Экспериментальные методы исследования реакций с нейтронами.

Для определения зависимости сечения взаимодействия от энергии налетающего нейтрона часто используется метод времени пролёта. При этом используется импульсный источник нейтронов. Если детектор находится на расстоянии L (называемой пролётной базой) от активной зоны реактора, то, зная время пролёта нейтрона от реактора до детектора, легко определить его кинетическую энергию. Используя известную массу нейтрона, получим:

(4.1)

Здесь E в эВ, L в м и t в мксек., C= 72.3² = 5227.

Энергетическое разрешение метода зависит от неопределённости в определении времени пролёта, которая главным образом зависит от длительности нейтронной вспышки.

Дифференцируя выражение (4.1) легко получить следующую формулу для неопределённости энергии:

, (4.2)

то есть она быстро возрастает с ростом энергии. Отсюда следует, что для исследования узких резонансов необходимы источники с малой шириной вспышки и большие пролётные базы (десятки или сотни метров).

Можно привести также простую формулу для относительного разрешения:

(4.3)

Неопределённость в определение энергии вносит также тепловое движение атомов образца. В этом случае распределение энергий относительного движения описывается функцией Гаусса:

(4.4)

Эта неопределённость характеризуется доплеровской шириной:

(4.5)

А – атомный вес исследуемых ядер.

Для определения полного сечения взаимодействия используется метод пропускания, схема которого показана на рис. Пропускание определяется с помощью хорошо коллимированного пучка нейтронов и равно отношению числа прошедших через образец нейтронов N к числу нейтронов, попавших на образец за то же время N₀:

(4.6)

N_t – число ядер в образце, t - толщина образца. Часто используют толщину образца в см^-2, то есть число ядер, приходящихся на квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной падающему пучку нейтронов: .

Для более точного измерения пропускания необходимо чередовать измерения с образцом и без образца.

(4.7)

Для определения фона между источником и детектором помещают вещество, обладающее сильным резонансом. При этом в области этого резонанса поток нейтронов поглощается (“выедается”) полностью. Счет детектора в этом интервале объясняется только фоновыми отсчетами.

Для изучения рассеяния нейтронов, других реакций и угловых распределений вылетающих частиц используются детекторы самых различных видов, расположенных вблизи образца.

При исследовании реакций необходимо учитывать толщину образца, так как поток нейтронов значительно уменьшается внутри мишени.

Число зарегистрированных частиц равно:

(4.8)

Легко видеть, что в случае тонкого образца (при ) , то есть счёт детектора прямо пропорционален толщине образца и сечению реакции.

Исследуя резонансное сечение необходимо также учитывать разрешение установки, поскольку в неопределённость определения энергии вносят вклад неопределённости во времени испускания нейтрона и погрешность в определении пролётной базы L. Функцию разрешения в первом приближении можно считать функцией Гаусса.