Угловые распределения рассеяния нейтронов ядрами : Спектрометр УГРА и первые эксперименты

• Автор: Еник, Темур Львович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 69 с. : ил.

Оглавление
^ Введение

Глава 1. Разработка и изготовление детекторов для спектрометра

1.1. Газоразрядные нейтронные детекторы

1.2. Батареи промышленных счетчиков

1.3. Многонитевые счетчики

Глава 2. Спектрометр УГРА и его характеристики

2.1. Конструкция спектрометра

^ 2.2. Основные параметры спектрометра

2.2.1. Светосила и эффективность

2.2.2. Разрешение и средняя энергия в канале

2.2.3. Фон
2.3. Учет искажающих эффектов
2.3.1. Энергия отдачи и самоэкранировка
2.3.2. Перерассеяние нейтронов вне образца
2.3.3. Многократное рассеяние в образце
ф 2.4. Определение дифференциального сечения рассеяния
Глава 3. Первые исследования со спектрометром
3.1. Перспективы измерения электрической поляризуемости нейтрона
3.2. Дублет резонансов 89У при энергии 11,59 кэВ
3.3. Интерференционные провалы в-резонансов 238и
Заключение
Литература

Введение
Уже почти 30 лет в ЛНФ ОИЯИ проводятся исследования угловых распределений рассеяния нейтронов ядрами при нейтронных энергиях от сотен эВ до сотен кэВ. Методика и результаты этих исследований описаны в обзорах [1],[2], там же содержится и полная библиография по этим работам.
Ценность таких исследований заключается в следующем. Будучи при указанных энергиях квадратом суммы амплитуд в- и р-рассеяния, дифференциальное сечение упругого рассеяния может быть приближенно представлено в виде
где первый изотропный член - чисто Б-рассеяние, а третий член - чисто р-рассеяние - обычно пренебрежимо мал. Таким образом, так как амплитуда я0 хорошо известна для большинства ядер, выделение второго интерференционного члена (1) по его характерной зависимости от угла рассеяния О даст однозначную информацию об амплитуде р-волны рассеяния я, при всех использованных энергиях нейтронов.
Другая особенность килоэлектронвольтных нейтронов состоит в том, что при их рассеянии на ядрах с зарядом 2 > 80 должно проявляться дальнодействующее электромагнитное взаимодействие между наведенным электрическим дипольным моментом нейтрона с1 - апЕ и электрическим кулоновским полем ядра напряженностью Е = 2ег1 (г -расстояние нейтрон-ядро). Сила этого взаимодействия описывается взаимной потенциальной энергией
которая, в свою очередь, определяется величиной коэффициента электрической поляризуемости нейтрона ап.
а{в) = (я0 + я, соя в)1 = я2 + 2я0я, соб в+я,2 соэ2 0,

Среди результатов, полученных в ЛИФ с килоэлектронвольтными нейтронами, заслуживают упоминания одна из первых попыток измерить а„, определение смесей спиновых каналов для ряда р-резоиансов, систематическое измерение радиусов потенциального р-рассеяния Я, и первое явное наблюдение спин-орбитального расщепления Зр-максимума нейтронной силовой функции
путем раздельного определения её компонент и Б{у ,
Нейтронный спектрометр УГРА (сокращение слов “угловые распределения”) предназначен для продолжения прецизионных измерений угловой зависимости 0 упругого рассеяния нейтронов ядрами в диапазоне энергий от единиц эВ до десятков
кэВ. Главной целыо его сооружения является возрождение на более высоком теоретическом и методическом уровне одной из первых попыток обнаружить электрическую поляризуемость нейтрона в эксперименте.
Инициированная работой [3] и реализованная в работе [4], эта попытка привела лишь к верхней оценке для коэффициента поляризуемости а„<б-10'42 см3 , хотя все теоретические предсказания для нейтрона и экспериментальные значения для протона и я - мезона сосредоточены вблизи НО-42 см3 ,тем не менее, она в оставалась рекордной более 20 лет.
С конца 80-ых годов начала активно эксплуатироваться идея об извлечении ап из полного нейтронного сечения о, на изотопе 208РЬ, которое имеет вклад от поляризуемости -0,13 иа'ГЁ мб (а„ в единицах КГ42см3, энергия нейтронов Е в эВ). В этих работах ошибка вышла на уровень Аап = (1 -*-2) ■ 10'42см3, но дальше прогресс застопорился.
В наших работах [5,6] на примере анализа результатов работы [7] продемонстрированы некоторые трудности и возможные ошибки на пути решения поставленной задачи. Главная проблема - точно учесть вклад в 01 резонансов, что

В нашем же случае вакуумированой камеры ситуация с фоном значительно лучше, но, к сожалению, не в тысячу или более раз, как было бы, если бы весь фон без образца происходил от рассеяния на остаточном газе. Уже по пикам быстрых нейтронов в районе 30-го канала в спектрах 2 и 5 на рнс.15 можно заключить, что откачка камеры и ликвидация заглушек на нейтроноводе вблизи камеры дает ослабление фона только примерно в 70 раз. Цифра ослабления (~ 30 раз) была получена нами из тех же спектров по превышению суммарного счета в каналах 75-130 и 131-186 по сравнению со счетом в каналах 375-430 (это провал резонанса 55Мп 2,37 кэВ). По всей вероятности, все превышение в спектре 5 собственного фона детектора следует отнести к еще одной, четвертой компоненте фона. Она связана с неидеальной коллимацией пучка, вследствие чего небольшая часть нейтронов попадает на рамку держателя образцов и стенки камеры, а затем в детектор. Это имеет место и в измерениях с образцом, а потому до получения вышеупомянутого спектра-разности с образцом из полного спектра с образцом надо вычесть полный спектр без образца.
В качестве примера приводим расчеты эффекта образца Сс1 при энергиях нейтронов около 4,2 кэВ (каналы 275-330 в спектрах, представленных на рис.15) и 25 кэВ (каналы 134-138). Вместо кривой фона, как на рис.16, использовались провалы ближайших резонансов в каналах 375-430 и 115-119. Итак:
Видно, что в вакууме регистрируется больше нейтронов (нет ослабления пучка воздухом) и с лучшей точностью (фон меньше).