Publikacje
|
Strona główna
Detektory Neutronów
Neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego, przez co bardzo słabo oddziałują z elektronami i nie
wywołują bezpośrednio jonizacji. Aby je wykryć trzeba posłużyć się jakimś wywołanym przez nie
zjawiskiem, w którym wytwarzane jest promieniowanie silnie oddziałujące z materią.
Promieniowanie jonizujące, która jest skutkiem oddziaływania neutronów z materią, może występować
w następujących zjawiskach:
1. Reakcje jądrowe z emisją cząstek naładowanych wywołane przez neutrony, np.: reakcje (n, p),
(n, ) lub reakcje rozszczepienia
jąder.
2. Rozpraszanie elastyczne neutronów na lekkich jądrach, głównie na protonach, w wyniku którego
neutron przekazuje jądru odrzutu część swojej energii.
3. Wzbudzona promieniotwórczość jąder wywołana przez neutrony.
Wybór metody detekcji będzie zależał od energii neutronów, dla których procesy te mają różne wydajności.
Neutrony umownie dzieli się na grupy zależnie od ich energii:
1. Neutrony powolne (energia: 0 eV < E < 1000 eV):
a) neutrony zimne (energie rzędu 0,001 eV; ze związku E = kT odpowiada im temperatura T = 11,6 K);
b) neutrony termiczne (energie około 0,025 eV, którym odpowiada temperatura
T 393 K = 20°C);
c) neutrony rezonansowe (energie od 1 do 1000 eV). Rezonansowe dlatego, że w reakcjach jądrowych w
tym obszarze energii neutronów występują rezonanse, polegające na gwałtownym wzroście przekroju
czynnego przy pewnej energii.
2. Neutrony pośrednich energii (1 keV < E < 500 keV).
3. Neutrony prędkie (0,5 MeV < E < 50 MeV).
4. Neutrony wysokich energii (E > 50 MeV).
Najczęściej stosowane metody detekcji neutronów:
1. Reakcja jądrowa, np:
gdzie Q oznacza energię reakcji. Jeśli Q > 0, to reakcja jest egzoenergetyczna i zachodzić może
nawet przy najniższych energiach neutronów bombardujących. Natomiast gdy Q < 0, to reakcję nazywamy
endoenergetyczną i zachodzić może tylko powyżej pewnej energii progowej neutronów. W przypadku
energii z borem Q = +2,3 MeV, wiec będzie ona zachodziła nawet dla najnizszych energii neutronów.
Reakcja ta nadaje się szczególnie dobrze do detekcji neutronów termicznych.
Powstająca w tej reakcji, wywołanej przez neutrony termiczne, cząstka
ma energię 1,47 MeV, podczas gdy jądro litu ma 0,83 MeV.
Zależnie od metody, jakiej użyjemy do detekcji tych cząstek otrzymamy różne detektory neutronów. Może
to być fotograficzna emulsja jądrowa, do której wprowadza się bor i w której po eksponowaniu jej na
strumień neutronów i wywołaniu, zlicza się tory odpowiadające emitowanym cząstkom. Stosuje się również
liczniki proporcjonalne wypełnione trójfluorkiem boru lub też zawierające bor w formie stałej
wykładziny w katodzie. W przypadku zastosowania liczników scyntylacyjnych używa się scyntylatory
zawierające bor.
Wydajności liczników neutronów termicznych dochodzić mogą nawet do kilkudziesięciu procent. Mogą być
one użyte również do rejestracji neutronów prędkich, spowolnionych
uprzednio przez zderzenia z protonami w jakiejś reakcji z wodorem wokół licznika.
Reakcji z litem i helem
używamy do spektrometrii neutronów prędkich.
2. Reakcję rozszczepienia, której ulegają najcięższe jądra przy chwytaniu neutronów:
.
Przy czym jest spełnione:
,
,
gdzie m to liczba emitowanych w tej reakcji neutronów, Z1 i Z2 są liczbami atomowymi jąder,
A1 i A2 są liczbami masowymi jąder.
Energia wydzielana w tej reakcji, głównie w postaci energii kinetycznej produktów rozszczepienia wynosi
około 200 MeV. Pewne jądra, jak lub
, ulegają rozszczepieniu już pod wpływem neutronów
termicznych, inne pod wpływem neutronów prędkich, o energiach wyższych
od pewnej energii progowej, jak np. (energia progowa Ep=1,49 MeV),
(Ep=1,75 MeV).
W celu detekcji neutronów wprowadza się materiały rozszczepialne do komory jonizacyjnej w formie folii
lub okładziny na elektrodach. W licznikach scyntylacyjnych stosuje się scyntylatory zawierające
mieszaninę materiału rozszczepialnego i scyntylującego. Przy użyciu liczników półprzewodnikowych
umieszcza się przed detektorem płytkę z naniesioną na nią warstwą materiału rozszczepialnego.
3. Rozpraszanie elastyczne neutronów na lekkich jądrach, w którym neutron przekazuje część swej
energii jądru odrzutu. Aby odrzucone jądro mogło być zarejestrowane, musi posiadać dostatecznie wysoką
energię. Metoda ta nadaje się zatem tylko do rejestracji neutronów prędkich.
Widmo protonów odrzuconych pod różnymi kątami jest ciągłe mimo
monochromatycznych neutronów. Nie wykorzystuje się przy tym odrzutu protonów pod wszystkimi kątami,
bo zbyt dużym kątom odpowiadają zbyt małe energie protonów i zbyt małe impulsy. Ogranicza to wydajność
tego typu detektorów.
Dla energii neutronów do 10 MeV przekrój czynny rozpraszania na protonach jest izotropowy, niezależny
od kąta rozpraszania w układzie środka masy rozpraszanych cząstek.
Do rejestracji protonów odrzutu można użyć licznika jonizacyjnego jak również emulsji fotograficznej,
jako detektora protonów.
4. Metoda aktywacyjna. Polega na mierzeniu wzbudzonej promieniotwórczości powstającej w pewnych
materiałach przy chwytaniu neutronów. Materiał mający podlegać aktywacji wprowadzany jest do
mierzonego strumienia neutronów, jest tam naświetlany przez pewien czas,
a następnie mierzona jest licznikiem uzyskana aktywność.
Metoda ta jest stosunkowo czuła i pozwala wprowadzić detektor w miejsca niedostępne dla innych jednak
nie daje wyników natychmiastowych.
Na górę
Strona główna
|