Активационный метод

– используются ядерные реакции, в результате которых образуются радиоактивные ядра, затем измеряют активность облучённого детектора (то вещество, которое облучается нейтронами).

Число взаимодействий в единицу времени на одно ядро: – поток нейтронов с энергией Е, – сечение взаимодействия нейтронов с ядрами. Это активационный интеграл. Если знать , можно решить интегральное уравнение. При этом, сам активационный интеграл q должен быть определён. Тогда можно определить . Если известно , тогда:

Итак, рассмотрим детектор, прозрачный для нейтронов, т.е. поток нейтронов не ослабляется, проходя через детектор. Это выполняется, если Σd << 1, где Σ – сечение взаимодействия нейтронов, d –толщина детектора. Или, другими словами, число взаимодействий нейтронов с ядрами << числа ядер детектора.

Уравнение, описывающее зависимость числа радиоактивных ядер от t:

N – число радиоактивных ядер, образующихся при взаимодействии ядер с детектором q – число взаимодействий за секунду/ скорость реакции/ активационный интеграл λN – число распадов ядер за единицу времени λ – постоянная распада

– уравнение радиоактивного распада, когда ядра уже не образуются.

Н.у. N(0) = 0, т.е. до начала облучения не было радиоактивных ядер.

С учётом н.у.

пока детектор облучается нейтронами. Тогда активность детектора, который в течение времени t облучается пучком нейтронов: . Если время облучения t₀, то к моменту окончания облучения:

Если нельзя пренебречь поглощением нейтронов в детекторе, то необходимо ввести поправочный множитель. Если взаимодействий нет и детектор – тонкий: (или число взаимодействий). Если детектор не тонкий, то число взаимодействий:

– число нейтронов, дошедших до глубины x, d – толщина мишени. Отсюда вводится поправочный множитель как отношение тонкого и плоского детектора.

Если << 1, то K_d = 1 – детектор плоский (тонкий). С ростом K_d будет расти

	0,1	0,2	0,5
Kd	1,053	1,105	1,272	1,582	2,312	5,040

С учётом самопоглощения источника, его

Если ввести выдержку, т.е. время с момента окончания облучения до начала измерения, то на момент начала измерения:

Измерив активность облучённого детектора, зная t₀ и n₀ (число ядер), можно оценить величину активационного интеграла. А, зная активационный интеграл и сечение взаимодействия нейтрона с ядром, можно оценить поток нейтронов.

Используя активационный метод, можно определить не только φ, но и флюенс нейтронов (поток, проинтегрированный по времени). Например, если детектор облучался нейтронами короткое время, то его активность

Дальнейшие действия связаны с необходимостью измерения активности облучённого детектора.

Измерение активности облучённого детектора:

Детектор – это вещество, которое в нейтронном поле становится радиоактивным. Бывают:

· Дисковые (таблетки)

· Цилиндрические (проволоки)

Их активность измеряется через потоки электронов и/или γ.

а. Измерение потока электронов

Преимущества: простота установки, высокая чувствительность. Измеряется скорость счёта электронов. По скорости счёта определяют активность детектора на момент окончания облучения нейтронами.

где количество электронов, излучаемых образцом на момент облучения, - коэффициент поглощения электронов,– множитель, учитывающий самопоглощение в детекторе.

Недостаток: измеряются все электроны, испускаемые детектором, невозможно отделить фон (электроны, которые испускаются примесями материала детектора)

б. Спектрометрические измерения фотонов.

Метод более сложный, но позволяет отделять сигнал от фона, в отличии от электронов. Проводится на сцинтилляционных или полупроводниковых γ-спектрометрах. Измеряется число импульсов, попавших в пик полного поглощения (фотопик). Этот пик создаётся только теми γ, которые испускает интересующее нас ядро, поэтому уменьшается фон.

N_γΔt – число импульсов, попавших в п.п.п. за Δt (оно необходимо для измерений).

где - квантовый выход γ данной энергии, – эффективность регистрации γ данной энергии, учитывает изменение вследствие распада за время измерении, учитывает самопоглощение в детекторе, – множитель, переводящий в активность к моменту завершения времени измерения; с плюсом, т.к. поправка на распад за время выдержки

5. Некоторые устройства для регистрации заряженных частиц и γ-квантов

· Газовые ионизационные детекторы – закрытый объём с газом и двумя электродами. Частица ионизирует газ, возникают электроны и U. Разность потенциалов → импульс тока

происходит постоянная ионизация

I – Ток растёт с ростом напряжения. Но не все частицы и электроны достигают электродов; могут рекомбинировать с другими частицами

II – С ростом напряжения ток не растёт (режим насыщения, все образовавшиеся частицы достигают электродов). Iионизации. Измерив силу тока, можно определить суммарную энергию частиц, попавших в камеру.

ИК работает либо в токовом режиме, либо в импульсном. При большой плотности в токовом → импульсы сливаются и регистрируется ток среднему энерговыделению. В импульсных → отдельные импульсы от каждой ионизирующей частицы.

III – при более высоком напряжении → пропорциональные счётчики. Газовое усиление (электроны, образованные вследствие ионизации, двигаясь к аноду, сами производят ионизацию → ионизационный эффект возрастает). Поэтому нужны менее чувствительные усилители, сами детекторы обладают более высокой чувствительностью. Схема регистрации более простая.

Сигнал, измеренный с такого счётчикаэнергии, отдаваемой частицами внутри счётчика. Такими приборами можно пользоваться для измерения дозы облучения.

IV – газовый разряд => ионизация влечёт за собой ионизацию => лавина электронов. Здесь работают счётчики Гейгера-Мюллера (газоразрядные счётчики)

Сцинтилляционный детектор: состоит из сцинтиллятора и ФЭУ. Сцинтиллятор – вещество, светящееся под действием заряженных частиц. ФЭУ преобразует световой сигнал в импульс тока. Амплитуда сигнала энергии, которую частица оставила в веществе-сцинтилляторе.

Полупроводниковый детектор: p-n переход, включенный в обратном направлении. При попадании частицы в чувствительную область p-n перехода возникает импульс. На образование одной электронно-дырочной пары тратится примерно 3 эВ, что меньше энергии ионизации газа => растёт число пар, уменьшается шум, возрастает чувствительность.

- детектор не пропускает ток

6. Пропорциональные водородсодержащие счётчики для регистрации быстрых и промежуточных нейтронов.

Внешне: сферические, цилиндрические, либо цилиндр с полусферическими концами. Традиционно – сфера. Заполнен H₂ или (этан, метан, пропан). Для повышения коэффициента ГУ (газового усиления), добавляют Ar или Kr.

Внешняя поверхность (катод) покрывается фольгой, внутри проволока (анод). Нить 2,5–3 кВ. Константан – сплав Cu, Ni, Mn

Нейтроны попадают внутрь счётчика, упруго рассеиваются на H → возникают протоны. Протоны вызывают ионизацию → ток. Но источники нейтронов излучают и γ, которые, взаимодействуя со стенками счётчика, рождают электроны. Эти электроны дают ионизацию и шумовые импульсы, от которых надо избавляться.

Таблица

Пробег протонов и электронов в воздухе (мг/см²)

E, МэВ	p	e
	2,98
	9,15

Пусть счётчик: = 3 см, p = 3 атм. Тогда для протонов с энергией 2 МэВ: R_p << d, R_e >> d. Протон тормозится внатри детектора, а электрон выходит за его пределы