I bob. Neytronlar fizikasi tarixi

Eksperimental muhitda neytronlarni aniqlashdagi muammolar

Eksperimental muhitda neytronni aniqlash oson fan emas. Zamonaviy neytronlarni aniqlashning asosiy muammolariga quyidagilar kiradi fon shovqini, yuqori aniqlash tezligi, neytron neytralligi va past neytron energiyasi.Neytronlarni aniqlashda fon shovqinining asosiy tarkibiy qismlari yuqori energiyadir fotonlar, bu jismoniy to'siqlar bilan osonlikcha bartaraf etilmaydi. Kabi boshqa shovqin manbalari alfa va beta-zarralar, kabi turli xil himoya materiallari bilan yo'q qilinishi mumkin qo'rg'oshin, plastmassa, termo-ko'mir va boshqalar. Shunday qilib, fotonlar neytronlarni aniqlashda katta shovqinlarni keltirib chiqaradi, chunki neytronlar yoki fotonlar neytron detektori tomonidan aniqlanadimi, aniq emas. Ikkalasi ham detektorga maqsad yoki atrof-muhit nuridan tarqalgandan keyin o'xshash energiyani qayd etadi va shuning uchun ularni ajratish qiyin. Tasodif aniqlash, shuningdek, haqiqiy neytron hodisalarini fotonlar va boshqa nurlanishdan ajratish uchun ishlatilishi mumkin.Agar detektor yuqori nurli faollik mintaqasida yotsa, uni neytronlar va fon shovqinlari juda katta tezlikda doimiy ravishda uradi. Bu yig'ilgan ma'lumotlarni buzib tashlaydi, chunki o'lchovlarda bir-birining ustiga chiqib ketish juda ko'p va alohida hodisalar bir-biridan osonlikcha ajralib turmaydi. Shunday qilib, muammoning bir qismi aniqlanish tezligini imkon qadar past darajada ushlab turish va izchil ma'lumot olish uchun yuqori stavkalarni ushlab turadigan detektorni loyihalashda yotadi.

Neytronlarning neytralligi

Neytronlar neytral va shuning uchun elektr maydonlariga javob bermaydi. Bu ularni aniqlashni osonlashtirish uchun detektor tomon yo'naltirishni qiyinlashtiradi. Neytronlar to'g'ridan-to'g'ri to'qnashuvdan tashqari atomlarni ionlashtirmaydi, shuning uchun gazsimon ionlash detektorlari samarasiz.

Energiya bilan o'zini tutish

Neytron yutilishiga tayanadigan detektorlar odatda kam energiyaga sezgir termal neytronlarva yuqori energiyali neytronlarga nisbatan kam sezgirlik darajalari. Stsintilyatsiya detektorlariBoshqa tomondan, kam energiyali neytronlarning ta'sirini ro'yxatdan o'tkazishda muammolar mavjud.Neytronlarni aniqlash moslamasini o'rnatishning odatda asosiy tarkibiy qismlari ko'rsatilgan. Printsipial jihatdan, diagramma har qanday zamonaviy sharoitda o'rnatilishini ko'rsatadi zarralar fizikasi laboratoriya, lekin o'ziga xos xususiyatlar sozlashni tasvirlaydi Jefferson laboratoriyasi (Newport News, Virjiniya).
Ushbu o'rnatishda neytron va fotonlardan iborat keladigan zarralar neytron detektoriga uriladi; odatda bu sintilatsiya detektoridan iborat scintillating material, a to'lqin qo'llanmasiva a fotoko‘paytiruvchi naycha (PMT), va ma'lumotlarni aniqlash tizimiga ulanadi (DAQ), aniqlash detallarini ro'yxatdan o'tkazish uchun.
Neytron detektoridan aniqlanadigan signal o'lchov moslamasiga, eshikli kechikish blokiga, qo'zg'atuvchi blokka va osiloskop. Scaler birligi faqat keladigan zarralar yoki hodisalar sonini hisoblash uchun ishlatiladi. Bu har safar detektor signalining nol nuqtadan ko'tarilishini sezganda zarrachalar sonini ko'paytirish orqali amalga oshiriladi. Juda oz narsa bor o'lik vaqt bu birlikda zarralar qanchalik tez kirib kelmasin, bu birlik hodisani (masalan, kiruvchi zarrani) hisoblab chiqmasligi ehtimoldan yiroq emas. O'lik vaqtning kamligi ushbu qurilmadagi murakkab elektronikaga bog'liq bo'lib, har bir voqea sodir bo'lganida mantiqiy yuqori darajani ro'yxatdan o'tkazish uchun nisbatan oson ishdan qutulish uchun oz vaqt talab etiladi. Trigger birligi tizimning barcha elektronikalarini muvofiqlashtiradi va butun o'rnatish voqea sodir bo'lganligini yozib olishga tayyor bo'lganda ushbu birliklarga mantiqiy yuqori beradi.Osiloskop har qanday hodisa bilan oqim pulsini qayd etadi. Puls - bu vaqt o'tishi bilan tuzilgan ushbu hodisa natijasida faqat detektordagi ionlanish oqimi. Tushayotgan zarrachaning umumiy energiyasini PMT oxirida yotqizilgan jami zaryadni olish uchun vaqtga nisbatan ushbu oqim impulsini birlashtirish orqali topish mumkin. Ushbu integratsiya analog-raqamli konvertor (ADC). To'liq yotqizilgan zaryad - bu neytron detektoriga kiradigan ionlashtiruvchi zarracha (neytron yoki foton) energiyasining to'g'ridan-to'g'ri o'lchovidir. Ushbu signal integratsiyasi texnikasi yadro fizikasida detektorda ionlanishni o'lchash uchun o'rnatilgan usuldir.^[DS osiloskopga qaraganda o'lik vaqtini yuqori, xotirasi cheklangan va voqealarni ADCga tez o'tkazishi kerak. Shunday qilib, ADC tahlil qilish uchun osiloskopdan taxminan har 30 hodisadan bittasini tanlaydi. Odatda voqea darajasi 10 atrofida⁶ har soniyada neytronlar, ushbu namuna olish har soniyada ham minglab voqealarni to'playdi.ADC o'z ma'lumotlarini DAQ bo'linmasiga yuboradi, bu ma'lumotlarni tahlil qilish uchun taqdim etilgan shaklda saralaydi. Keyingi tahlillarning kaliti foton ionlashuvi-oqim pulsi va neytronning shakli o'rtasidagi farqda yotadi. Foton pulsi uchlarida (yoki "dumlari") uzunroq, neytron pulsi esa yaxshi markazlashtirilgan.^[73] Ushbu fakt yordamida keladigan neytronlarni aniqlash va kiruvchi neytronlarning umumiy tezligini hisoblash uchun foydalanish mumkin. Ushbu ajratishga olib keladigan qadamlar (odatda etakchi milliy laboratoriyalarda, xususan, Jefferson laboratoriyasida amalga oshiriladi) pulsni chiqarib olish va farqni tuzishdir.Ionizatsiya oqimi signallari bularning barchasi mahalliy tepalikka ega pulslardir. Mantiqan foydalanish Va darvoza uzluksiz vaqt ichida (bitta kirish sifatida "1" va "0" impulslar oqimi, ikkinchisi esa oqim signaliga ega), har bir joriy impuls signalining quyruq qismi olinadi. Ushbu yopiq diskriminatsiya usuli muntazam ravishda suyuq sintilatorlarda qo'llaniladi.Darvozali kechikish moslamasi aynan shu maqsadda ishlaydi va dastlabki signalning kechiktirilgan nusxasini osiloskop ekranidagi asosiy qism bilan birga uning quyruq qismi ko'rinadigan qilib chiqaradi.Quyruqni chiqargandan so'ng, odatdagi oqim integratsiyasi quyruq qismida ham, to'liq signalda ham amalga oshiriladi. Bu DAQ tizimidagi voqealar jadvalida saqlanadigan har bir hodisa uchun ikkita ionlanish qiymatini beradi.