Час-прогоновий спектрометр ультрахолодних нейтронів
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 і містить приводний валик, на якому укріплений торцевий кулачок з однозакодною торцевою спіраллю, до поверхні якої притиснуті штовхачі , розташовані відносно торцевої спіралі зі зсувом на 180 забезпечені притискними пружинами і пов'язані з двома багатощілинними осі 1 і шторками
(19) (10 союз радянських
М51) Я 01 J 49j40l G 01 Т 3/00i G 01 т 7/00
Н AВторСКомм свідчатькпьСтвМ
ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ СРСР
ПО СПРАВАХ ВИНАХОДІВ І ВІДКРИТТІВ
tl (21) 3374855I18-25 (22) 04.01.82 (46) 07. 11. 83,. Бюл.. 9 41 (72) Н.A,Åôèìàââ, Г.К.Кунстман, A.Ï.Ñeðåáðîâ і P.Р.Тальдаєв (71) Ленінграцький інститут. ядерної фізики ім. Б.П.Константинова (53) 62l. 387.426(088.8) (56) l. Egelstaff Р..A. Jowenal Міо
lear Energy. U. 1., 1954, нар. 57.
2, Авторське свідоцтво СРСР, 9540508, кл. З 01 Т 30/00, опублік.
25,) 1.79, 3. Steyer A. Nuclear Instriunehts.
і методи. V. 101, 1972, р.295-3Е4 (прототип). (54)(57) ЧАСПРОЛІТНИЙ СПЕКТРОМЕТР.
УЛЬТРАХОЛОДНИХ НЕЙТРОНІВ, що містить джерело ультрахолодних нейтронів, вакуумований нейтроновод - прогонову базу, переривник, розміщений в нейтроноводі, і детектор, що відрізняється тим, що, з метою підвищення роздільної здатності та спрощення конструкції у вигляді перерв з двома багатощілиннимишторками і містить приводний валик, на якому укріплений торцевий кулачок з одноеаходной торцевою спіраллю, до поверхні якої притиснуті штовхачі, розташовані щодо торцевої спіралі зі зсувом на 180, забезпечені притискними пружинами і пов'язані з двома многощелевимн шторками5 Е;
Винахід відноситься до нейтронної фізики і може бути використане для вимірювання енергії ультрахолодних нейтронів (УХН) (інтервал швидкостей для УХН 0-8 м/с і для дуже холодних 8-100 м/с), а також для вимірювання перетину 5 взаємодії нейтронів з речовиною у вказаному діапазоні швидкостей нейтронів.
Під УХН розуміються нейтрони, здатні утримуватися в пастках ІЕ різних матеріалів. Така здатність обумовлена повним внутрішнім відображенням від кордону вакуум вЂ" віце-. ство при будь-якому вугіллі падіння, Відомий спектрометр часу, який містить переривник пучка нейтронів, прогонову базу, детектор нейтронів і електронне
Тривалість нейтронного імпульсу на часпрольотному спектрометрі визначається нременем спратинання переривника. Довжина прогонової бази визначає розтяжку нейтронного імпульсу в часі, необхідну для ефективного поділу нейтронів в імпульсі, що мають різну швидкість. Відношення тривалості нейтронного імпульсу на час прольоту часпрольотної бази є роздільною здатністю спектромвтра (за швидкістю).
Переривник має. забезпечувати. досить швидке, але рідкісне спрацьовування, тобто. певну величину. скнажности 3/60, де T - період повторення імпульсу, тобто. період понто- 3 ренія у переривника стану Відкрито О - тривалість імпульсу, о. тобто. час перебування переривника у стані Відкрито. Скважність повинна бути досить велика для 4р того, щоб можна булоотримати високу роздільну здатність по швидкості.
Таким чином, шпаруватість і раз" рішення - величини пропорційні. 45
Якщо .Умова необхідної шпаруватості не виконано, то наступні імпульси накладаються на попередні в області малих швидкостей і це обумовлює неможливість вимірювань cit:o рости УХН, тобто. низька роздільна здатність.
У зазначеному времяпролетном спектрометрі УХН вузький колімований пучок переривається простий обертової заслінкою (диск з поглинаючого нейтрони матеріалу з вузькою щілиною шириною 0,8 см). Такий спектрометр дає можливість працювати з нейтронами на інтервалі швидкостей нейтронів від
450 до 4500 м/с, тобто не забезпечує вимірювання швидкості ЮХІ. УХН 60 проширюються широким розбіжним пучком, тому для їх транспортування використовуються вакуумовані дзеркальні нейтроводи, що мають велику ширину 7 см. Пропорційно 65 розмірам пучка збільшується розмір диска переривника.
Для отримання необхідного дозволу (1Ъ), забезпечує цього можливість визначати швидкість УХН за розумний час, необхідна в силу малої інтенсивності пучків 1XH використовувати всю площу поперечного перерізу пучка. Простий підрахунок показує, що якщо вимагати від спектрометра, що має прогонову базу 2 м і простий дисковий переривник для нейтронів зі швидкістю 5 м/с, роздільна здатність порядку 1Ъ при розмірі пучка
6 7 см то діаметр диска складе
3,9 м. "Оскільки диск повинен обертатися у вакуумі, остання обставина є складним технічним завданням.
Відомий також гранітаційний спектрометр УХН, що представляє собою коліно із дзеркального нейтроновода, яке може повертатися навколо горизонтальної осі. Наприкінці нейтрононода встановлено детектор. При підйомі коліна детектора можуть досягтитільки ті нейтрони, енергія яких більша за потенційну, що задається висотою підйому коліна. Верхня
1 межа вимірюваного спектра не може перевищувати 8 м/с, тому що не існує матеріалу, що володіє. більшою величиною граничної швидкості (2).
Відомий спектрометр придатний лише грубої оцінки спектра
УХН забезпечує низьку точність вимірювання швидкості УХН, оскільки коефіцієнт пропускання коліна залежить від швидкості нейтронів і, як правило, цей. коефіцієнт невідомий. Також він зовсім не цригоден для вимірювання спектра дуже холодних нейтронів, що мають швидкість більше, ніж 8 м/с.
Найбільш близьким по технічній сутності і досягається ефект винаходу є часпрольотний! спектрометр ультрахолодних нейтронів, змістів джерело УХН, вакуумований дзеркальний нейтроновод вЂ" прогонову базу, переривник, розміщений в нвйтроноводі, і детектор
Переривник у такому спектрометрі складається з диска з метою .(перший ротор) і барабана (другий ротор), розташованого за диском (по ходу пучка) .
Барабан набраний е скляних пластин, між якими залишено зазори для проходження УХН. Коли при обертанні щілини першого і другого роторів розташовуються вздовж осі пучка, нейтронний імпульс проходить на детектор.
Другий ротор дозволяє перекривати, значна кількість імпульсів першого ротора (наприклад, І) і збільшує шпаруватість системи в н раз.
У даному спектрометрі при такій кон1053187 струкції переривника вдалося збільшити шпаруватість приблизно в 2,5 рази в порівнянні зі звичайним дисковим переривником. Однак такої шпаруватості недостатньо для вимірювання спектру
УГН із точністю 1%. 5
Таким чином, недоліками спектрометрів такого типу є залежність пропускання від швидкостінейтронів (через нього проходить 34% кейт" ронів, що має швидкість 5 м/с, і 10
23%,- мають швидкість 10 м/c) низька роздільна здатність за швидкістю (15%. для нейтронів з V=5 м/с, 10% для нейтронів з V=10 м/с). Причому така величина розріщення досягається при склад-. 15 ної конструкції переривника і досить великий врвмяпролетной базі (ll м), що в результаті ускладнює весь спектрометр в цілому.
Мета винаходу вЂ" підвищення роздільної здатності та спрощення конструкції спектрометра.
Поставлена мета досягається тим, що під час прогоновому спвктрометрі, що містить джерело УХН, вакуумований нейтроновод вЂ" прогонову базу, переривник, розміщений в нейтроноводі,. кулачок з однозахідною торцевою спіраллю, до поверхні кото-. рій притиснуті штовхачі, розташовані щодо торцевої спіралі зі зсувом на 180, забезпечені притискні-. ми пружинами і пов'язані з двома багато-: гощелевими шторками, .розташованими перпендикулярно осі нейтроновода.
На шторках нанесено Ti-Gd сяла для забезпечення мінімального фону. 46
На фіг. 1 представлений часпролвтний спектромвтр УХН, загальний вигляд; на фіг. 2 вЂ" переривник нейтронного йучка (A напрямок нейтронного пучка);
fl на фіг..3 вЂ" взаємне розташування 45 багатощілинних шторок в момент відкриття пучка УХН; на фіг. 4 вЂ" послідовність відкриття та закриття вікон шторок за два обороти торцевого кулачка іа фіг, 5 - графік взаємного переміщення:5O шторок переривника за один оборот кулачка; на фіг. 6 - виміряний спектр
Часопролітний спектрометр сдвр" жит джерело УХН 1, нейтроіовод 2, переривник 3, детектор 4, віддалений на базову відстаньпереривач. Шторки 5 і 6 переривника розташовані перпендикулярно до осі нейтроновода.
Переривник нейтронного пучка містить шторки 5 і 6, посаджені на штовхачі 7, на яких розташовані притискні пружини 8, що упираються в торцевий кулачок 9 з одноеаходной спіралью торцевої, приводний валик 65
10, сполучну муфту 11, приводний двигун 12.
Вакуумне ущільнення приводного валика в корпусі переривника, а також вузли стикування корпусу переривника з нейтроноводом спектрометра на фіг, 2 нв показані.
Переривник працює в такий спосіб.
Двигун 12 через сполучну муфту 11 обертає приводний валик 10 і торцевий кулачок 9 з одноеаходной торцевою спіраллю, до поверхні якої зусиллям пружини 8 притиснуті штовхачі 7, розташовані щодо торцевої спіралі зі шторами 2 і 5 з'єднанням. За один оберт кулачка 9 кожен штовхач, стискаючи пружину, зводиться і доходить до верхньої точки кулачка, після чого зіскакує в нижнє положення під дією . пружини. Оскільки штовхач і шторка жорстко пов'язані, різке переміщення шторки 5 щодо шторки забезпечує досить короткий імпульс нейтронного пучка. До цього моменту шторка 6 виявляється зведеною на половину величини h u через півоберта торцевого кулачка досягне крайнього положення (верхньої точки кулачка) подібно до шторки 5.
Цикл відкриття. пучка повторюється (фіг. 3 та 4).
Величина переміщення штовхача з багатощілинною шторкою позначена h (фіг. 2 - 4), що збігається з торцевим ша1ом спіралі. При такій конструкції частота проходження імпульсів у спектрометрі залежить від частоти спрацьовування шторок і задається швидкістю обертання кулачка, що визначається швидкістю двигуна, а час спрацьовування (тривалість імпульсу)визначається фактично жорсткістю пружини та вагою шторки. Таким чином, замість обертального руху. ня, тобто. забезпечити будь-яку необхід-. мою шпаруватість і, отже, підвищити роздільну здатність сйектрометра за швидкостями (1%), що призводить до зменшення помилки вимірювання швидкості УХН.
- Крім того, шторна конструкція переривника значно більш проста в порівнянні з барабаном, що обертається, з набраними скляними пласти-. нами. Забезпечення швидкого часу спрацьовування запобіжника (досягнуто час спрацьовування 0,003 с). дозволяє значно зменшити довжину прольотної бази до 2 м. Всі ці
1053187 фактори і призводять до спрощення конструкції спектрометра загалом.
У пропонованому спектрометрі час спрацьовування 0,003 с, швидкість обертання кулачка 0,5 об/хв, прогонова база 2 м, для нейтронів зі швидкістю 10 м/с роздільна здатність
1,5Ъ, для нейтронів зі швидкістю
3 м/с роздільна здатність по швидкості 0,45% °, iosaiav.
Упорядник В. Рахманов
Редактор A. Коеоріє Техред M. Костйк Коректор Л. Патай
Закае 8884/51 Тираж 703 Передплатне
ВНДІПД Державного комітету СРСР у справах винаходів та відкриттів
113035, Москва, Ж-35, Рауська наб. д. 4/5
Філія ППП Патент, м.ужгород, вул.Проектна, 4