Методы регистрации малоинтенсивных нестационарных потоков нейтронов в условиях большого радиационного фона и электрических помех тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Тихомиров, Адольф Александрович

• Тихомиров, Адольф Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Тихомиров, Адольф Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Регистрация полного выхода быстрых нейтронов, генерируемых короткоживущей лазерной плазмой, в условиях мощных электрических помех,'.

§ I. Методы регистрации полного выхода быстрых нейтронов, генерируемых плазмой при однократных вспышках лазера.

1.1 Метод обнаружения нейтронов по протонам отдачи.

1.2 Метод регистрации нейтронов борными счетчиками, размещенными в парафиновом замедлителе.

1.3 Метод определения числа нейтронов, испускаемых плазмой, с помощью замедления в водородосодержащем сцинтилляторе и последующей их регистрации.

§ 2. Теоретическое обоснование метода измерения общего выхода быстрых нейтронов из плазмы путем исследования их замедления и диффузии в сцинтилляторе счетчика.

§ 3. Экспериментальное изучение вопроса диффузии нейтронов в жидком и твердом водородосодердащих сцинтил-ляторах счетчиков.

3.1 Схема опыта.

3.2 Результаты исследования спада нейтронной интенсивности в замедлителе счетчика.

§ 4. Экспериментальное исследование метода регистрации быстрых нейтронов, излучаемых плазмой, получаемой с помощью лазерного луча.

4.1 Построение электронных схем для регистрации малых потоков нейтронов из плазмы.

4.2 Исследование параметров схем регистрации с помощью изучения спада интенсивности нейтронов в замедлителе счетчика.

4.3 Эксперименты по регистрации нейтронов из плазмы.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА П. Методы регистрации малых потоков очень холодных и ультрахолодных нейтронов в условиях радиационного фона и электрических помех.

§ I. Метод регистрации УХН, вытекающих из кварцевой и бе-риллиевой ловушек, в экспериментах на стационарном реакторе.

1.1 Схема эксперимента.

1.2 Фоновые условия.

1.3 Эффективность установки.

1.4 Метод регистрации малого числа УХН, вытекающих из ловушки, в условиях большого радиационного фона.

1.5 Результаты экспериментов.

§ 2. Метод регистрации УХН из медной полированной ловушки камера УХН") объемом 50 литров в экспериментах на импульсном реакторе класса ИИН.

2.1 Схема метода получения и регистрации УХН на реакторе

2.2 Фоновые условия эксперимента.

2.3 Эффективность установки.

2.4 Метод регистрации сигналов от УХН, вытекающих из ловушки, в условиях фона и электрических помех.

2.5 Краткие результаты экспериментов.

§ 3. Метод регистрации ОХ и УХН в экспериментах на "Гравитационном нейтронном спектрометре".

3.1 Гравитационный время-пролетный нейтронный спектрометр.

3.2 Фоновые условия экспериментов на спектрометре.

3.3 Методика регистрации сигналов от ОХ нейтронов на "Гравитационном нейтронном спектрометре".

3.4 Краткие итоги экспериментов.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА Ш ЭЛЕМЕНТЫ РЕШСТРИРУЩИХ УСТРОЙСТВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

§ I. Детекторы нейтронов.

1.1 Конструкция и принцип работы детекторов.

1.2 Параметры сигналов с детекторов и критерии их обнаружения.

§ 2. Усилители и их роль в отборе сигналов.

§ 3. Пороговые элементы.

§ 4. Каскады логического отбора.

§ 5. Принципиальная схема обработки информации в условиях сильных электрических помех в экспериментах на установке УХН, использованной на импульсном реакторе.

Выводы по третьей главе.

КРАТКИЕ ИТОГИ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы регистрации малоинтенсивных нестационарных потоков нейтронов в условиях большого радиационного фона и электрических помех»

В диссертации исследуется ряд конкретных задач, связанных с нестационарным переносом нейтронов различных энергий. Основное внимание при изложении материала уделяется методическим проблемам физического эксперимента, а именно созданию методов регистрации нейтронов при высоком уровне радиационного фона и электрических помех. Свда следует отнести исследование фоновых условий, выбор соответствующих детекторов, исследование их эффективности, разработку регистрирующих устройств и схем управления работой экспериментальных установок. Диссертация написана по материалам работ, проводившихся в Нейтронно-физической лаборатории ФИАН в течение последних 15 лет.

Первая глава диссертации посвящена разработке метода регистрации нейтронного излучения плазмы, возникающей при однократных вспышках лазера, облучающего твердое тело. Вторая глава посвящена методам регистрации нейтронов очень малых энергий - газа из ультрахолодных нейтронов (УХН), транспортируемого с помощью ловушек, и л сз потоков очень холодных (ОХ) нейтронов с Е = 10-10 эВ в установке "Гравитационный нейтронный спектрометр". Основное внимание в главе отведено разработке методик выделения и регистрации малых потоков нейтронов при наличии значительного уровня фона и электрических помех. Третья глава посвящена некоторым исследованиям характеристик основных узлов функциональных схем экспериментальных установок.

Рассмотрим кратко основные научные проблемы, изучаемые в диссертации. Возникшее на стыке квантовой электроники и физики плазмы новое научное направление - лазерный нагрев плазмы - открыло принципиально новые пути в исследовании проблемы управляемого термоядерного синтеза. В лаборатории КРФ ФИАН, руководимой Н. Г. Басовым, для высокотемпературного нагрева плазмы были использованы мощные импульсные лазеры на неодимовом стекле. Длительность их вспышек составляла КГ^-КГ12 с при мощности 1010-1012 Вт. При фокусировании такого излучения на поверхность твердых мишеней образуется плазма с электронной плотностью, близкой к плотности 7 твёрдого тела, и температурой порядка 10 градусов. Для удержания плазмы с такими параметрами потребовались бы магнитные поля чрезвычайно большой напряженности {>10 Гс), поэтому при лазерном нагреве, как правило, работают с плазмой, свободно разлетающейся в вакуум (инерциальное удержание). В плазме благодаря высокой начальной плотности успевает произойти значительное число столкновений между частицами, обладающими достаточно высокой энергией. В результате столкновений могут осуществляться акты термоядерного синтеза.

В ходе работ, развернутых в лаборатории КРФ, часть усилий была сосредоточена на задаче обнаружения генерации нейтронов из плазмы, содержащей дейтерий. При исследовании плазмы во многих лабораториях мира были зарегистрированы значения температуры плазмы 10^ и более градусов /1-3/. Эти данные относились к электронам, измерения температуры ионов отсутствовали. Ионная температура в плазме может существенно отставать от электронной. Регистрация нейтронного выхода явилась бы непосредственным подтверждением образования плазмы с высокими значениями энергии ионов с помощью лазерного излучения.

Изучение характеристик нейтронного излучения является особенно целесообразным и удобным, так как позволяет получить информацию о параметрах плазмы располагая детекторы снаружи установки без введения датчиков измерительных устройств в непосредственный контакт с плазмой /4/*

Исследование временного и энергетического распределения продуктов реакции синтеза используется для оценки интенсивности про« текания ядерной реакции, а также для оценки выхода ядерного излучения, имеющего термоядерное или иное происхождение /5/. Например, исследование энергетического распределения излучаемых нейтронов позволяет получить информацию о нейтронах, получаемых в результате ускорительных процессов, происходящих в плазме. Нейтроны такого рода не имеют отношения к термоядерному выходу в обычном его понимании.

Измерение величины полного количества нейтронов, генерируемых за вспышку &0, так и распределение этих нейтронов во времени и по энергии связано с определенными трудностями, особенно при малой интенсивности и короткой длительности нейтронной вспышки, частота повторения которых 1-2 импульса за час.

В связи с тем, что время жизни лазерной плазмы невелико с), возникает весьма сложная задача разрешения импульсов от отдельных нейтронов. Кроме того, число нейтронов, излучаемых в полный телесный угол, в проводившихся в то время экспериментах С197Е-1972 г.) было невелико ж проблема их регистрации поэтому была весьма затруднена. Последние успехи в создании мощных лазеров, приведшие к увеличению выхода нейтронов, уменьшили остроту этой проблемы. В связи с изложенным весьма актуальной научной задачей являлась разработка метода регистрации нейтронов, генерируемых за время 1СГ®-1СГ® с с возможно более высокой эффективностью. Эта задача была решена с помощью предложенного нами метода регистрации высокоэффективным счетчиком, в котором нейтронная вспышка затягивалась во времени.

Для этой цели использовался водородосодержащий жидкий замедлитель, который одновременно являлся сцинтиллятором. Поглощение тепловых нейтронов осуществлялось гадолинием, растворенным в уайт-спирите, в течение их времени жизни в замедлителе (сотни микросекунд). Данная система регистрации давала возможность обнаруживать незначительный выход нейтронов из плазмы и надежно их регистрировать в условиях рентгеновского излучения плазмы и мощных электрических помех, создаваемых работой лазера.

Б связи с прогрессом лазерной техники, позволившим увеличить нейтронный выход за лазерную вспышку /6/, требования, предъявляемые к устройствам регистрации нейтронов несколько смягчились. С учетом этих новых возможностей автором были разработаны, осуществлены и испытаны на действующих лазерных установках в лаборатории Н.Г.Басова счетчики нейтронов несколько упрощенной конструкции, в основу которых был положен тот же принцип замедления нейтронов в водородосодержащих сцинтилляторах счетчиков /7-9/.

Принципы, положенные в основу созданных счетчиков, позволяют быстро их перестраивать для регистрации потоков нейтронов, отличающимся по интенсивности на несколько порядков, что делает их весьма универсальными.

Во второй главе рассматриваются работы, связанные с исследованиями очень холодных и ультрахолодных нейтронов. В 1959 году Я.Б.Зельдович /10/ отметил некоторую особенность поведения нейтронов самых низких энергий (со скоростью меньше или порядка 10 и/с) - они должны испытывать полное отражение от сред с положительной когерентной амплитудой при любых углах падения. Так при полном отражении нейтронная волна проникает в среду на малую глубину 100 & , вероятность потери нейтрона при одном отражении должна быть мала и нейтрон, заключенный в откаченную полость, должен о с находиться в ней в течение времени, необходимого для 10 -10 пересечений полости с учетом ограничения, накладываемого радиоактивным распадом нейтрона, период которого около 1000 с.

Отметим, что по свидетельству академика Б.М.Понтекорво /II/, ещё Энрико Ферми в конце 30-х годов предвидел возможность накопления нейтронного газа и его транспортировки в отпаянных ловушках - "бутылках". Однако, в литературе впервые выдвинул и теоретически обосновал идею получения нейтронного газа в большой сферической полости с графитовыми стенками академик Я.Б.Зельдович в 1959 году /10/, а в магнитных ловушках К. В. Владимирский /12/.

В 1972 году в ФИАНе при участии автора была сконструирована и изготовлена вакуумная передвижная ловушка - "бутылка" для использования на стационарном реакторе. Б экспериментах, проделанных в ИТЭФ была доказана осуществимость идеи накопления нейтронов в вакуумных сосудах и их транспортировки.

Опираясь на эти эксперименты, в 1976 году был разработан метод получения ультрахолодных нейтронов на импульсном реакторе апериодического действия класса ИИН и была создана для ультрахолодных нейтронов специальная транспортируемая камера большой ёмкости (50 литров) /II, 13/.

Спектрометрия 0Х и УХН является актуальной научной задачей. Спектрометрические исследования дают уникальную информацию об упругом и неупругом сечениях рассеяния,захвата и деления вещества, существенны для исследования некоторых прблем физики твердого тела. Первый монохроматор УХН, предложенный и осуществленный Ф.Л.Шапиро /14/ имел весьма простую конструкцию. Он представлял собой изогнутый в вертикальной плоскости нейтроновод в виде буквы "П", плоскость которого могла устанавливаться под любым углом к горизонту. В настоящее время создано несколько приборов, использующих этот принцип как интегральных /15 -17/, так и предназначенных для снятия дифференциальных спектров УХН /18/. Б работе Л 9/ описан время-пролетный спектрометр-монохроматор для области ОХ нейтронов. Одним из приборов, предназначенных для спектрометрических исследований с ОХ и УХН,является созданный А.Д.Пере-крестенко и др. при участии автора под руководством А.В.Антонова и А.И.Исакова единственный в СССР время-пролетный гравитационный спектрометр /20/ для спектрометрии нейтронов в интервале энергий 5«10*"^~10~9 эВ, что соответствует скорости нейтронов 100 в^с -I м/с с разрешением по энергии 16$. Установка смонтирована на одном из вертикальных каналов реактора МИФИ ИРТ-2000. Получение нейтронов малых анергий осуществляется при замедлении в поле гравитации нейтронов более высоких энергий* Основной вклад автора при создании этих аппаратов выразился в разработке и настройке всех регистрирующих и управляющих устройств, в апробации методов и участии в первых экспериментах и их трактовке.

Получение УХН связано с трудностями в связи с тем, что доля УХН в максвелловском спектре тепловых нейтронов весьма невелика. Она равна 1/2СУгр/1/т)4 и при V^ 6,8 м/о, V т = 2200 м/с составляет 3*10 .

Для получения достаточно интенсивных потоков УХН необходимо использовать мощные источники нейтронов. Так в первых пробных экспериментах по накоплению нейтронов в "бутылках" нами был использован стационарный реактор института Теоретической и Экспериментальной Физики с интегральным потоком при номинальной мощности 4*10^ н/см^*с. При накоплении нейтронов в ловушке большого объёма (50 литров) был использован в качестве источника импульсный реактор типа ИИН с выходом в полный телесный угол 1017 нейтронов о при длительности срабатывания 10 с. Для увеличения доли ОХ и УХН из общего потока используют охлажденные замедлители и конверторы.

Конвертор представляет слой замедлителя сравнительно небольшой величины (порядка нескольких нейтронных пробегов), который облучается потоком термализовавшихся нейтронов. Увеличение потока УХН в спек« тре тепловых нейтронов определяется свойствами вещества конвертора, его температурой и ^температурой"нейтронов. Методы получения и регистрации ОХ и УХН в кавдом из экспериментов имеют как общие черты, так и свою специфику. Все мощные источники нейтронов как импульсные, так и стационарные имеют большой фон. Фоном являются нейтроны других энергий, ^ -и ^ -излучение, а также космическое излучение. Кроме того, следует учитывать, что генерация нейтронов с помощью лазерных вспышек, а также на реакторе ИИН, обычно связана с возникновением мощных электрических помех, нарушающих нормальную работу аппаратуры и требующих разработки специальных методов выделения в этих условиях полезной информации.

В кавдом из предложенных методов регистрации уделялось особое внимание двум моментам: отделению сигналов "нужных" нейтронов от фоновых событий и выбору оптимальной структуры схем регистрации. Для регистрации потока нейтронов и отделения его от фона в зависимости от конкретных условий использовались следующие моменты:

1. Фактор времени, основанный на том, что нейтроны малых энергий в процессе переноса нейтронного потока отделяются от нейтронов более высоких энергий за счет их скорости, например, в„Гравитавдон-ном нейтронном спектрометре^ В случаеуз-и у -фона, возникающего в ловушечных экспериментах благодаря активации материалов, следует выбирать такие вещества, период полураспада активности которых должен быть меньше времени жизни нейтронов в данной ловушке.

2. Фактор пространства - нейтроны отделяются от фона путем транспортировки их из места получения к месту регистрации, где фоновые поля значительно слабее,

3. Радиационная защита детектирующей части от фона рассеянных нейтронов, 7-излучений.

4. Создание помехозащшценных электронных схем регистрации и использование специальных методов выделения полезной информации.

При разработке методов регистрации этим вопросам уделялось особое внимание. Так при регистрации быстрых нейтронов, генерируемых короткоживущей лазерной плазмой, впервые был использован не прямой метод регистрации быстрых нейтронов по протонам отдачи, а метод замедления быстрых нейтронов в водородосодержащем замедлителе до равновесного состояния и исследование параметров диффузии тепловых нейтронов, по которым определялось количество быстрых нейтронов, попавших в замедлитель. Эйесь процесс регистрации и процесс выхода нейтронов из плазмы разнесены по времени минимум на 40-60 мкс, что значительно повышает отношение числа быстрых нейтронов к фону. В случае, если интенсивность излучения велика, задержка во времени начала регистрации может быть соответственно увеличена.

При регистрации ультрахолодных нейтронов процесс накопления и процесс регистрации разделены промежутком от 30 с до 50 с. В этих экспериментах используется также фактор пространственного разделения места накопления и места регистрации с помощью транспортировки УХН в замкнутых сосудах.

При регистрации очень холодных нейтронов место их образования отделено от места регистрации 6 м слоем воды. Нейтроны транспортируются по изогнутому нейтроноводу за счет собственной скорости.

Данные методы позволили значительно увеличить отношение потока полезных нейтронов к фону. Так в экспериментах с бериллиевыми ловушками удалось увеличить это отношение на несколько порядков.

Помимо данных мер для борьбы с фоном а также с электрическими помехами использован способ построения оптимальной структуры схем регистрации« Важное место здесь отводится выбору соответствующего детектора, эффективность регистрации нейтронов нужных анергий которым была бы высокой по сравнению с эффективностью к фоновым излучениям.

В Нейтронно-фазической лаборатории ФИАН по предложению Антонова A.B. и Исакова А*И* и под их руководством была разработана целая серия детекторов для регистрации УХН в условиях активации конструкционных материалов установок и повышенного реакторного фона /21/, Использование ранее созданных детекторов, например, сцинтилляцион-ного на основе Li 6 /22/, который был использован в первых экспериментах по получению, хранению и поляризации УХН в ЛИЯФ АН СССР им. Б.П.Константинова; сцинтилляционного на основе LL6F/23/; сцинтилляционного активационного, радиатор которого представляет фольгу из Мп и №/24/» пропорционального счетчика, разработанного A.B. Стрелковым /25/ и т.д. не представлялось возможным в экспериментах с транспортировкой замкнутых сосудов на стационарных и импульсных реакторах ввиду сильной активации узлов установки и ловушек.

Одним из первых был создан полупроводниковый детектор с радиатором из Не^ /26/, в котором протон и тритон, возникающие при захвате нейтрона Не , регистрируются двумя поверхностно-барьерными детекторами, расположенными параллельно. Детектор, разработанный при участии автора был использован для регистрации УХН, вытекающих из бериллиевой ловушки. Детектор имел свинцовую защиту от у -лучей и совместно со схемой отбора сигналов позволил надежно регистрировать единичные нейтроны.

Дальнейшей разработкой было создание детектора, нечувствительного к р -и у -фону. Микеровым В.И. и др./ 27/ был создан уран-титановый радиатор, использующий реакцию деления Ц^^ ультрахолодными нейтронами. Детектор с этим радиатором /28/ работал при регистрации УХН, вытекающих из ловушки большого объема. Применение других типов детекторов в этих условиях показало худшее отношение сигнала к фону /58/.

В литературе рассмотрены случаи увеличения отношения эффекта к фону при время-пролетных измерениях, на основе модуляции интенсивности нейтроннык потоков сигналами большой длительности типа белого шума или близкими к синусоидальным. Цри этом удается использовать до 50% возможных нейтронов источника. Из них наиболее разработаны для применения в спектрометрии по времени пролета корреляционный и частотный методы. При этом для измерения корреляционных функций и амплитудно-фазовых характеристик требуется специальная аппаратура. В данной работе эти методы неприменимы, так как в основном регистрируются однократные нейтронные потоки. Методика построения оптимальных фильтров хорошо разработана в теории цепей /29, 30/ и в статистической теории обнаружения сигналов /31, 32/, однако в применении к рассматриваемой проблеме с учетом ее специфики эти вопросы еще недостаточно изучены. При создании методик обработки информации с детекторов сделаны попытки построения оптимальных структур выделения сигналов из фона на основе коррелированных процессов, происходящих в детекторе, при регистрации нейтронов, а также формировки сигналов в районе детектора.

Содержание диссертации

Диссертация слагается из введения, трех глав, кратких итогов и выводов, заключения и списка литературы.

Первая глава "Регистрация полного выхода быстрых нейтронов, генерируемых короткоживущей лазерной плазмой в условиях мощных электрических помех" изложена в четырех параграфах.

- 15

Вторая глава "Методы регистрации малых потоков очень холодных и ультрахолодных нейтронов в условиях радиационного фона и электрических помех" содержит три параграфа.

Третья глава "Элементы регистрирующих устройств экспериментальных установок" содержит пять параграфов.

Диссертация написана на основе работ автора /7-9, II, 13, 20, 21, 26 , 28, 49-56, 61, 62/.

Работы докладывались на Ш и 1У Всесоюзных конференциях /51, 52/, опубликованы в трудах конференций и советских научных журналах.

Автор защищает:

1. Метод обнаружения малоинтенсивных потоков быстрых нейтронов в однократных вспышках лазерной плазмы, определение количества быстрых нейтронов из плазмы начиная от 30 для уаит-спиритового и 100 для полистиролового сцинтилляционных счетчиков в полный телесный угол.

2. Метод регистрации единичных сигналов от УХН, вытекающих из ловушек малого объема ("бутылки"), в условиях радиационного фона, превышающего на несколько порядков ожидаемый эффект.

3. Метод регистрации сигналов от УХН, вытекающих из ловушки большого объема (50 л), в условиях сильных электрических помех и радиационного фона.

4. Способ регистрации сигналов от 0Х нейтронов, а также устройства управления "Гравитационного нейтронного спектрометра".

ШВА I

РЕГИСТРАЦИЯ ПОЛНОГО ВЫХОДА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ КОРОТ-КОЖИВУЩЕЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМОЙ, В УСЛОВИЯХ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОМЕХ

В данной главе рассмотрен, разработанный автором, метод измерения полного выхода нейтронов, излучаемых плазмой, генерируемой при однократных вспышках лазера, сфокусированного на поверхность твёрдого тела.

В § I описаны возможные методы регистрации малоинтенсивных потоков нейтронов. В § 2 дано обоснование предложенного метода измерения общего выхода нейтронов из лазерной плазмы путем регистрации нейтронов, замедляющихся в водородосодержащем веществе, служащим сцинтиллятором люминесцентного счетчика. В § 3 представлены результаты экспериментального изучения воцросов диффузии нейтронов в жидком и твердом сцинтилляторах счетчиков с помощью импульсного нейтронного генератора. В § 4 дана схема регистрации нейтронов, методика измерения эффективности и мертвого времени регистрирующей системы, рассмотрены возможности построения оптимальной структуры схем регистрации, представлены результаты использования счетчиков в экспериментах по изучению нейтронного выхода из плазмы.

Глава написана по результатам работ автора /7-9/, выполненных под руководством А.В.Антонова, |Ь.Б.1Т>анаткина> и А.И.Исакова.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Тихомиров, Адольф Александрович

КРАТКИЕ ИТОГИ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Впервые разработан и осуществлен метод обнаружения и регистрации однократных малоинтенсивных импульсных потоков быстрых нейтронов от точечных источников (из плазмы, получаемой при облучении твердых мишеней импульсом лазера) в условиях мощных электрических помех и рентгеновского излучения плазмы. Метод позволяет поштучно регистрировать через некоторый интервал времени после вспышки плазмы термализовавшиеся нейтроны в течение интервала, определяемого временем жизни их в замедлителе. Разработанный метод позволяет определять число быстрых нейтронов, испускаемых плазмой,за один импульс. а. Показано, что с удовлетворительной статистической точностью ~30$ можно регистрировать весьма слабые потоки нейтронов, о которые для уайт-спиритового счетчика размером (60 х 70 х 70) см составляют примерно 30 нейтронов в полный телесный угол и 100 о для полистиролового размером (30 х 40 х 40) см . Максимально возможная эффективность регистрации нейтронов 60$ и 19% соответственно для уайт-спиритового и полистиролового счетчиков. б. Созданные приборы были использованы в лаборатории Квантовой радиофизики ФИАН в экспериментах для регистрации нейтронов, вылетающих из плазмы, генерируемой с помощью лазера, облучающего поверхность твердых мишеней. В условиях сильных электрических помех и рентгеновского излучения плазмы данным прибором были заэ регистрированы потоки нейтронов в интервале от 10 до 5*10 нейтронов за импульс.

2. Для трех созданных уникальных исследовательских установок, предназначенных для изучения физики очень холодных и ультрахолодных нейтронов, "Гравитационного нейтронного спектрометра", отпаяных ловушек УХН, типа нейтронного "ведра", "Камеры УХН" (транспортируемой ловушки, наполняемой нейтронами на импульсном реакторе типа ИИН) разработаны и созданы комплексы управляющей и регистрирующей электронной аппаратуры. Каждая из перечисленных установок была отстроена на соответствующем нейтронном источнике, прокалибрована и с их помощью были проведены'измерения и получены новые физические результаты.

3. Созданы оптимальные функциональные узлы электронных схем для экспериментальных установок. Сняты характеристики предварительных усилителей, пороговых элементов, элементов логического отбора. Разработанная электроника обладала высокой степенью надежности и эффективности и соответствовала условиям проводимых экспериментов при регистрации малых потоков событий в условиях высокого уровня фона.

4. В проводимых экспериментах получено отношение сигнал/фон: 3-4 при регистрации УХН, вытекающих из бериллиевой ловушки; 10 при регистрации УХН, вытекающих из медной полированной ловушки объемом 50 л; ТО4 при регистрации очень холодных нейтронов со скоростями 100 м/с и 2 при регистрации нейтронов со скоростями 4 м/с на "Гравитационном нейтронном спектрометре".

5. В результате физических экспериментов получены: экспериментальная зависимость спада интенсивности нейтронов от времени в замедлителях счетчиков быстрых нейтронов, а также эффективность устройств регистрации и рабочий интервал регистрации нейтронов, амплитудное распределение фона ловушки и чехла, облученных в канале реактора, амплитудные спектры сигналов полупроводникового детектора и сцинтилляционного счетчика с уран-титановым радиатором, амплитудный и временной спектры сигналов на выходе "Гравитационного нейтронного спектрометра".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить руководителей работы заведующего Нейтроныо-физической лабораторией ФИАН докт. физ.-мат. наук Исакова А,И., заведующего сектором Ультрахолодных и медленных нейтронов Нейтронно-физической лаборатории ФИАН докт. физ.-мат. наук Антонова A.B.

Автор признателен за внимание к работе при проведении экспериментов по регистрации быстрых нейтронов из плазмы академику Басову Н.Г. и зав. лаб. докт. физ.-мат. наук Склизкову Г.В., а также руководителям групп Нейтронно-физической лаборатории ФИАН Перекрестенко А.Д. и Микерову В.И., с помощью кото-кых были проведены работы на физических реакторах.

Автор благодарит за помощь в работе Крупинина И.О., 1Урея А.Е., Климова В.М., Старцева С.А., Лапушкина Ю.А., Мешкова И.В., Тонину Т.Т., Сметанину В.А., а также других сотрудников НФЛ ФИАН, помогавших в работе.

Рис. 1.1 Счетчик нейтронов для относительного измерения мощности источника.

I -борная защита; 2 -внешнее кольцо счетчиков; 3 -подвижная секция; 4 -мишень; 5 -основной блок парафина; 6 -внешняя защита из парафина; 7 -труба для ввода пучка.

1\

6,5 . I

1 12м>

Г-УсЬ \ %

• 0 Л-

1 -

10 20 30 £(мкс) 0 100 200 300 400 500 t (мкс)

Рис. 1.2 Временной выход нейтронов из мишени генератора,

Рис. 1.3 Временная зависимость прозрачности серебряного фильтра.

Рис, 1.4 Схема эксперимента по исследованию счетчика.

Ст -источник световых импульсов; Ф -формирователь импульсов света; Г -генератор; ПУ -предварительный усилитель; ЛДД -амплитудный дифференциальный дискриминатор; £-суммирующее устройство; М -мишень; МС -мониторный счетчик; ИС -исследуемый счетчик.

Рис. 1.5 Спад нейтронной интенсивности в замедлителе твердого счетчика, полученной с помощью АИ-256.

Г ПУ

1

Решение

Рис. 1.6 Блок-схема оптимальной структуры с коррелятором. X -умножительное устройство; $ -интегратор; ГС -генератор сигнала; ПУ -пороговое устройство; X -напряжение, пропорциональное , корреляционному интегралу; <£> -величина порога; #/У-входной сигнал; Ц(Ь) -копия обнаруживаемого сигнала.

Рис, 1.7 Схема экспериментов по регистрации быстрых нейтронов из лазерной плазмы.

Д -счетчик быстрых нейтронов; У -усилитель; ВД -интегральный дискриминатор; СС -схема совпадений; ДЦД -временной дифференциальный дискриминатор; Сч - пересчетное устройство (ЛП-9); УУ -устройство управления; Ус -усилитель света; 03 -оптический затвор; ЗГ -задающий генератор; Ж -вакуумная камера с мишенью.

4.10я

10'

10

1СГ

N(имп) N 5

20 200 400 600 800

1000 мкс)

Рис, 1.8 График спада нейтронной плотности в замедлителе пластмассового счетчика. Измерения выполнены на одноканальном анализаторе. Величина канала соответствовала 50 мкс.

Рис. 1.9 Зависимость спада нейтронной плотности в счетчике от частоты вспышек нейтронного генератора.

I - 6 Гц, 2 - 60 Гц, 3 - 600 Гц.

Рис. 1.10 График спада нейтронной интенсивности в зависимое ти от загрузки жидкого соднтилляционного счетчика.

6о-£

Рис. 1.11 Графики относительного изменения эффективности соответственно пластмассового и жидкого сцинтилляционных счетчиков в зависимости от загрузки.

5% Иь/ЫО* £% 8о-8/8* Мз/Ш3

19 +2,5 0 8,2 60+10 0 1.9

18,5±2,5 0,029 34,3 58±10 0,03 5,25

17 ±2,5 0,125 200,0 57+10 0,045 35,7

15 *2,0 0,240 640,0 57+ЕО 0,150 108,0

13 ±2,0 0,500 1220,0 52± 9 0,350 251,0

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Тихомиров, Адольф Александрович, 1984 год

1. Басов H.Г., Крохин О,H. Труды международной конференции по квантовой электронике. Париж, 1963, ЖЭТФ, 1964, 45, 171.

2. Басов Н.Г., Захаров С.Д., Крохин О.Н., Крюков П.Г., Сенатский Ю.В., Чекалин C.B., Федосимов А.И., Щелев М.Я. Исследование нагрева плазмы, образованной ультракороткими лазерными импульсами. Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1970, №8, с.48-53.

3. Склизков Г.В. Экспериментальное исследование динамики нагрева и разлета плазмы, образующейся при фокусировании излучения лазера на вещество. Дисс. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат. наук, M., 1967.

4. Гамалий Е.Г., 1уськов С.Ю., Соболевский Н.М. Нейтронная диагностика плотной термоядерной плазмы. Сб.: Импульсные нейтронные исследования. -Труды ФИАН, М., Наука, 1977, т.94, с.10-21.

5. Кириллов-Угрюмов М.В. Разработка и исследование нейтронных диагностик комплексной установки лазерно-термоядерного синтеза "Дельфин". Дисс. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат. наук, M., 1983.

6. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Склизков Г.В., Федотов С.И., Шиканов A.C. Мощная лазерная установка и исследование эффективности высокотемпературного нагрева плазмы. Письма ЖЭТФ, 1972, 62, 203.

7. Антонов A.B., Гранаткин Б.В., Исаков А.И., Ряжская О.Г., Тихомиров A.A. О возможных методах регистрации нейтронов в единичных коротких вспышках. -М., препринт ФИАН, 1970, МО, с.1-33.

8. Гранаткин Б.В., Исаков А.И., Ряжская О.Г., Тихомиров A.A.

9. О возможных методах регистрации быстрых нейтронов, генерируемых короткоживущей плазмой. -М., препринт ФИАН, 1972, №70, с.1-27.

10. Гранаткин Б.В., Исаков А.И., Тихомиров A.A. Сцинтилляционныйсчетчик для регистрации нейтронов, генерируемых лазерной плазмой. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., 1972, 166, с.62-68.

11. Зельдович Я.Б. Хранение холодных нейтронов. -Письма ЖЭТФ, 1959, т.36, в.6, с.1952-1953.

12. Антонов A.B., Галкин О.Ф., 1Урей А.Е., Исаков А.И., Ковыльников В.Н., Микеров В.И., Тихомиров A.A. Транспортируемая установка для накопления нейтронов на импульсном реакторе. -Письма ЖЭТФ, 1976, т.24, в.6, С387-390.

13. Владимирский В.В. Магнитные зеркала, каналы и бутылки для холодных нейтронов. -ЖЭТФ, I960, 39, М, с.1062-1070.

14. Антонов A.B., Галкин О.Ф., Цурей А.Е., Исаков А.И., Ковыльников В.Н., Микеров В.И., Тихомиров A.A. Получение газа ультрахолодных нейтронов на импульсном реакторе типа ИИН. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1976, М2, с. 38-44.

15. Грошев Л.В., Дворецкий В.Н., Демидов A.M., Лущиков В.И., Панин Ю.Н., Покотиловский Ю.Н., Стрелков A.B., Шапиро Ф.Л. Опыты с ультрахолодными нейтронами. -Препринт ОИЯИ, Дубна, 1970, й Р3-5392, с.1-16.

16. Ахметов Е.З., Каипов Д.К., Конке В.А., Стрелков A.B., Третьяков Л.И. Источники ультрахолодных нейтронов. -Сб.: Нейтронная физика, М., 1977, ч.1, с.182-186.

17. Ахметов Е.З., Каипов Д.К., Конке В.А.»Измерение спектра ультрахолодных нейтронов. -Сб.: Нейтронная физика, М. 1976, ч.2, с.150-154.

18. Грошев Л.В., Лущиков В.И., Николаев С.А., Панин Ю.Н., Покотиловский Ю.Н., Стрелков A.B. Хранение ультрахолодных нейтронов в медных сосудах. -Сб.: Нейтронная физика, М., 1976, ч.2,с.166-177.

19. Косвинцев Ю.Ю., Кушнир Ю.А., Морозов В.И., Нефедов В.Н. Установка для получения УХН на реакторе СМ-2. -Сб.: Нейтронная физика, М., 1976, ч.2, с.183-187.

20. Кашукеев Н.Т., Станев Г.А., Сурджийски В.Т., Стоянова Е.Н. Экспериментальное исследование взаимодействия очень холодных нейтронов с металлами и газами. -Сб.: Нейтронная физика, М., 1976, 4.2, с.205-209.

21. Антонов А.В., Исаков А.И., Кузнецов С.П., Мешков И.В., Крюков П.А., Перекрестенко А.Д., Тихомиров А.А. Гравитационный нейтронный спектрометр. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1974, МО, с.10-15.

22. Антонов А.В., Беляев П.А., Исаков А.И., Линькова Н.В., Нестерова Н.Е., Перекрестенко А.Д., Солодилов В.Е., Тихомиров А.А. Регистрация ультрахолодных нейтронов. -Препринт ФИАН, 1973, №86, с.1-20.

23. Лобашев В.М., Пороев Г.Д., Серебров А.П. Получение, хранение и поляризация ультрахолодных нейтронов. -Препринт ЛИЯФ, 1973, Ю7.

24. Bates Y.C. Measurements of absorption probabilities for ultra cold neutrons incident on strong absorbers. Nucl. Instrum. and Meth. 1978, 150, N 2, 261-272.

25. Robson J.M., Winfield D. The detection of ultracold neutrons by the activation of maaganese. Phys. Lett., 1972, v. 40B,1. N 5, 537-538.

26. Стрелков A.B. Эксперименты по извлечению из реактора и хранению ультрахолодных нейтронов. -Дисс. на соиск. ученой степени канд. физ.-мат. наук, 1971, Дубна.

27. Аниколенко В.А., Антонов А.В., Исаков А.И., Перекрестенко А.Д., Тихомиров А.А. Детектор для регистрации ультрахолодных нейтронов в условиях интенсивного фона. Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1973, с.13-20.

28. Антипов С.А., Антонов А.В., Исаков А.И., Иванов Н.И., Кузнецов В.Г., Микеров В.И., Сергееев B.C., Старцев С.А. Уран-титановый радиатор для ультрахолодных нейтронов. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1974, Ш, с.17-23.

29. Антонов А.В., Беляев П.А., Исаков А.И., Тихомиров А.А., Фридман С.А., Шаенко В.В. Сцинтилляционный детектор ультрахолодных нейтронов с люминофором и уран-титановым слоем. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1974, ЖЕ2, с.30-36.

30. Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. Перев. с англ., М., Из-во иностр. лит., 1948.

31. Гиллемин Э.А. Синтез пассивных цепей. Перев. с англ., М., "Связь", 1970.

32. Давенпорт В.Б., Рут В.Л. Введение в теорию случайных сигналов и шумов. Перев. с англ., М., Изд-во иностр. лит., I960.32. 1Уткин Л. С. Теория оптимальных методов радиоприема при флукту-ационных помехах. М.-Л., Госэнергоиздат, 1961.

33. Басов Н.Г., Бойко В.А., Захаров С.М., Крохин О.Н., Склизков Г.В. Генерация нейтронов в лазерной СД^-плазме, нагреваемой импульсами наносекундной длительности. -Письма ЖЭТФ, 1971, 13, с.691-693.

34. Marion J.В. et. э1. A versa lite, high efficiency ¿^neutron detector. Nucl. Instr. and Meth. , I960, v.8, No$, 297-30$.

35. Безруков Л.Б., Берсенев В.И., Бондарев Б.В. и др., М.,-Пре-принт ФИАН, 1969, №74.

36. Воеводский А.В., Дадыкин В.А., Рижская О.Г. Жидкие сцинтилля-торы для больших сцинтилляционных счетчиков. -ПТЭ, 1970, Щ, с. 85.

37. Бекурц К., Виртц К. Нейтронная физика. -М., Атомиздат, 1968.

38. Антонов А.В., Во Дак Банг, Гранаткин Б.В., Исаков А.И., Меркульев Ю.А., Тихомиров A.A. Диффузия нейтронов в жидком водороде, Сб.: Кратк. сообщ. по физ., 1970, И, с.50-58.

39. Антонов A.B., Во Дак Бант, Исаков А.И., Меркульев Ю.А., Тихомиров A.A. Диффузия и термализавдя нейтронов в жидком водороде при различных температурах. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., 1970, МО, с.86-93.

40. Антонов A.B., Исаков А.И., Копысов И.А., Куликов В.И., Лангер O.A., Меркульев Ю.А., Никитенко А.И., Тихомиров A.A. Исследование смеси твердой и жидкой фаз водорода методом нестационарной диффузии. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., 1977, J6II, с.32-36.

41. Гранаткин Б.В. Исследование нестационарной диффузии тепловых нейтронов в воде, льду и спирте в широком диапазоне температур, а также в жидком водороде в зависимости от концентрации ортофазы. -Диес. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат. наук, М., 1964.

42. Антонов A.B., Гранаткин Б.В., Меркульев Ю.А., Миллер В.В., Шимелевич Ю.С. Ишульсный нейтронный каротаж. Вопросы методики исследования. ВНИИЯГ, 1968.

43. Маталин Л.А. и др. Электронные методы ядерной физики. М., Атом-издат, 1973.

44. Дымова А.И., Варакин Л.Е. Обнаружение сигналов. М., ВЗЭИС, 1968.

45. Захаров С.Д. Исследование высокотемпературной стадии нагрева плазмы лазерными импульсами малой длительности. -Дисс. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат. наук, М., 1972.

46. Волобуев И.В., Горбунов Д.Н., Гранаткин Б.В., Исаков А.И. Детекторы для нейтронов из короткоживущей плазмы. -Сб.: Импульсные нейтронные исследования. Труды ФИАН, 1977, т.94, с.21-28.

47. Аниколенко В.А., Антонов A.B., Исаков А.И., Линькова Н.В., Перекрестенко А.Д., Солодилов В.Е., Старцев С.А., Тихомиров A.A. Накопление УХН на стационарном реакторе. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1973, MI с.40-47.

48. Аниколенко В.А., Антонов A.B., Исаков А.И., Линькова Н.В., Перекрестенко А.Д., Солодилов В.Е., Старцев С.А., Тихомиров A.A. Установка для накопления ультрахолодных нейтронов на стационарном реакторе. -Препринт ФИАН, 1973, В92, с. 1-32.

49. Антонов A.B., Исаков А.И., Ковыльников В.Н., Линькова Н.В., Микеров В.И., Старцев С.А., Перекрестенко А.Д., Тихомиров A.A. Опыты с ультрахолодными нейтронами. -Сб.: Импульсные нейтронные исследования. Труды ФИАН, 1977, т.94, с.73-101.

50. Аниколенко В.А., Антонов A.B., Исаков А.И., Перекрестенко А.Д., Тихомиров A.A. Регистрация нейтронов в условиях интенсивногои у-фона. ПТЭ, 1974, J£5, с.60-62.

51. Перекрестенко А.Д. Гравитационный нейтронный спектрометр и изучение с его помощью взаимодействия с веществом нейтронов малых энергий. -Дисс. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат. наук, M., 1982.

52. Микеров В.И. Получение ультрахолодных нейтронов на импульсном реакторе апериодического действия. -Дисс. на соиск. ученой степ. канд. физ.-мат. наук, M., 1977.

53. Антонов А.В. Нестационарные процессы взаимодействия с веществом тепловых, очень медленных и ультрахолодных нейтронов. -Дисс. на соиск. ученой степ. докт. физ.-мат. наук, M., 1982.

54. Steyerl A. A time-of-flight spectrometer for ultracold neutrons. Nucl. Instr. and Meth. 1972, v.IOI, No2, 295-314.

55. Антонов A.B., Крупинин И.С., Мешков И.В., Перекрестенко А.Д.,

56. Тихомиров A.A. Устройство синхронизации нейтронного пучка в спектрометре ультрахолодных нейтронов. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ., ФИАН, 1977, ЖЕ2, с.38-41.

57. Антонов A.B., Исаков А.И., Микеров В.И., Тихомиров A.A. Прохождение ультрахолодных нейтронов через движущийся потенциальный барьер. -Сб.: Кратк. сообщ. по физ,, ФИАН, 1976, МО, с.14.

58. Мейлинг В., Стари Ф. Наносекундная импульсная техника. Перев. с англ., М., Атомиздат, 1973.

59. Акимов Ю.К., Калинин А.И., Кушнирук В.Ф., Юнгхауссен X. Полупроводниковые детекторы ядерных частиц и их применение. М., Атомиздат, 1967.

60. Ковальский Е. Ядерная электроника. Перев. с англ., М., Атомиздат, 1972.

61. Meyer 0., Langmann H.J. Die Beweglichkeit "heißer" Elektronen, ihr Einfluß auf die Anstiegszeit der Impulse von Harbleiterzählern aus n-Silizium. Nucl. Instr. and Meth. , 1965, v34, Nol, 77-87.

62. Meyer H. Studies of the response speed of silicon surface barrier detectors, when irradiated with different particles. IEEE. Trans. Nucl. Sei., 1966, vI3, No3, 180-184.

63. Poenaru D.N. Current and voltage pulses given by semiconductor radiation detectors. Nucl. Instr. and Meth., 1967, v54, Nol, 229-241.

64. Blalok T.V. Minimum noise pulse shaping with new double delay-line-filters in nuclear pulse amplifiers. Rev. Scient.• Instrum., 1966, v36, No36, NoIO, 1448-1456.

65. Адьясевич Б.П., Козинец О.И., Толстов К.Д., Франк И.М., Шапиро Ф.Л., Штраних И.В. Измерение температурных эффектов в уран-титановых подкритических системах. Сессия АН СССР по мирному использованию атомной энергии. АН СССР, 1955, с.132.