Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка и изготовление детекторов для спектрометра 7
1.1. Газоразрядные нейтронные детекторы 7
1.2. Батареи промышленных счетчиков 19
1.3. Многонитевые счетчики 20
Глава 2. Спектрометр УГРА и его характеристики 25
2.1. Конструкция спектрометра 25
2.2. Основные параметры спектрометра 28
2.2.1. Светосила и эффективность 28
2.2.2. Разрешение и средняя энергия в канале 30
2.2.3. Фон 31
2.3. Учет искажающих эффектов 36
2.3.1. Энергия отдачи и самоэкранировка 36
2.3.2. Перерассеяние нейтронов вне образца 38
2.3.3. Многократное рассеяние в образце 42
2.4. Определение дифференциального сечения рассеяния 46
Глава 3. Первые исследования со спектрометром 48
3.1. Перспективы измерения электрической поляризуемости нейтрона 48
3.2. Дублет резонансо в Y при энергии 11,59 кэВ 53
3.3. Интерференционные провалы s-резонансов U 59
Заключение 65
Литература 67
- Батареи промышленных счетчиков
- Основные параметры спектрометра
- Разрешение и средняя энергия в канале
- Перерассеяние нейтронов вне образца
Введение к работе
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 s- и р-рассеяния, дифференциальное сечение упругого рассеяния может быть приближенно представлено в виде
ст(0) = (оо + a, cos0)2=a2+2a0aico^0 + af cos2 в, (1)
где первый изотропный член - чисто s-рассеяние, а третий член — чисто р-рассеяние - обычно пренебрежимо мал. Таким образом, так как амплитуда aQ хорошо известна
для большинства ядер, выделение второго интерференционного члена (I) по его характерной зависимости от угла рассеяния г? дает однозначную информацию об амплитуде р-волны рассеяния о, при всех использованных энергиях нейтронов.
Другая особенность килоэлектроивольтных нейтронов состоит в том, что при их рассеянии на ядрах с зарядом Z>80 должно проявляться дальнодействугащее электромагнитное взаимодействие между наведенным электрическим дипольним
моментом нейтрона d=a„E н электрическим кулоновским полем ядра
напряженностью Е = Ze/r2 (г -расстояние нейтрон-ядро). Сила этого взаимодействия описывается взаимной потенциальной энергией
W(r) = ~dE2=- " / , (2)
2 2г*
которая, в свою очередь, определяется величиной коэффициента электрической поляризуемости нейтрона ап.
Среди результатов, полученных в ЛНФ с килоэлектронвольти ыми нейтронами, заслуживают упоминания одна из первых попыток измерить ссп, определение смесей спиновых каналов для ряда р-резопансов, систематическое измерение радиусов потенциального р-рассеяния Rt и первое явное наблюдение спин-орбиталыюго расщепления Зр-макснмума нейтронной силовой функции Si путем раздельного определения её компонент Sly и Sly.
Нейтронный спектрометр УГРА (сокращение слов "угловыс распределения") предназначен для продолжения прецизионных измерений угловой зависимости упругого рассеяния нейтронов ядрами в диапазоне энергий от единиц эВ до десятков кэВ. Главной целью 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 ап<6'10^2 см , хотя все теоретические предсказания для нейтрона и экспериментальные значения для протона и тс" - мезона сосредоточены вблизи 1-Ю*42 см3 дем не менее, она оставалась рекордной более 20 лет.
С конца 80-ых годов начала активно эксплуатироваться идея об извлечении ап из полного нейтронного сечения at на изотопе РЬ, которое имеет вклад от
поляризуемости -0,13 аа-/Ё мб (а„ в единицах Ш^см3, энергия нейтронов Е в эВ). В этих работах ошибка вышла на уровень Догя = {1+2)-10-42см , 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 о\ резопансов, что
априори сделать невозможно из-за неполноты данных о них (в особенности об отрицательном резонансе при энергии -1,9МэВ). Поэтому в подходе, примененном в [5], вводится дополнительный неизвестный параметр п, определяющий добавку к радиусу потенциального рассеяния R0, т.е. R +hE. В подходе [7] это тем более
проблематично, ибо там потребуется выделять еще один член сечения ~3/2 неизвестной величины.
В этой ситуации было принято решение о создании в ЛНФ спектрометра четвертого поколения (работа [4] выполнялась на спектрометре второго поколения, а работа на новой установке базируется на опыте работы на установке третьего поколения [8]). О теоретической базе и математическом моделировании нового эксперимента по определению поляризуемости нейтрона было рассказано в лекции
19].
Ранее использовалась аппаратура трех поколений. Вначале это была батарея BF3 -пропорциональных счетчиков с общим рабочим объемом ~ 1,5 л, которая помещалась в подвижной защите из парафина с ВдС с окном-каналом в направлении на рассеиватель и регистрировала рассеяние на углы от 45 до 135. Затем была построена установка, состоявшая из девяти неподвижных батарей борных счетчиков объемом ~4,б л каждая. Каналы в защите детекторов позволяли регистрировать одновременно нейтроны, рассеянные на 9 углов от 30 до 150. Установка третьего поколения представляла собой один подвижный детектор в массивной защите, состоявший из 50 счетчиков, заполненных 3Не до давления 7-10 атмосфер и имевших суммарный рабочий объем около 8 л.
Описываемый ниже спектрометр сочетает в себе все положительные стороны предыдущих спектрометров. Первый из них был весьма малосветосильным. Второй был во много раз светосильнее, но возникла проблема разброса спектральной чувствительности у разных детекторов. Третий спектрометр снял эту проблему и
оставил возможность дальнейшего увеличения светосилы за счет увеличения числа подвижных детекторов, регистрирующих каждый "свое" угловое распределение. Эта возможность и реализована в установке УГРА, где, кроме того, существенно уменьшен фон, ибо падающие на мишень и рассеянные нейтроны пробегают свой путь в вакууме. Одновременно, по крайней мере, на порядок, уменьшается эффект персрассеяния нейтронов, т.е. тех нейтронов, которые, рассеявшись мишенью не в детектор, попадают в него из-за последующего рассеяния на окружающих мишень веществах.
В первой главе диссертации дастся обзор газоразрядных методов регистрации нейтронов и описываются детекторы спектрометра УГРА.
Вторая глава диссертации посвящена описанию устройства и исследований всех характеристик установки как работающего прибора для измерения дифференциальных сечений рассеяния.
В третьей главе диссертации описаны первые физические исследования со спектрометром: перспективы измерения поляризуемости нейтрона, изучение дублета s- и р-резонансов в ядре S9Y и измерения сечений рассеяния нейтронов вблизи первых s-резопапсов ^U.
В заключении дается перечень основных результатов, описанных в диссертации, а также перспективы дальнейших научных исследований на спектрометре УГРА.
Батареи промышленных счетчиков
Первый вариант детектора представляет собой батарею из 19 серийных счетчиков типа СНМ-33, сложенных в виде шестигранной призмы диаметром 160 мм и длиной около полуметра. Общий рабочий объем такого детектора около 7 л. Каждый счетчик представляет собой цилиндр из нержавеющей стали, заполненный 3Не(7атм) и Аг(Затм), с натянутым в центре анодом. Анодные нити всех счетчиков соединены и работают па общий зарядочувствительный предусилитель. Диаметр анода 100мкм, что требует, для получения приемлемого выходного сигнала, подавать напряжение выше 1,5кВ. Так как у такой батареи существует разброс коэффициентов газового усиления, а соответственно, выходных амплитуд у каждого счетчика, то для получения хорошей дискриминации от шумов было выбрано рабочее напряжение ЗкВ. Обычный газоразрядный детектор, нормально работающий в атмосферном воздухе при таком напряжении, в невысоком вакууме, характерном для нейтроноводов на ИБР-30, работать не может из-за интенсивных разрядов между любыми проводниками с большой разностью потенциалов. Многократные попытки изолировать все высоковольтные части (включая разъемы) монтажа батареи гелиевых счетчиков, оставляя возможность ее разборки в случае необходимости, не дали желаемого результата. Только после того, как детекторы были помещены в легкие герметичные кожухи с вводами высокого напряжения, питания предусилитслей и с выводом сигналов (внутри кожухов атмосферное давление воздуха, а снаружи - форвакуум), они заработали нормально. Высоковольтные кабели соединялись в вакууме камеры с помощью спая, погруженного в сосуд с трансформаторным маслом. Мы изготовили два подобных детектора, с которыми было проведено большинство описываемых ниже исследований. К сожалению, батареи заводских счетчиков, ввиду разброса характеристик отдельных счетчиков, имеют довольно широкий спектр амплитуд нейтронного сигнала, медленно спадающий в сторону малых амп заработали нормально. Высоковольтные кабели соединялись в вакууме камеры с помощью спая, погруженного в сосуд с трансформаторным маслом. Мы изготовили два подобных детектора, с которыми было проведено большинство описываемых ниже исследований.
К сожалению, батареи заводских счетчиков, ввиду разброса характеристик отдельных счетчиков, имеют довольно широкий спектр амплитуд нейтронного сигнала, медленно спадающий в сторону малых амплитуд. Это создает проблемы получения высокой и стабильной эффективности детектора в процессе измерений. Необходимость получения высоких скоростей счета вынуждает увеличивать чувствительный объем детектора. Увеличение размеров счетчика приводит к уменьшению стеночного эффекта, но ухудшает его временные характеристики из-за увеличения времени собирания электронов и разброса во времени запаздывания импульсов по отношению к акту взаимодействия. Из-за дефицита и дороговизны промышленных счетчиков, а главное, желания улучшить характеристики детектора, было решено создать детектор с несколькими нитями в общем газовом объеме. разделенные шестью катодными пластинами из нержавеющей стали толщиной 1,5 мм. Цилиндрический корпус из нержавеющей стали также служит катодом для ближайших к нему анодов. Для выравнивания напряженности электрического поля нити, ближайшие к корпусу, сделаны из позолоченной вольфрамовой проволоки диаметром 35 мкм. Рабочая длина нитей - около 40 см. Имея в виду очевидную неэквивалентность условий работы крайних и серединных анодов пластинчатого детектора, а также краевые эффекты и «мертвые» зоны со слабым полем в промежутках между нитями, мы разработали и изготовили второй вариант детектора, отличающийся сотовым расположением электродов. Его схема представлена на рис.7- Нити натянуты между двумя дисками из дюралюминия. Анодные нити, катоды окруженные катодными нитями из бериллиевой бронзы толщиной 100 мкм и корпусом детектора, образуют 19 самостоятельных ячеек-счетчиков, находящихся в общей газовой смеси. характеристик расстояние между анодом и литуд. Это создает проблемы получения высокой и стабильной эффективности детектора в процессе измерений. Необходимость получения высоких скоростей счета вынуждает увеличивать чувствительный объем детектора. Увеличение размеров счетчика приводит к уменьшению стеночного эффекта, но ухудшает его временные характеристики из-за увеличения времени собирания электронов и разброса во времени запаздывания импульсов по отношению к акту взаимодействия. Из-за дефицита и дороговизны промышленных счетчиков, а главное, желания улучшить характеристики детектора, было решено создать детектор с несколькими нитями в общем газовом объеме. разделенные шестью катодными пластинами из нержавеющей стали толщиной 1,5 мм. Цилиндрический корпус из нержавеющей стали также служит катодом для ближайших к нему анодов. Для выравнивания напряженности электрического поля нити, ближайшие к корпусу, сделаны из позолоченной вольфрамовой проволоки диаметром 35 мкм. Рабочая длина нитей - около 40 см. Имея в виду очевидную неэквивалентность условий работы крайних и серединных анодов пластинчатого детектора, а также краевые эффекты и «мертвые» зоны со слабым полем в промежутках между нитями, мы разработали и изготовили второй вариант детектора, отличающийся сотовым расположением электродов. Его схема представлена на рис.7- Нити натянуты между двумя дисками из дюралюминия. Анодные нити, катоды окруженные катодными нитями из бериллиевой бронзы толщиной 100 мкм и корпусом детектора, образуют 19 самостоятельных ячеек-счетчиков, находящихся в общей газовой смеси. характеристик расстояние между анодом и
Основные параметры спектрометра
Абсолютная эффективность одного из детекторов с(Я) изображена на рис. 13 (точки). Она была определена путем сравнения спектров рассеянных нейтронов со спектром нейтронов в пучке, зарегистрированных счетчиком с известной эффективностью. Эти спектры были получены из измерений с кадмиевой мишенью и без нее при шести положениях поворотной платформы, соответствующих углам рассеяния между 25 и 155 . При расчете с(Е) был использован телесный угол на рабочий объем газа 19-ти счетчиков, равный -0,014 стерадиана. Разброс экспериментальных точек на рисунке обусловлен как статистикой, так и плохо известным флуктуирующим сечением рассеяния as кадмия. Кривые, у которых указано давление Не, - расчетные для ничем не окруженного газа. Таким образом, можно говорить о том, что персрассеяние в защите детектора увеличивает его эффективность в - 1,5-10 раз для энергий 0,1-400 кэВ соответственно. Аппроксимирующая с(Я) кривая для другого детектора описывается выражением е(Е) = 0,598 -"190 (Е-вкэВ). 2.2.2.Разрсшсныс и средняя энергия в канале Функция временного разрешения спектрометра изображена в виде гистограммы на рис.14, Она представляет собой усредненную и нормированную по площади на единицу форму пяти узких резонансов кадмия, энергии которых в эВ показаны на рис.12. Ширина этого пика на половине высоты ( 6 мкс) обеспечивает соответствующее энергетическое разрешение Д = 0,021 Ег12 (Д и Е- в кэВ). Значительность ширины функции 0разрешения и ее асимметричность относительно максимума делает неточным выражение Е = (573,б/г)г (кэВ), для энергии нейтронов, воспользоваться средней энергией в виде суммы где Ft- высота 1-го столбца гистограммы на рис.14, a C,.i — константа С т.е. число отсчетов в канале t-i (смотри подробнее раздел 2.4, выражение (18)). Эффект такой замены демонстрируется таблицей 1 для случая, когда С одинаковы во всех каналах. Для нахождения средней энергии участка спектра, состоящего из нескольких каналов, надо усреднить энергии в виде (5) по всем каналам участка, вновь взяв в качестве весов константы С для отдельных каналов, т.е. где Ek - средняя энергия по (5) для А-го канала, к/ и кз - начальный и конечный каналы участка. Иа первом этапе были проведены исследования фона спектрометра без откачки его камеры. Если эффект - это нейтроны от кадмиевой мишени, рассеивающей - 11% пучка, то фон (рассеяние воздухом) согласно рис.12 (спектры 1 и 2), составляет примерно 60% от эффекта. Если же эффектом считать рассеяние кадмием и воздухом нейтронов только " правильных " энергий (при наличии в пучке 6 см А1), то фон от запаздывающих нейтронов и от быстрых нейтронов вспышки, "болтающихся " в помещении, с энергией возрастает, составляя 11%, 20% и 65% при 0,4, 24 и 80 кэВ соответственно (см. спектры 3 и 4 на рис.12). Далее камера была откачена до вакуума порядка Ю мм-рт-ст-Перед началом испытаний исходная конфигурация установки была следующей.
Камера рассеяния состыкована с участком нейтроновода длиной 4,7 м в сторону ИБР-30, торцы этой системы закрыты алюминиевыми заглушками толщиной 2 мм, а внутри нее - воздух. С обеих сторон к установке примыкают вакуумированные нейтроноводы так, что спереди (со стороны ИБР-30) нейтроны пробегают воздушный промежуток длиной 3,6 м, а сзади - 0,4 м. В камере - два детектора, рассеивающий образец - пластина кадмия 120x200мм толщиной 3,5 мм. Вторая конфигурация отличалась от первой только тем, что из камеры был откачан воздух. В третьей конфигурации с помощью специальных вставок был ликвидирован передний воздушный промежуток вместе с двумя заглушками. Наконец, в четвертой конфигурации то же самое было сделано и с задним воздушным промежутком. В каждой конфигурации спектрометра измерялись спектры под углами 25 и 155, с образцом в пучке и вне пучка, только с фильтром А1 толщиной 6 см и с добавлением к нему 4 см порошка КМпО , т.е. было измерено 32 спектра. Начальные участки восьми из них, приведенных к экспозиции 6 часов, показаны на рис. 15. Четыре спектра с образцом графически неразличимы и изображены точками. Причина этого, в частности, в том, что устранение рассеяния в детектор воздухом практически компенсируется увеличением потока нейтронов на образец за счет устранения воздуха на их пути. Более интересны четыре спектра без образца, пронумерованные от 2 до 5 в порядке описанных выше конфигураций установки. Если спектры 3 и 4 почти совпадают, то спектр 5 как будто "выродился": в нем заметен только пик ненужных нам быстрых нейтронов, а в остальной части счет упал практически до уровня собственного фона детектора ( 1 имп/с). Это означает, что подавляющая часть счета детектора во второй и третьей конфигурациях (спектры 3 и 4) вызывалась нейтронами, рассеивавшимися задним воздушным промежутком с алюминиевыми заглушками. Главный же вывод из рис.15 таков: при выведении образца из пучка счет детектора при нейтронных энергиях 3-100 кэВ падает примерно в 2-4 раза, если в камере воздух, и примерно в 10-150 раз, если в ней вакуум. На рис,16 показаны два спектра нейтронов, рассеянных на угол 110,3 круглым образцом U диаметром 195 мм и толщиной 3 мм. Темными точками изображен спектр, измеренный, когда в пучке только фильтр В4С для устранения "рециклических" нейтронов, светлыми точками - когда в пучок добавлены Л1 и КМПОА Первый спектр измерялся 5 часов, второй спектр - 22 часа, но приведен к 5 часам. Сверху указаны энергии (в эВ) резонаисов рассейвателя, снизу - резонансов фильтров. Как видно из рисунка, фильтры снижают интенсивность счета примерно втрое, но зато позволяют "увидеть" фон, визуализирующийся в провалах "черных" резонансов. Он имеет три основных компоненты: собственный фон детектора, фон от рассеяния образцом запаздывающих нейтронов в пучке и фон от нейтронов, рассеянных образцом раньше и попавших в детектор после "блуждания" в комнате. Если первая компопсігта равномерна во времени, то две последние довольно резко
Разрешение и средняя энергия в канале
В каждой конфигурации спектрометра измерялись спектры под углами 25 и 155, с образцом в пучке и вне пучка, только с фильтром А1 толщиной 6 см и с добавлением к нему 4 см порошка КМпО , т.е. было измерено 32 спектра. Начальные участки восьми из них, приведенных к экспозиции 6 часов, показаны на рис. 15. Четыре спектра с образцом графически неразличимы и изображены точками. Причина этого, в частности, в том, что устранение рассеяния в детектор воздухом практически компенсируется увеличением потока нейтронов на образец за счет устранения воздуха на их пути. Более интересны четыре спектра без образца, пронумерованные от 2 до 5 в порядке описанных выше конфигураций установки. Если спектры 3 и 4 почти совпадают, то спектр 5 как будто "выродился": в нем заметен только пик ненужных нам быстрых нейтронов, а в остальной части счет упал практически до уровня собственного фона детектора ( 1 имп/с). Это означает, что подавляющая часть счета детектора во второй и третьей конфигурациях (спектры 3 и 4) вызывалась нейтронами, рассеивавшимися задним воздушным промежутком с алюминиевыми заглушками. Главный же вывод из рис.15 таков: при выведении образца из пучка счет детектора при нейтронных энергиях 3-100 кэВ падает примерно в 2-4 раза, если в камере воздух, и примерно в 10-150 раз, если в ней вакуум. На рис,16 показаны два спектра нейтронов, рассеянных на угол 110,3 круглым образцом U диаметром 195 мм и толщиной 3 мм. Темными точками изображен спектр, измеренный, когда в пучке только фильтр В4С для устранения "рециклических" нейтронов, светлыми точками - когда в пучок добавлены Л1 и КМПОА Первый спектр измерялся 5 часов, второй спектр - 22 часа, но приведен к 5 часам. Сверху указаны энергии (в эВ) резонаисов рассейвателя, снизу - резонансов фильтров. Как видно из рисунка, фильтры снижают интенсивность счета примерно втрое, но зато позволяют "увидеть" фон, визуализирующийся в провалах "черных" резонансов. Он имеет три основных компоненты: собственный фон детектора, фон от рассеяния образцом запаздывающих нейтронов в пучке и фон от нейтронов, рассеянных образцом раньше и попавших в детектор после "блуждания" в комнате. Если первая компопсігта равномерна во времени, то две последние довольно резко возрастают к малым временам пролета: вторая - по причине роста размножения в бустере, третья - из—за естественного роста временной плотности числа нейтронов. Суммарный фон должен быть плавной функцией от времени пролета, что и было реализовано путем подгонки к резонансным провалам полинома со степенями номера канала от -1 до 2 (см, кривую на рис. 16). Таким образом, эффекту рассеяния полезных нейтронов соответствует только та часть спектра, которая расположена выше кривой фона. При этом, если в камере воздух, то из такого спектра-разности необходимо вычесть подобный же спектр-разность, зарегистрированный без образца, т.е. учесть рассеяние воздухом (внося еще при необходимости поправку на экранирование воздуха образцом). 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 рис.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 неидеалыюй 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 Cd 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:
Перерассеяние нейтронов вне образца
Истинное угловое распределение рассеяния нейтронов, полностью соответствующее дифференциальному сечению о(в), можно было бы измерить только в бесконечном безвоздушном пространстве с бесконечно тонким образцом щ рассеивателем. В любой же реальной установке всегда присутствуют два паразитных эффекта, искажающие извлекаемое о(в): персрасссяние, т.е. попадание нейтронов в детектор из образца после вторичного рассеяния где-либо вне образца, и многократное рассеяние нейтронов в образце. Рассмотрим эти эффекты, разделив первый из них на две составляющие: а)псрерассеяние воздухом, камерой и комнатой, б) перерассеяние держателем образцов. Однократное перерасссянис на пути образец-нечто-детсктор может происходить на любом веществе, находящемся в "конусе обзора" детектора. Каждая ф точка рабочего объема детектора имеет свой конус обзора, и, как первое приближение, ниже приведены расчеты с конусом обзора для одной центральной точки детектора. Осевое сечение этого конуса, имеющего вершину в центре детектора и образованного краем 175-миллиметрового канала в защите детектора, изображено на рис. 17 вместе с имеющимися в конусе деталями для случая, когда рамка держателя образцов с круглым образцом перпендикулярна пучку нейтронов, а детектор находится на платформе в положении 45 (средний угол рассеяния 50,1). Рассмотрим последовательно роль каждой детали. Наибольший эффект, если в камере воздух при атмосферном давлении, дает вписанный в конус воздушный шар диаметром 412 мм с центром в центре образца. Принимая за средний путь рассеянного образцом нейтрона в этом шаре радиус шара, а за коэффициент рассеяния воздухом величину 2=0,045м"1, находим, что вероятность перерассеяния в шаре составляет 0,93%. Это и есть искомый нами эффект шара, ибо телесный угол от него на детектор - практически тот же, что и от образца. Перерассеяпие нейтронов воздухом между детектором и шаром можно не учитывать, так как угол их рассеяния образцом близок к углу детектора, и эффект сводится таким образом к некоторому уширению функции углового разрешения, что несущественно. Для подсчета эффектов остальных деталей, находящихся в конусе за образцом и шаром воздуха вокруг него, надо найти отношение доли нейтронов, рассеянных образцом и попавших в детектор в результате перерассеяния на данной детали, и доли нейтронов, попавших в детектор от образна непосредственно: Ро где pi, р2 и ро - деленные на 4тг телесные углы от образца на деталь, от детали на детектор и от образца на детектор соответственно, // и h пропускания нейтронов на пути образец - деталь и деталь-детектор, a S - вероятность рассеяния нейтронов деталью.
Результаты расчетов по формуле (10), в ходе которых "видимые" части вакуумной камеры, стен и потолка комнаты заменялись эквивалентными по рассеянию и перпендикулярными оси конуса кругами, а для вычисления pi и pi у двух воздушных усеченных конусов применялось интегрирование вдоль их осей, можно видеть в таб.3. Таблица 3. Эффект перерассеяния 5 10 . перерассеяния комнатой. Они получены с использованием выражения для вероятности однократного рассеяния нейтрона в заднюю полусферу от плоского слоя вещества толщиной d с полным сечением а и плотностью ядер и: где в — угол рассеяния, а и /? - углы входа и выхода нейтрона относительно нормали к поверхности слоя, о{9)- дифференциальное сечение рассеяния, М2- телесный угол детектора. Таким образом, для толстой стены, когда экспонента в (11) зануляется, в обозначениях (10) имеем независимо от а и материала стены. Итак, глядя на числа в таблице 3, можно видеть, что откачка камеры существенным образом уменьшает эффект перерассеяния д - примерно в 7—10 раз, оставляя его на уровне (1- 2)-10-3. Конечно, этот результат довольно приближенный (вторые значащие цифри у величин в таблице не вполне надежны), ибо при его получении мы пренебрегали (хотя и небольшой) анизотропией всех актов рассеяния. Кроме того, он относится к одной средней энергии нейтронов из диапазона 0,5-80 кэВ. Необходим более точный расчет соответствующих поправок с учетом всех факторов для каждого угла детектора и каждой энергетической группы нейтронов. Тогда можно будет надеяться иметь связанную с этими поправками систематическую относительную ошибку в интенсивностях рассеяния под разными углами порядка 10"4, что достаточно для измерения поляризуемости нейтрона. В настоящее время спектрометр имеет довольно массивный алюминиевый держатель образцов, похожий па лестницу с четырьмя перекладинами (см. рис.11), которые вместе с боковинами образуют три рамки с проемом 20 см высотой и 39 см шириной у каждой. Перекладины и боковины имеют прямоугольное сечение 2x2 см
