Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Detekce a spektrometrie neutronů 1 1.Pomalé neutrony a) aktivní detektory, b) pasivní detektory, c) mechanické monochromátory 2.Rychlé neutrony a) detektory.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Detekce a spektrometrie neutronů 1 1.Pomalé neutrony a) aktivní detektory, b) pasivní detektory, c) mechanické monochromátory 2.Rychlé neutrony a) detektory."— Transkript prezentace:

1 Detekce a spektrometrie neutronů 1 1.Pomalé neutrony a) aktivní detektory, b) pasivní detektory, c) mechanické monochromátory 2.Rychlé neutrony a) detektory používající zpomalování neutronů b) přímá detekce reakcí rychlých neutronů c) detektory používající rozptyl neutronů 3. Relativistické neutrony kalorimetry

2 2 1. pomalé neutrony 1a) aktivni detektory, reakce Detektory používající reakce E kinetická energie neutronů, malá, lze zanedbat hodta hodnota základní stav excitovaný stav 3840 b

3 3 Detekční účinnost rpo neutrony dopadající ve směru osy detektoru neutronový absorpční účinný průřez při energii E délka detektoru

4 4 Energetické spektrum α částic

5 5 Detektory používající reakce Q= 4.78 MeV Tricium i α částice vždy v základním stavu, součet jejich energíí= signálnímu píku Detekce: scintilátory nebo polovodiče Např. lithium iodide LiI (Eu), Eu jako aktivátor, podobně jako Tl v NaI(Tl) krystal o tlouštce 10 mm je téměř 100 % účinný pro energie neutronů až po 0.5 eV.

6 6 Detektory používající reakceQ=0.764 MeV σ = 5330 b Detektory používající štěpení, Uran či plutonium, Q ≈ 200 MeV Produkty štěpení jsou téměř vždy α radioaktivní dobrá separace signálů detektor: ionizační komora, jejíž stěny jsou pokryty štěpným materiálem

7 7

8 8 Fission cross section vs neutron energy

9 9 1b) pasivní detektory, resp. aktivační fólie Tj. detekce neutronů z radioaktivity produkovaných jader, terč je ozářen neutrony po určitou dobu, pak je terč vyjmut a měří se radioaktivita vzniklých jader tenké fólie z terčového materiálu Aktivace a rozpady R četnost neutronových interakcí, φ, tok neutronů zprůměrovaný přes plochu fólie, tok konstantní aktivační účinný průřez zprůměrovaný přes neutronové energetické spektrum chceme určit tok neutronů Aktivace:

10 10 Rozpady: N celkový počet vzniklých radioaktivních jader v čase t R je konstantní v t=0 je N = 0 Aktivita A fólie: λN, ε účinnost registrace, B četnost pozadí neutronový tok λ = 1/τ

11 11

12 12 Výběr aktivačního materiálu podle účinného průřezu a energie neutronů

13 13 Radioaktivita: β či γ, např. γ rozpad Jiné materiály, např. Mn, Ag, Cu.Co, kovové fólie, nebo dráty Separace: kadmium diferenciální metoda, σ(n +Cd) velký pro E<0.4 eV, pak prudký pokles tloušťka 0.5 mm působí jako selektivní filtr, tj blokuje termální neutrony ale propouští neutrony s E > 0.4 eV

14 14 1c) Mechanické monochromátory (mechanické selectory) Princip: metoda doby letu slit Neutronový detektor

15 15 2. Rychlé neutrony a)Detekce s použitím zpomalování neutronů b)Přímá detekce reakcí rychlých neutronů c)Detekce s použitím rozptylu neutronů

16 16 2a) Detekce s použitím zpomalování neutronů Zpomalování rychlých neutronů na energii pomalých neutronů v tzv. moderátorech a pak se použijí metody pro detekce pomalých resp. tepelných neutronů Použitelné pouze pro detekci, nikoliv pro měření energie Elastický rozptyl je základní mechanismus zpomalování neutronů, nerelativistická kinematika Těžišťový systém (CM) V rychlost těžiště

17 17 E kinetická energie rozptýleného neutronu Energie odraženého jádra Scattering on protons, A=1 Zpomalování je nejúčinnější na lehkých jádrech Kinetická energie rozptyl na protonu Nerelativistická aproximace kinetické energie odraženého jádra z kapitoly energetické ztráty (m hmotnost jádra, M primární částice

18 18 Energetické rozdělení rozptýlených neutronů předpoklad: izotropické rozdělení v těžišti ( platné pro E< 15 MeV) pravděpodobnost dw rozptylu do prostorového úhlu dΩ v těžišti CM Energetické rozdělení rozptýlených neutronů je konstantní Energetické rozdělení po druhém rozptylu

19 19 Obecný vztah pro energetické rozdělení po n rozptylech průměrné u( θ) Pro charakteristiku rozptzlu se požívá veličina

20 20 Průměrná letargie po jednom rozptylu je konstantní!

21 21 moderátor Rychlý neutron zpomalený a zachycený Rychlý neutron částečně zachycený a uniklý z moderátoru bez detekce Neutron zachycený moderátorem Detektor tepelných neutronů

22 Detektory rychlých neutronů Využití moderace na pomalé neutrony Plastické a kapalné scintilátory – zároveň detekce i moderace Bonnerovy koule: Bonnerovy koule v NPL (Anglie) jejich využití ve spektrometrii organický moderátor okolo neutronového detektoru tepelných neutronů různý průměr – moderace neutronů s různou maximální energií Spektrometrie: rekonstrukce spektra z naměřených četností z různě velikých koulí Výhody: jednoduchost, široký energetický rozsah Nevýhody: Velmi malé energetické rozlišení Simulace odezvy pomocí Monte Carlo programů

23 23 2b) Přímá detekce neelastických reakcí rychlých neutronů Zpomalování ⟹ -eliminuje informace o energii rzchlých neutronů - process je pomalý, není rychlá odezva detektoru Bez zpomalení ⟹ výhody: přímá detekce sekundárních produktů reakcí přímé měření energií produktů součet energií = počáteční energi neutronu rychlé signály nevýhody: účinný průřez je řádově menší než pro tepelné neutrony Dvě používané reakce v detektorech Jiné detektory: na principu aktivace

24 24 vhodné pro střední energie, při větší energii konkurenční reakce pro E> 2.5 MeV, detekce: spojité rozdělení deponované energie Detekce„: součet energií = pík Detector: lithiový sandvičový spektrometr

25 25 Coincidence exists No coincidence

26 26

27 27 Elastic scattering (n.p) reaction Fast neutrons which lost energies in the external materials

28 28 Detectory:

29 29 Aktivační počítače pro rychlé neutrony a) Aktivační materiály pro pomalé neutrony (Ag, Rh) uvnitř moderátoru Polzethzlenový moderátor

30 30 b)Použití prahových aktivačních materiálů a přímá detekce rzchlých neutronů bez zpomalení Např. NaI scintilátor, který dodává jaádra Na a detekuje současně β a γ z jádra F

31 31 3c) Detektory s použitím elastického rozptylu jádro neutron Φ (E) neutronový tok, E primární energie neutronů Měří se energetické spektrum Energie rozptýleného jádra For fixní primární energii E E je spojitá: Počítačový program pro řešení rovnice vzhledem k Φ (E)

32 32

33 33

34 1) Detekce a určení energie E p odražených protonu. 2) využití znalosti úhlu odrazu ψ ψ terč s velkým obsahem vodíku detektor protonů Neutronový spektrometr založený na odražených protonech Široká škála využívaných detektorů s obsahem vodíku, scintilátory, proporcionální plynové počítače Problémy: 1)Vhodná velikost terče 2)Přesnost určení úhlu

35 DETEKCE 35


Stáhnout ppt "Detekce a spektrometrie neutronů 1 1.Pomalé neutrony a) aktivní detektory, b) pasivní detektory, c) mechanické monochromátory 2.Rychlé neutrony a) detektory."

Podobné prezentace


Reklamy Google