют аналогичные спектры и по из вестным соотношениям определяют соответствующие сечения нейтрон-нейтрон ного взаимодействия,Суть предлагаемого способа заключается в следующем.В немоноэнергетическом источнике .нейтронов образуются в любой момент 20 времени нейтроны разных энергий. Более быстрые нейтроны, движущиеся в том же направлении, что и медленные будут их обгонять или взаимодействовать с ними.25где ФГд ток тепловых нейтсредний поронов;- ширина вспышки тепловых нейчронов,К - постоянная Больцмана;абсолютная температура,Ф)4 цт- средний поток надтепловых). г,екд) СВк - длительность вспышкина полувысоте,Г 1РсМ 1 - плотность нейтронов,а, ) омскорость нейтроновЧерта означает.усреднение по всемуспектру нейтронов. Очевидно, черезповерхность источника нейтронов площадью Ь за одну секунду пройдет):р Ч 5, а за одну вспышкуц Р ,нейтХронов / всп. Значение И являетсясредней мощностью источника нейтронов,импульсная мощность равна;акоп. Р 5 Г 1ЬСП, )дс дС уПоток нейтроноВ на некотором расстоянииот источника для стационарного случая равен:Ф,)ту - 1 у.:) р Я.Я ) 5)На основе формулы .(5) и известного спектра нейтронов источника можноопределить нейтронную плотность мишенных нейтронов.-. В случае импульсного источника поток и плотностьнейтронов будут зависеть также.отвремени С между вспышками и частотывспышек У . Учитывая, что тепловыенейтроны подчиняются распределениюМаксвелла-Больцмана, а надтепловыераспределению Ферми,.поток и плотностьдля рециклических нейтронов с энергией 6 на расстоянии ). от импульсного источника запишется в следующемвиде:ф=РЖ) ) Р.Ю= = Я - (6)Поток тепловых нейтронов с энергией Р вычисляется по формуле:т фт,:фн 47 д 4 кумтутт 5- е Йае ) 7)еа поток надтепловых нейтронов с энергией Р) вычисляется по формуле:549023 Функция разрешения рециклических Суммарная плотность рециклическихнейтронов В 5 связана с временным нейтронов на некотором расстоянииразрешением соотношением в момент времени между вспышками получается из выражений (б)(7)И (ИМС)(10) где и,;получается из выражения (1) в результате подстановки значения Е = Е,;. При Е;= 0,1 эВ получаетСя следующее выражение:(2 Яб а (. ъ) Г (11) Если уравнение (10) подставить выражение (1) и (9), то получится суммарная плотность рециклических нейтронов в зависимости от . , Ь и У рецэп йе05227 Ю Ррф Т) КТ 12) фильтр ллиматре" текторВтопричем 0(141/ЙИспользование импульсного нейтронного источника позволяет по,предложенному способу изучать и - И взаимодействия в зависимости от энергиинейтронов - мишеней и быстрых нейтронов для широкого спектра..Исследование полного нейтронронного сечения можно делать слщим образом.Пластинкой кадмия, индия или боранадо попеременно перегораживать сколлимированный нейтронный пучок вблизиисточника, где нет рециклическихнейтронов, и на некотором расстоянии, где кончается зеркальный нейтроновод. При этом нейтронный детектор, находящийся в конце пролетнойбазы, будет регистрировать в первомслучае спектр быстрых нейтронов открытого пучка (тепловые нейтроныбудут выводиться из пучка поглотителем), а во втором случае спектрбыстрых нейтронов, проходящих черезнейтронное облако, образованноерециклическими нейтронами между источником и поглотителем,Суь способа пояснена на фиг.1,где 1 - активная зона ИБР; 2биологическая защита; 3 - первый коллиматор, 4 - фильтр марганца, 5кадмиевый Фильтр, б - индиевый7 - нейтроновод, 8 - второй котор, 9 - кадмиевый фильтр; 10тий коллиматор, 11 - первый де12 - четвертый коллиматор, 13рой детектор,Коллимация нейтронного пучка достигалась с помощью двух коллимато-ров в виде дисков из карбида бора впарафине. Один коллиматор с отверстием диаметра 90 мм был установленна расстоянии 10 м от активной зоны1, а второй аналогичный коллиматор8 устанавливался на расстоянии 242 м, 20 За первым коллиматором 3 на расстоя"нии 10 м постоянно находился марганцевый фильтр 4 толщиной 0,05 я/барн,который под резонансами в областиэнергии 2,4 кэВ и 0,337 кэВ полностьювыводил быстрые нейтроны из временного спектра на пролетной базе 1000 мНейтронный образец на пути быстрых нейтронов создавалСя за счет перестановки одного и того желистакадмия толщиной 0,5 мм и листа индиятолщиной 2 мм. Этот поглощающийрециклические нейтроны кадмиевыйфильтр 5 и индиевый фильтр б в одинцикл измерений перекрывал нейтронныйпучок на расстоянии 10 м пролетнойбазы за коллиматором 3, а в другойцикл на расстоянии 242 м, т,евпервый цикл измерялся как бы спектроткрытого пучка, а во второй - с образцом рециклических нейтронов в ди апазоне энергии Е = 0,000523-2 эВ,Для поглощения замедлившихся нейтронов на участке пролетной базы 242 мза вторым коллиматором 8 постоянностоял лист кадмия - фильтр 9 толщиной 2 мм.На расстоянии 250 м от активнойзоны 1 в нейтронном пучке находилсядетектор 11 в виде батареи из 10 штукНе пропорциональных счетчиков типаСНМ, который позволял определитьдолю собственного фона детектора,фона от рассеянных в помещении изапаздывающих нейтронов, так как рециклических нейтронов на этой пролетной базе в низкоэнергетической час)ти спектра нет. Второй детектор нейтронов 13 в виде батареииз 91 Непропорционального счетчика типаСНМнаходился на расстоянии 1000 мот активной зоны реактора. Этот де тектор 13 регистрировал от каждойвспышки быстрые нейтроны в диапазонеэнергий б = 53 - 10 10 эВ, а такжерециклические нейтроны от пяти предЫдущих вспьааек в области энергии 65 = 2 - 53 эВ. ИмпуЛьсы отобоих детек5 торов регистрировались в двух независимых анализаторах типа АИ.Временные спектры, полученные от детектора на пролетной базе 1000 м за 10 ч измерительного времени, изображены на фиг.2.Как видно из фиг,2, импульсов от рециклических нейтронов примерно столько же, сколько от быстрых нейт. - ронов в области энергий марганцевых резонансов. Ширина временного канала Г= 2 м с. Если принять долю импульсов от рассеянных в помещении и запаздывающих нейтронов такой же, как в спектре нейтронов на пролетной базе 250 м, а именно 0,08, и вычесть такую же фоновую долю из спектров на 1000 м, 15 то можно считать, что участки спектров под марганцевыми резонансами характеризуют уровень мощности реактора, нестабильность аппаратуры и изменения плотности воздуха в разрывах нейт-щ роновода и в самом нейтроноводе 7. В действительности доля фона для детектора 13 на расстоянии 1000 м значительно меньше 0,08, кроме того, более важна доля собственного фона детектора 13, те. от шумов электроники и космических лучей, Собственный фон от детектора 13 из 91 счетчика на базе 1000 м составлял 0,2 имп/с или 1% от счета под марганцевым резонансом с энергией Е = 0,337 кэВ. 30Таким образом, отношение участков спеКтров под марганцевыми резонаторами представляет мониторный поправочный коэффициент, который в таком виде должен завышать Функцию пропускания З 5 быстрых нейтронов через рециклические нейтроны, поскольку здесь пренебрегают взаимодействием рециклических нейтронов друг с другом.Функция пропускания вычисляется 4 О по обычной Формуле: .Ь" к и у цецЭон м С 13)о/и о/и И ы (13) нетрудно определить 45 п чение и - и взаимодействия:полное сечение п - з взаимо.действия,"толщина нейтронного образца;мониторный коэффициент;счет в канале анализаторапри наличии нейтронногообразца и без негофоновый счет в канале анализатора при наличии нейтронного образца и без него,где н с"обр."о 4 юн Фону )кор, -Формула изобретения Способ определения сечений нейтроннейтронного взаимодействия, заключающийся в том, что с помощью источника нейтронов создаются свободныенейтроны, на которых рассеиваютсядругие нейтроны и затем регистрируются детектором, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью определенияэнергетической зависимости полныхи парциальных сечений нейтрон-нейтронного взаимодействия и упрощенияпроцесса измерений, вначале регистрируют энергетические спектры нейтронов или продуктав нейтрон-нейтронного взаимодействия, получаемых врезультате пропускания по зеркальномувакуумному нейтроноводу быстрых нейтронов от источника через поле медленных нейтронов, представляющих собойнизкоэнергетическую часть спектранейтронов того же источника и движущихся в том же направлении, что ибыстрые нейтроны, затем выводят полемедленных нейтронов из пучка, например, путем помещения на его пути эффективного поглотитЕля медленныхнейтронов, снова регистрируют аналогичные спектры и по известным соот"ношениям определяют соответствующиесечения нейтрон-нейтронного взаимодействия.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Абрамов А.И. Основы экспериментальных методов ядерной Физики, М.,Атомиздат, 1970, с. 25.2, "йцс 1 еаг 1 цяйгцщепсь Мейбодв.",ч, 118, 9 1, 1974,3. Бондаренко И.И., Ковалев В:П.и Золотухин В.Г. Ядерная физика,т.2, вып. 5, 1965, с. 839 (прототип)549023 12 1,7 Фиг,1 120 ао Составитель В,БалашовПисьман Техред М,Кузьма Реда Шекмар оррек каз 9265/ дписное омитета ССоткрытий лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 649 ПИ Государственного о делам иообретенийМосква, Ж, Рауш ПВВ 1 Вго ЯП гПОС НОт нанапо