Время-пролетный спектрометр ультрахолодных нейтронов

 

ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ СПЕКТРОМЕТР УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ, содержащий источник ультрахолодных нейтронов, вакуумированный нейтроновод - пролетную базу, прерыватель, размещенный в нейтроноводе, и детектор, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и упрощения конструкции спектрометра, прерыватель выполнен в внде шторной конструкции с двумя многощелевыми, шторками и содержит приводной валик, на котором укреплен торцовый кулачок с однозакодной торцовой спиралью, к поверхности которой прижаты толкатели , расположенные относительно торцовой спирали со сдвигом на 180 снабженные прижимными пружинами и связанные с двумя многощелевЕЯ 1и шторками, расположенными перпендикулярно оси нейтроноводаi

(19) (10 союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

М51) Я 01 J 49j40l G 01 Т 3/00i G 01 т 7/00

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AВторСКомм свидяткпьСтвМ

° .c

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

tl (21) 3374855I18-25 (22) 04.01.82 (46) 07. 11. 83,. Бюл.. 9 41 (72) Н.A,Åôèìàâ, Г.К.Кунстман, A.Ï.Ñeðåáðîâ и P.Р.Тальдаев (71) Ленинграцский институт. ядерной физики им. Б.П.Константинова (53) 62l. 387.426(088.8) (56) l. Egelstaff Р..A. Jowenal Мио

lear Energy. U. 1., 1954, р. 57.

2, Авторское свидетельство СССР, 9 540508, кл. С 01 Т 30/00, опублик.

25,)1.79, 3. Steyer A. Nuclear Instriunehts.

and Methods. V. 101, 1972, р.295-3Е4 (прототип) . (54)(57) ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ СПЕКТРОМЕТР.

УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ, содержащий источник ультрахолодных нейтронов, вакуумированный нейтроновод - пролетную базу, прерыватель, размещенный в нейтроноводе, и детектор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и упрощения конструкции спектрометра, прерыватель выполнен в виде шторной конструкции с двумя многощелевымн шторками и содержит приводной валик, на котором укреплен торцовый кулачок с одноэаходной торцовой спиралью, к поверхности которой прижаты толкатели, расположенные относительно торцовой спирали со сдвигом на 180, снабженные прижимными пружинами и связанО ные с двумя многощелевымн шторками, Е расположенными перпендикулярно оси нейтроновода;.1053187

Изобретение относится к нейтронной физике и может быть использовано для измерения энергии ультрахолодных нейтронов (УХН) (интервал скоростей для УХН 0-8 м/с и для очень холодных 8-100 м/с), а также для изме- 5 рения сечения взаимодействия нейтронов с веществом в указанном диапазоне скоростей нейтронов.

Под УХН понимаются нейтроны, способные удерживаться в ловушках иэ 1Î различных материалов. Такая способность обусловлена полным внутренним отражением от границы вакуум — веце-. ство при любом угле падения, Известен времяпролетный спектрометр, который содержит прерыватель пучка нейтронов, пролетную базу, детектор нейтронов и электронное

- .оборудование (1) .

Длительность нейтронного импульса но времяпролетном спектрометре определяется нременем срабатынания прерывателя. Длина пролетной базы определяет растяжку нейтронного импульса во времени, необходиМую для эффективного разделения нейтронов в импульсе имеющих разную скорость. Отношение длительности нейтронного импульса ко времени пролета времяпролетной базы есть разрешение спектромвтра (по скорости).

Прерыватель должен. обеспечивать . достаточно быстрое, но редкое срабатывание, т.е. определенную величину. скнажности 3/60, где T - период повторения импульса, т.е. период понто- 3 рения у прерывателя состояния Открыто О - длительность импульса, о. т.е. время пребывания прерывателя в состоянии Открыто . Скважность должна быть дсстаточно велика для 4р того, чтобы можно было получить высокое разрешение по скорости.

Таким образом, скважность и раз" решение - величины пропорциональные. 45

Если .Условие необходимой скважности не выполнено, то последуюцие импульсы накладываются на предыдущие в об" ласти малых скоростей и это обуслонливает невозможность измерений cit:o" рости УХН, т.е. низкое разрешение.

В указанном времяпролетном спектрометре УХН узкий коллимированный пучок прерывается простой вращающейся заслонкой (диск из поглощающего нейтроны материала с узкой щелью шириной 0,8 см). Такой спектрометр дает возможность работать с нейтронами н интервале скоростей нейтронов от

450 до 4500 м/с, т,е, не обеспечивает измерение скорости УХИ. УХН ðàñ- 60 пространяются широким расходяцимся пучком, поэтому для их транспортиров» ки используются вакуумированные зеркальные нейтроноводы, имеюцие большую ширину 7 см. Пропорциональ- 65 но размерам пучка увеличивается размер диска прерывателя.

Для получения необходимого разрешения (1Ъ), обеспечинаюцего возможность определять скорость УХН за разумное время, необходима в силу малой интенсивности пучков 1XH использонать всю площадь поперечного сечения пучка. Простой подсчет показывает, что если потребовать от спектрометра, имеющего пролетную базу 2 м и простой дисковый прерыватель для нейтронов со скоростью 5 м/с, разрешения порядка 1Ъ при размере пучка

6 7 см то диаметр диска составит

3,9 м."Поскольку диск должен вращаться в вакууме, последнее обстоятельство представляет собой сложную техническую задачу.

Известен также гранитационный спектрометр УХН представляющий собой колено из зеркального нейтроновода, которое может поворачиваться вокруг горизонтальной оси. На конце нейтрононода установлен детектор. При подьеме колена детектора могут достигнуть только те нейтроны, энергия которых больше потенциальной, задаваемой высотой подъема колена. Верхняя

1 граница измеряемого спектра не может превышать 8 м/с, так как не суцествует материала, обладающего. большей величиной граничной скорости (2)."

Известный спектрометр пригоден только для грубой оценки спектра

УХН и обеспечивает низкую точность измерения скорости УХН, поскольку коэффициент пропускания колена зависит от скорости нейтронов и, как правило, этот. коэффициент неизвестен. Также он совершенно нв цригоден для измерения спектра очень холодных нейтронов, имеющих скорость больше, чем 8 м/с.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту изобретению является времяпролетный! спектрометр ультрахолодных нейтронов, содержаций источник УХН, вакуумированный зеркальный нейтроновод — пролетную базу, прерыватель, размещенный в нвйтроноводе, и детектор

УХН (3) .

Прерыватель в таком спектрометре состоит из диска со целью .(1-ый ротор) и барабана (2-ой ротор), расположенного за диском (по ходу пучка) .

Барабан набран иэ стеклянных пластин, между которыми оставлены зазоры для прохождения УХН. Когда при врацении щели первого и второго роторов располагаются вдоль оси пучка, нейтронный импульс проходит на детектор,.

Второй ротор позволяет перекрывать, значительное количество импульсов первого ротора (например, И ) и уве.личивает скважность системы в н раз.

В данном спектрометре при такой кон1053187 струкции прерывателя удалось увеличить скважность примерно в 2,5 раза по сравнению с обычным дисковым прерывателем.. Однако такой скважности недостаточно для измерения спектра

УХН с точностью 1%. 5

Таким образом, недостатками спектрометров такого типа являются зави" симость пропускания от скорости нейтронов (через него проходит 34% кейт" ронов, имеющий скорость 5 м/с, и 10

23%,- имеющих скорость 10 м/c) низкое разрешение по скорости (15%. для нейтронов с V=5 м/с,, 10% для нейтронов с V=10 м/с). Причем такая величина разрещения достигается при слож-. 15 ной конструкции прерывателя и достаточно большой врвмяпролетной базе (ll м), что в итоге усложняет весь спектрометр в целом.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности и упрощение конструкции спектрометра.

Поставленная цель достигается тем, что во времяпролетном спвктрометре, содержащем источник УХН, вакуумированный нейтроновод — пролетную базу, прерыватель, размещенный в нейтроноводе,.и детектор, прерыватель выполнен в виде шторной конструкции с двумя многощелевыми шторками и содержит приводной валик, на котором укреплен торцовый кулачок с однозаходной торцовой спиралью, к поверхности кото-. рой прижаты толкатели, расположенные относительно торцовой спирали со сдвигом на 180, снабженные прижимны-. ми пружинами и связанные с двумя мно-: гощелевыми шторками, .расположенными перпендикулярно оси нейтроновода.

На шторках нанесен Ti-Gd сялав для обеспечения минимального фона. 46

На фиг. 1 представлен времяпролвтный спектромвтр УХН, общий вид; на фиг,. 2 — прерыватель нейтронного йучка (A направление нейтронного пучка);

fl на фиг..3 — взаимное расположение 45 многощелевых шторок в момент открытия пучка УХН; на фиг. 4 — последовательность открытия и закрытия окон шторок за два оборота торцового кулачка иа фиг, 5 - график взаимного перемещения:5O шторок прерывателя за один оборот кулачка; на фиг. 6 - измеренный спектр

УХН (1-25 м/с) .

Времяпролетный спектрометр содвр" жит источник УХН 1, нейтроиовод 2, прерыватель 3, детектор 4, отстоящий на базовое расстояние В от прерывателя. Шторки 5 и 6 прерывателя расположены перпендикулярно оси нейтроновода.

Прерыватель нейтронного пучка содержит шторки 5 и 6, посаженные на толкатели 7, на которых расположены прижимные пружины 8, упирающиеся в торцовый кулачок 9 с одноэаходной торцовой спиралью, приводной валик 65

10, соединительную муфту 11, приводной двигатель 12.

Вакуумное уплотнение приводного валика в корпусе прерывателя, а также узлы стыковки корпуса прерывателя с нейтроноводом спектрометра -на фиг, 2 нв показаны.

Прерыватель работает следующим образом.

Двигатель 12 через соединительную муфту 11 вращает приводной валик 10 и торцовый кулачок 9 с одноэаходной торцовой спиралью, к поверхности которой усилием пружины 8 прижаты толкатели 7, расположенные относительно торцовой спирали со сдвигом на 180 и соединенные со шторками 5 и б (фиг, 2). За один оборот кулачка 9 каждый толкатель, сжимая пружину, взводится и доходит до верхней точки кулачка, после чего соскакивает в нижнее положение под действием . пружины. Поскольку толкатель и шторка жестко связаны, то резкое перемещение шторки 5 относительно шторки б обеспечивает достаточно короткий импульс нейтронного пучка. К этому моменту шторка 6 оказывается взведенной на половину величины h u через полоборота торцового кулачка достигнет крайнего положения (верхней точки кулачка) подобно шторке 5.

Цикл открывания. пучка повторяется (фиг. 3 и 4).

Величина перемещения толкателя с многощелевой шторкой обозначена h (фиг. 2 - 4), что совпадает с торцо- вым ша1ом спирали. При такой конструкции частота следования импульсов в спектрометрв зависит оТ частоты срабатывания шторок и задается скоростью вращения кулачка, определяемой скоростью двигателя,.а время срабатывания (длительность импульса) определяется фактически жесткостью пружины и весом шторки. Таким обра зом, вместо вращательного движения .диска прерывателя првдложвно возвратно-поступательное движение шторки прерывателя, Такой подход к задаче позволяет сделать независимым врвн мя срабатывания и.частоту срабатыва- . ния, т.е. обеспечить любую необходи-. мую скважность и, следовательно, повысить разрешающую способность сйектрометра по скоростям (1%), что приво" дит к уменьшению ошибки измерения скорости УХН.

- Кроме того, шторная конструкция прерывателя значительно более проста по сравнению с вращающимся барабаном с набранными стеклянными пласти-. нами. Обеспечение быстрого времени срабатывания прерывателя (достигнуто время срабатывания 0,003 с). позволяет значительно уменьшить длину времяпролетной базы до 2 м. Все эти

1053187 факторы и приводят к упрощению конструкции спектрометра в целом.

В предлагаемом спектрометре время срабатывания 0,003 с, скорость вращения кулачка 0,5 об/мин, пролетная база 2 м, для нейтронов со скоростью 10 м/с разрешение по скорости

1,5Ъ, для нейтронов со скоростью

" 3 м/с разрешение по скорости 0,45% °,iosaiav.

Jf

Лодки и сро&лж

Мчи июмрсч

f/р

Фю.Х

;1053187

Составитель В. Рахманов

Редактор A. Коэориэ Техред M. Костйк Корректор Л. Патай

Закаэ 8884/51 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4