Способ определения энергии и интенсивности пучка частиц при активационных измерениях

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕР ГИИ И ИНТЕНСИВНОСТИ ПУЧКА ЧАСТИЦ ПР АКТИВАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ, основанный на измерении активности, наведе ной в облучаемых образцах, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и точности, пучком частиц облучают образцы, содержащие изотопы, на которых в результате ядерных реакций образуются радиоактивные нуклиды, имеющие пару изомеров с известными схемами распада и функциями возбуждения, измеряют активности , соответствующие каждому изомеру, и по их отношению определяют энергию пучка частиц, а по абсолютным значениям их активностей определяют его интенсивность. 2. Способ по П.1, о тл ич ающ и и с я тем, что при известной энергии пучка частиц его интенсивность определяют дважды по абсолютным значениям активностей калщого изомера. f . M9t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

3«/ИЮНИ

РЕСПУБЛИК ((9) (!! ) (51)4 G 01 Т 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3602658/24-25 (22) 07.06.83 (46) 15..08.85. Бюл. 1(- 30 (72) Е.А. Скакун и В.Г. Батий (53) 539.1.07(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 602005, кл. G 01 Т 1/14, 1979.

2. С.Н. Miller, С.J. Lockwood

IEEE "Trans. Nucl. Sei. 22, У 3, 1072 (1975). Calorimetric Determination of Веаш Energy

3. Ломакин С.С., Петров В.И., Самойлов П.С. Радиометрия нейтронов активационным методом. М., Атомиздат, 1975, с. 36-40 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3НЕРГИИ И ИНТЕНСИВНОСТИ ПУЧКА ЧАСТИЦ ПРИ

АКТИВАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ, основанный на измерении активности, наведенА,в/ф ной в облучаемых образцах, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения надежности и точности, пучком частиц облучают образцы, содержащие изотопы, на которых в результате ядерных реакций образуются радиоактивные нуклиды, имеющие пару изомеров с известными схемами распада и функциями возбуждения, измеряют активности, соответствующие каждому изомеру, и по их отношению определяют энергию. пучка частиц, а по абсолютным значениям их активностей определяют его интенсивность.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что при известной энергии пучка частиц его интенсивность определяют дважды по абсолютным значениям активностей каждого изомера.

1137901

Предлагаемое техническое решение относится к экспериментальной ядерной физике и предназначено для измерения интенсивности и энергии пучка частиц при проведении ядерно-физических исследований и активационного анализа.

При проведении активационных измерений, особенно на ускорителях, применяемых в прикладных целях, необхо- 10 димо измерять интенсивность пучков частиц и их энергию простыми и надежными методами, по возможности без использования сложного дополнительного оборудования. Ускорители рассмат- 15 риваемого класса, как правило, имеют энергетический. спектр конечной ширины, который принято характеризовать интегральной величиной — средней энергией. Для определения энергии и 30 интенсивности приходится использовать специальное дополнительное оборудование, что усложняет проводимые активационные измерения.

Известен способ определения энер25 гии пучка частиц при активационных измерениях, основанный на измерении энергетического спектра пучка с помощью электростатического или магнитного анализатора f1) . По этому способу З0 на пучок воздействуют электростатическим или магнитным полем и с помощью детектирующего устройства измеряют энергетическое распределение частиц пучка. 35

Такяа образом получают информацию о средней энергии пучка и энергетическом разбросе.

Такой способ является во многих случаях достаточно точным и надежным.40

Однако этот способ требует сложного специального оборудования и применим только для исследования пучков заряженных частиц.

Другой известный спс1соб измерения 45 энергии пучка основан на измерении количества тепла, выделяемого при взаимодействии пучка частиц с веществом (калориметрический метод) f2j . При этом для определения энергии пучка 50 измеряют количество частиц, поглощенных в калориметре. Для этого калориметр оснащают соответствующим оборудованием, Недостатками упомянутых способов 55 являются необходимость сложного приборного оснащения, громоздкость, невозможность их использования на внутренних пучках ускорителей, а также необходимость применения специальных устройств для определения интенсивности пучка. Кроме того, эти способы не позволяют определять среднюю энергию пучка в процессе облучения исследуемых образцов при активационных измерениях.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к предложенному является способ определения энергии и интенсивности пучка частиц при активационных измерениях, основанный на измерении активности, наведенной в облучаемых образцах (3) . По этому способу пучком частиц облучают несколько образцов, содержащих изотопы с известными зависимостями величины сечений ядерных реакций от энергии (функции возбуждения). В результате ядерных реакций образуются радиоактивные нуклиды. После облучения образцов с помощью детекторов радиоактивного излучения измеряют активности каждого образца А,. Эти величины пропорциональны сечению, образования соответствующих радиоактивных нуклидов d и интенсивности падающего пучка Ф

4; б;Ф

Зная функции возбуждения соответствующих ядерных реакций,. толщины образцов, схемы распада радиоактивных нуклидов и эффективность детектора„ определяют энергию и интенсивность пучка частиц.

Данный способ чаще используют для определения только интенсивности падающего пучка при известной энергии, так как определение энергии по этому способу. является недсстаточно точным. Для определения интенсивности ф облучают один образец с известным сечением образования радиоактивного нуклица и вычисляют величину Р из известной формулы активации: где Y — количество актов расгада, зарегистрированное детектором;

1137901 4 постоянная радиоактивного распада, связанная с периодом полураспада Т 1/2 соотношением Ъ = Ь2/Т 1/2; сечение ядерной реакции, приводящей к образованию изотопа, активность которого измеряется; толщина образца (ядер/см ); эффективность детектора; 10 коэффициент ветвления в схеме распада; и

ОИ ЬЫД времена облучения, выдержки и измерения соответственно.

Использование активационного метода для определения энергии и интенсивности пучка частиц при активационных измерениях не требует дополнительного оборудования, позволяет проводить измерения на невыведенных пучках ускорителей и в активных зонах реакторов и в сложных условиях (например, при температуре выше 1000 С. б

Для его применения нет необходимости затрачивать дополнительное пучковое время. Способ является универсальным, так как может быть применен при работе на пучках любых типов частиц. ЗО

К недостаткам этого метода относятся невысокая точность, особенно при определении энергии частиц, связанная с заметной погрешностью известных величин сечений (до 10-157), 35 используемых цля определения энергии, необходимость точного определения толщины используемого образца, эффективности детектора и величины потока частиц независимым способом. 40

Кроме того, надежность определения интенсивности пучка частиц в ряде случаев является невысокой, особенно, если в измеряемой области энерг частиц пучка наблюдается реэ- 45 кая зависимость сечения образования радиоактивного нуклида от энергии.

При этом небольшая неопределенность в значении энергии может привести к значительной ошибке в определении 5б интенсивности.

Цель изобретения — повышение надежности и точности при измерении и интенсивности пучка частиц активационным методом. 55

Цель достигается тем, что в способе определения энергии и интенсивности пучка частиц при активационных измерениях пучком частиц облучают образцы, содержащие изотопы, в результате ядерных реакций на которых образуются радиоактивные нуклиды, имеющие пару изомеров с известными схемами распада и функциями возбуждения, измеряют активности, соответствующие каждому изомеру, и по их отношению определяют энергию пучка частиц, а по абсолютным значениям их активностей определяют его интенсивность, а также тем, что при известной энергии

° пучка частиц его интенсивность определяют дважды по абсолютным значениям активности каждого изомера.

Благодаря тому что точность определения относительных сечений образования изомерных пар (изомерных отношений) существенно вьш1е, чем точность определения абсолютной величины сечения, предлагаемым способом можно определить энергию пучка частиц с более высокой точностью. При этом для определения энергии частиц не нужно знать с высокой точностью ни толщины используемого образца, ни величины интенсивности пучка частиц, а в случае использования реакций с возбуждением генетически связанных изомерных пар, т.е, когда в результате распада ядро переходит из изомерного в основное состояние, нет необходимости знать и эффективность детектора. При определении интенсивности пучка частиц точность данного способа такая же, как у описанного метода активационных детекторов, но благодаря тому, что при облучении одного образца имеется возможность дважцы определить интенсивность пучка — по функциям возбуждения обоих изомеров, надежность предлагаемого способа вы не.

Для определения энергии и интенсивности пучка предлагаемым способом образец, выполненный в виде тонкого слоя вещества, например фольги, облучают пучком частиц и измеряют величину активности распада основного и изомерного состояний. Затем, воспользовавшись формулой (1), определяют величиныб Ф и 6 ф, где G> и d> сечения образования изомерного и основного состояний.

Определяют величину G /d и, воспользовавшись известной зависимостью величины изомерного отношения.

1137901 от энергии, определяют энергию пучка частиц. Зная функции возбуждения обоих изомеров, т.е,значения Д. при данной энергии из соответствующих величий 3„1Р и / ф определяют дважды величину ф,,т.е. интенсивность потока. При правильно проведен" ных измерениях величины интенсивностей, вычисленных из распада основного и изомерного состояний, должны отличаться незначительно, в пределах погрешностей.

Если оба изомера генетически свя- 1S заны, то для определения используют формулу

> оь х 1-е )

h s < 1 8 3 " з д %guru>@h

Е (1-e + 2з

9. где %,„ и % — постоянные распада изамерного и основного состояний.

Лучшей точности достигают, выполнив два измерения активности распада основного состояния (при этом активность, соответствующая распаду изомера, можно не измерять). После этого используя соотношение (2}, сос4О тавляют систему двух линейных уравнений, в которых неизвестными величинами являются произведения dù 7 и и решают ее. По величине изамерного отношения 0 /g определяfYl ют энергию пучка частиц, а с помощью .известных величин абсолютных значений 1„„ и G определяют интенсивность ф . В этом случае величины Я„, и К„„ как источники погрешностей выбывают. Точность определения изомерного отношения не зависит, таким образом, от точности определения толщины используемого образца, эффективности детектора, коэффициентов ветвления в схемах распаца и определяется практически статической погрешностью, которая может быть дастаточна мала, так как при активационных измерениях применяют достаточно сильноточные пучки час,тиц, и погрешностью периодов полураспада, которые обычно известны с точностью до

1-2 .

Таким образом, величина изомерных отношений может быть определена с точностью да 2-3 и благодаря резкой, как правило, зависимости величины изомерного отношения от энергии определяют энергию пучка частиц с хорошей точностью.

Сущность изобретения поясняется графиком зависимости относительного сечения образования изомерной пары у, 3 Y в 4l, 2п) — реакции ат энер" гии, приведенным на фиг. 1, и графиком функций возбуждения реакций

Rb(ec,2n) Y u Rb Q „2п) Г, приведенным на фиг, 2.

В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим способ определения энергии и интенсивности пучка альфа-частиц с использованием образцов рубидия. Образцы аблучают пучком альфа-частиц. В результате реакции

В Я>(М,2п) в ннх образуются изамернае

$5ù состояние " Y с периодом палураспа87р да 13,2 ч и основное "остаяние у с периодом полураспада 80„3 ч.

Затем измеряют выход / -линии

381,1 кэВ и с помощью соотношения (1} определяют величину произведения а па выходу 7, -линии 484,8 кэВ определяют величину 0 9, используя соотношение (2) . Например (см,. фиг. 2), па изамерному саотношениюб !u =5,2 определяют с помощью зависимости, приведенной на фиг.1, энергию з . -час-: тиц Ек=20 ИэВ. Затем, определив значения д,„ и 6 < При данной энергии нз зависимостей, приведенных на фиг. 2, определяют интенсивность пучка по величинам 6 „g HQ q ф °

Характеристику технико-экономической эффективности предлагаемого изобретения рассмотрим в сравнении с из" вестными.

Преимущество заявленного способа измерения энергии и интенсивности пучка частиц от способов, использующих электростатические или магнитные анализаторы или калорнметры, заключается прежде всего н том, чта гредлагаемый способ не требует дополнительного сложного абарудсвания (анализа1237

Редактор Л. Письман Техред A.Áàáèíåö Корректор Л. Пилипенко

Заказ 5764/2 Тираж 748 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 торы частиц, детекторы, калориметры, интеграторы тока и др,). Кроме того, этот способ позволяет определять среднюю энергию и интенсивность пучка частиц, которым облучают -исследуемые образцы, в процессе,активационных измерений. При этом измеряется именно энергия частиц, участвующих в возбуждении исследуемых реакций, а не энергия пучка частиц до или после 10 активационных измерений, как в известных методах. Кроме того при использовании заявляемого способа не требуется дополнительного времени работы ускорителя для измерения энергии и ин" 1 тенсивности пучка, так как определение ,этих величин происходит в процессе активационных измерений на исследуемых образцах.

По сравнению с прототипом предла- 20

1 гаемый способ является более точным и

901 8 .надежным. Это достигается эа счет того, что при-его использовании для определения энергии не требуется измерения толщины облучаемого образца и эффективности детектора, а величина изомерных отношений, по которой определяют энергию в заявляемом способе, как правило, известна с более высокой точностью, чем абсолютные значения образования радиоактивных нуклидов, используемые для определения энергии в базовом объекте.

Надежность заявленного способа вы,ше, чем у базового объекта, особенно при определении интенсивности пучка частиц, так как эта величина определяется дважды по абсолютным значениям Ьш ид при облучении образца.