Глава 14

14.1.1 Теория регистрации полного потока нейтронов

Скорость счета полного потока нейтронов определяется по простой формуле:

где Т — скорость счета полного потока нейтронов, имп./с; ε — полная эффективность регистрации, имп./нейтрон; ML — умножение нейтронов утечки в образце, отн. ед.;

S — интенсивность первичного излучения нейтронов в образц е, нейтрон/с.

Полная эффективность регистрации ε — это число импульсов, зарегистрированных детектором от одного нейтрона, излученного образцом. Умножение нейтронов утечки из образца ML — это отношение числа нейтронов, излученных с внешней поверхности образца, к одному первичному нейтрону, рожденному внутри образца. Интенсивность нейтронного излучения в образце S — это коли- чество первичных нейтронов, образованных за секунду в обр азце.

Построение этой главы основано на уравнении (14.1). Факторы, воздействующие на величины S, ML и ε рассматриваются относительно влияния, которое они оказывают на методику пассивного анализа материалов .

14.1.2 Сравнение методов регистрации полного потока нейтронов и нейтронных совпадений

Перед изложением основных принципов регистрации полного потока нейтронов необходимо сравнить регистрацию полного потока нейтронов с регистрацией нейтронных совпадений, принципы которой подробно описаны в главе 16. Как правило, регистрация полного потока нейтронов относится ко âñåì нейтронам, испускаемым из образца, в то время как регистрация совпадений — только к нейтронам, коррелированным во времени.

Тремя основными источниками нейтронов для пассивного анализа материалов являются реакции (α,n), спонтанное деление и вынужденное деление (см. главу 11 с подробным описанием механизмов образования нейтронов). В результате реакции (α,n) нейтроны образуются во времени случайным образом. При делении образуются "пачки", состоящие от 0 до 8 нейтронов. Схема совпадений может отделять нейтроны, образованные в процессе деления, от образованных при реакции (α,n). Такая особенность позволяет обеспечить проведение пассивного анализа содержания изотопов плутония с высокими скоростями спонтанного деления (в основном это 240Pu) на фоне значительного количества нейтронов от (α,n)-реакции и естественного нейтронного фона помещения. Кроме того, в активных методиках совпадений нейтронов применяются внешние источники нейтронов подсветки, например, из реакции (α,n), чтобы индуцировать реакцию вынужденного деления в образце, результирующие нейтроны которой регистрируются с использованием электронной схемы совпадений. Схемы регистрации полного потока нейтронов и нейтронных совпадений различным образом реагируют на три источника образования нейтронов как при пассивном, так и при активном анализе. Это показано в табл. 14.1. Отметим, что в активном анализе вклад нейтронов спонтанного деления измеряемого образца может быть значительно снижен путем подбора интенсивного источника нейтронов (α,n)-реакции.

Таблица 14.1 — Чувствительность методик регистрации нейтронов к нейтронам от трех источников

* СД — нейтроны спонтанного деления. ** ВД — нейтроны вынужденного деления

Обычно, чем к меньшему числу источников нейтронов чувствительна методика, тем в большей степени она подходит для анализа определенных изотопов. Чем больше методика специфична к виду изотопов, тем более она полезна для анализа. Вообще пассивный метод регистрации полного потока нейтронов является наименее избирательным методом из представленных в табл. 14.1. Однако в тех случаях, когда преобладает только один из трех источников нейтронов, для анализа может быть применена пассивная регистрация полного потока нейтронов. Например, UF6, содержащий высокообогащенный уран, и PuF4 являются материалами, в которых преобладают нейтроны (α,n)-реакции. Металлические образцы урана и плутония являются примерами, когда спонтанное деление представляет собой основной источник нейтронов. В каждом из этих примеров вынужденное деление может быть фактором, усложняющим анализ при регистрации как полного потока нейтронов, так и нейтронных совпадений. Так как вынужденные деления увеличивают средний выход нейтронов из образца, а отклик схем совпадений (например, сдвигового регистра, описанного в главе 16) увели- чивается быстрее, чем средний поток нейтронов из образца, то регистрация полного потока нейтронов менее чувствительна к мешающему воздействию вынужденного деления.

Скорость счета совпадений пропорциональна ε2, в то время как скорость сче- та полного потока нейтронов пропорциональна ε. Изменения в матрице образца (например, наличие влаги) могут изменить среднюю энергию нейтронов, излуча- емых из образца, и тем самым изменить эффективность детектора ε. Следовательно, регистрация нейтронных совпадений является более чувствительной к изменениям ε, чем регистрация полного потока нейтронов. Кроме того, результат регистрации полного потока нейтронов статистически намного точнее, чем результат регистрации совпадений за то же время измерения.

Недостаком метода регистрации полного потока нейтронов по сравнению с регистрацией совпадений является его чувствительность к фоновым нейтронам. Обычно фоновые нейтроны распределяются во времени случайно и легко отделяются схемой совпадений. Чтобы устранить это влияние используется отдельное измерение фона или применение специальной внешней защиты, либо совместно оба этих способа. Однако во многих случаях интенсивность фоновых нейтронов незначительна по сравнению с интенсивностью всех нейтронов из образца и эти дополнительные меры не обязательны.

На практике регистрация полного потока нейтронов и регистрация нейтронных совпадений часто применяются вместе для того, чтобы скорректировать ре-