Нейтронный спектрометр

 

Изобретение относится к физике и технике физического эксперимента и может быть использовано в нейтронной физике. Цель изобретения - увеличение эффективности спектрометра за счет сокращении времени измерений и улучшения размещения по энергиям нейтронов. Спектрометр содержит вакуумированный корпус-электроновод 1, развертывающее устройство 2 для линейной развертки электронного пучка, блоки 4 тормозной мишени, блоки 5 нейтронного конвертера, ловушку 7 электронного пучка, нейтроноводы 9, ускоритель 10 электронов. Электронный пучок разворачивают по тормозной мишени, генерируя при этом нейтроны. Тормозная мишень и конвертер выполнены в виде пакета блоков длины nl с промежутками с длинами кратными 1. Блоки и промежутки между ними образуют двоичную псевдослучайную последовательность, и таким образом, нейтронный поток модулируется по интенсивности этой последовательностью. Геометрия расположения нейтроноводов и нейтронного конвертера обеспечивает равенство пролетных баз от источника до детектора нейтронов. Равенство пролетных баз и псевдослучайная двоичная модуляция потока нейтронов после обработки результатов позволяют восстановить времяпролетный спектр в эквивалентный ему спектр импульсного источника и сократить время измерений. 1 з , п . ф-лы, 1 ил. 2 SS (Л О 00 4- 00 СО to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН

„.SU„„> 4 2

А1 (5I)g H 01 J 49/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4680968/21 (22) 09,03.89 (46) 15, 10 .9 1, Бюл . N 38 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В,А,Втюрин (53) 621 ° 384(088.8) (56) Wilhelmi G., Гompf F. — Nuclear

Instruments and Methods, 1970„

v. 81, р. 36, Авторское свидетельство СССР

М 1598761, кл, Н 01 3 49/40, 1989.

ТИИЭР, т, 64, 1976, К 12, с, 82, (54) НЕИТРОННЪЙ СПГКТРОМЕТР (57) Изобретение относится к физике и технике физического эксперимента и может быть использовано в нейтронной физике. Цель изобретения — увеличение эффективности спектрометра за счет сокращения времени измерений и улучшения размещения по энергиям нейтронов. Спектрометр содержит вакуумированный корпус-электрононод развертывающее устройство 2 для линейной развертки электронного

Изобретение относится к физике и технике. физического эксперимента и может быть использовано в экспериментальной нейтронной физике, например для исследования ядерных реакций, вызываемых нейтронами, или свойств твердого тела при помощи нейтронов.

Целью изобретения является увеличение эффективности спектрометра за счет сокращения времени измерений пучка, блоки 4 тормозной мишени, блоки 5 нейтронного конвертера, ловушку 7 электронного пучка, нейтр<— новоды 9, ускоритель 1О элек1ронон.

Электронный пучок разворачивают по тормозной мишени, генерируя при этом нейтроны, Тормозная мишень и конвертер выполнены в виде пакета блоков длины nl с промежутками с длинами кратными 1, Блоки и промежутки между ними образуют двоичную псевдослучайную последовательность, и таким образом, нейтронный поток модулируется поинтенсивности этой последовательностью, Геометрия рас.— положения нейтроноводов и нейтронно. п конвертера обеспечивает равенство пролетных баз от источникл до детектора нейтронов. Равенство пролетных баз н псевдослучайная двоичная модуляция потока нейтронов после обработки результатов позволяют восстанонить нремяпролетный спектр в эквивалентный ему спектр импульсного источника и сократить время измерений, 1 з,п ° ф-лы, 1 ил, и/или улучшения разрешения но всем диапазоне энергий нейтронов.

На чертеже показано устройство спектрометра, где 1 — вакуумированный корпус-электроновод, 2 — кнадрупольная линза, 3 — развертывающее устройство для линейной развертки электронного пучка> 4 — блски тормозной мишени, 5 — блоки нейтронного конвертера, 6 — промежутки для пропускания электронного пучка, 7 — ло1684832

«ушка электронного пучка, 8 — блоки замедлителя, 9 — нейтроноводы, 10 ускоритель электронов.

На входе вакуумированного корпуса

1, соединенного с выходом электронного (индукционного) ускорителя 10, установлена квадрупольная линза 2, формирующая линейный фокус электронного пучка в объеме блоков нейтронно- 10

ro конвертера 5. После линзы установлено развертывающее устройство 3 (представляющее собой импульсный магнит, синхронизованный с током электронного пучка), ориентированное для развертки пучка по пакету блоков тормозной мишени 4 и нейтронного конвертера 5 в вертикальной плоскости. Пакет блоков 4, 5 установлен вертикально в точке пересечения осей нейтроно- 20 водов. Промежутки 6 между блоками 4,5 служат для пропускания электронного пуска в ловушку 7, которая поглощает энергию электронного пучка при минимальной генерации тормозного излучения и защите от него нейтронного конвертера 5, По бокам нейтронного конвертера 5 могут быть установлены блоки замедлителя 8, служащие для формирования нейтронного спектра.

Вакуумированные нейтроноводы 9 имеют диаметр больший или равный длине блоков нейтронного конвертера 5 и замедлителя 8 с тем, чтобы пропускать к детектору нейтроны, испущенные из любого блока конвертера.

Работа устройства происходит следующим образом.

Во время прохождения импульса тока ускорителя 10 квадрупольная линза 2 фокусирует электронный пучок по вертикали и дефокусирует его по горизонтали, развертывающее устройство 3 линейно развертывает электронный пучок по пакету блоков тормозной мишени

4 с блоком нейтронного конвертера 5 °

В моменты, когда пучок попадает на очередной блок, генерируется тормозное излучение, в пучке которого находится соответствующий блок нейтрон50 ного конвертера, генерирующего при

О этом поток нейтронов, В момент, когда пучок попадает в промежуток 6 между блоками, он проходит мимо тормозной мйшени и попадает в ловушку 7 пучка.

Генерация нейтронов в этот момент практически прекращается, так как ин- тенсивность тормозного излучения в ловушке значительно меньше, чем в тормозной мишени, из-эа малого атомного номера Z, удаленности источника тормозного излучения от нейтронного конвертера и ориентации углового распределения тормозного излучения ловушки по направлению пучка, то есть в направлении, противоположном расположению конвертера, Таким образом, поток нейтронов оказывается промодулированным во времени псевдослучайной последовательностью коротких импульсов. Ориентация плоскости развертки перпендикулярно плоскости, в которой расположены нейтроноводы, обеспечивает равенство длины пролетной базы от любого из блоков нейтронног о конвертера 5 и замедлит . ч 8 до детектора.

Следовательно, такой источник нейтронов оказывается эквивалентным источнику с размерами порядка величины нейтронного пятна в замедлителе в направлении на детектор, излучение которого промодулировано во времени псевдослучайной последовательностью, После окончания измерений полученный времяпролетный спектр преобразуется в эквивалентный ему времяпролетный спектр импульсного нейтронного источника с длительностью импульса t/N, где N = 2 -1 — длина

Pl псевдослучайной последовательности, а. полученная статистическая точность, пропорциональная средней интенсивности потока нейтронов, определяется коэффициентом заполнения псевдослучайнбй последовательности, который равен 1/2, Данное устройство может быть модифицировано для целей традиционной нейтронной спектроскопии путем установки замедлителя между нейтронным конвертером и нейтроноводами, При

=-том спектр нейтронного конвертера сглаживается замедлителем, а исследуемый образец и детектор устанавли«аются на другом конце нейтронопровода.

Например, рассмотрим характерис.;ики спектрометра на основе ускори.еля ЛИУ-30, Выигрыш в разрешении или эффективная длительность нейтронного импульса здесь определяется следующими факторами:

1, глубиной модуляции нейтронного потока, которая определяет длину псевдослучайной последовательности;

5 16

2, размерами электронного пучка в направлении развертки, размером линейного фокуса, определяющим длительность фронта включения нейтронного потока;

3. быстродействием детектора и электронной аппаратуры;

4. размерами нейтронного пятна в замедлителе;

5. временем жизни нейтронов в замедлителе.

Глубина модуляции нейтронного потока определяется отношением потока нейтронов от конвертеров в момент, когда электронный пучок попадает на тормозную мишень, к потоку, который генерируется 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 к потоку назад при энергии 30 МэВ

P = 20. Принимая расстояние от нейтронного конвертера до ловушки пучка

50 см и площадь нейтронного конвертера Б„К = 80 см, получаем отношение потоков

Zg 4иК 74 12 6 2500

Е< SnК S 200

3 10

84832 6

l5

° \

Таким образом при использовании данного устройства как спектрометра фотонейтронов предельно достижимое разрешение ограничивается факторами

2 и 3, Поэтому положительный эффект, достигаемый данным устройством, обусловлен только сокращением времени измерений, которое определяется отношением ширины исследуемого интервала энергий к ширине окна, гпе достигается улучшение разрешения в прото типе (100-400 эВ). Ширина исследуемого интервала в резонансной области при времяпролетной методике на близком по интенсивности источника ИБР-30 обычно не превышает нескольких десятков кэВ, откуда следует, что сокращается время измерений по сравнению с прототипом примерно в 100 раз, При установке замедлителя и использовании устройства в качестве обычного нейтронного спектрометра основными ограничивающими факторами являются

3 и 4, Необходимо отметить, что эти факторы являются общими для всех нейтронных спектрометров и сокращение длительности импульса за их счет, как правило, достигается путем снижения среднего потока нейтронов, Даже в простейшем варианте реализации предлагаемое устройство дает четырехкратный выигрыш в эффективности по сравнению с блйзкими по функциональному назначению устройствами, 55 где Z-, 2, — атомные номера материалов мишени и ловушки, Размер электронного пучка легко может быть доведен до 1 мм. При длине развертки порядка 400 мм (диаметр нейтроновода) может быть реализована псевдослучайная последовательность длиной N = 2 -1 = 255 с эффективной

8 длительностью менее 4 нс.

Быстродействие детектора нейтронов и регистрирующей аппаратуры составляет в лучшем случае 2-5 нс. Размер нейтронного пятна в водяном замедлителе 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.

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 кон( вертер, отличающийся 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 из материала с малым атомным номером Z расположенная на оси электронного пучка эа нейтронным конвертером, тор мозная мишень и нейтроный конвертер выполнены в виде пакета длины nl из

1684832

1

Составитель К,Меньшиков

Техред А. Кравчук Корректор М. Самборская

Редактор Н.Каменская

Заказ 3510 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям .и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 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 и 2 -1, тй

2,3,4, ... целое число, причем автокорреляционная функция двоичной последовательности равна 1 или

1 (- -) так что единице в последоваи 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 Ж и и с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введен замедлитель, установленный между нейтронным конвертером и нейтроноводом.