Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 2)

Сповільнені до теплових енергій нейтрони починають дифундувати, поширюючись по речовині в усі сторони від джерела. Цей процес приблизно описується звичайним рівнянням дифузії з обов’язковим врахуванням поглинання, яке для теплових нейтронів (енергія від 0,025 еВ до 0,5 еВ) значне. Основною характеристикою дифузії – є довжина дифузії

                                                           ,                                                     (13)

де   – середньоквадратична відстань, на яку віддаляється тепловий нейтрон від місця народження до поглинання. Довжина дифузії має приблизно той же порядок, що і довжина сповільнення.

Нейтрони мають властивість відбиватись від різних речовин. Нейтрон, попадаючи в середовище, хаотично стикається з ядрами і після ряду зіткнень може вилетіти назад. Імовірність такого вильоту називається альбедо нейтронів для даного середовища. Альбедо тим більше, чим більший переріз розсіювання і чим менший переріз поглинання. Добрі відбивачі відбивають до 90 % падаючих на них нейтронів. Для води альбедо дорівнює 0,8%.

Доза, яку отримує жива тканина в результаті взаємодії з тепловими нейтронами, зумовлена в основному реакціями виду  ,   При цих реакціях утворюються гама-фотони, протони і дейтони, які опромінюють і іонізують живу тканину. Крім цих основних реакцій помітне значення має реакція радіаційного захоплення нейтронів ядрами азоту  . Ця реакція супроводжується випромінюванням фотонів з енергією біля 0,73 МеВ. Додаткове значення може мати також реакція радіаційного захоплення фосфором  . Оцінка дози опромінення від теплового нейтрона має значення   або  . Якщо нейтрони мають енергії значно більші за теплові, то вони спочатку втрачають свою енергію в результаті пружних і непружних зіткнень, внаслідок чого виникають швидкі ядра і фотони. Ці частинки також іонізують живу тканину. Сповільнені таким чином до теплових енергій нейтрони далі вступають у зазначені вище реакції.

Для практичних потреб нейтрони отримують штучно в результаті ядерних реакцій. Як вже зазначалось, найбільш потужним джерелом нейтронів є ядерний реактор, де нейтрони виділяються в результаті поділу ядер   або  . Часто для отримання нейтронів використовують реакцію

                                           .                                     (14)

Джерело в якому використовується ця реакція, називається альфоберилієвим. Будова такого джерела дуже проста. В герметичну ампулу поміщається суміш берилію з альфа-активним препаратом, наприклад, полонієм (полоній випромінює альфа-частинки з енергією 5,3 МеВ). Ці альфа-частинки не можуть виходити за межі ампули. В середині ампули альфа-частинки вступають в реакцію утворення нейтронів, які вільно виходять назовні ампули.

Відомі також гама-берилієві джерела нейтронів, які діють на основі реакції 

                                          .                                       (15)

Енергія відщеплення нейтрона у берилію найменша (1,67 МеВ), тому необхідна мінімальна енергія фотонів.

 

Опис експериментальної установки

 

Нейтронне випромінювання являється посередньо-іонізуючим. Тому реєстрація такого випромінювання має певні особливості. Для реєстрації потоків нейтронів використовують різні методи. Один з поширених методів є метод ядер віддачі. При розсіюванні нейтронів ядрами останній передається деяка енергія. Ядро, рухаючись в речовині, іонізує цю речовину. По степені іонізації можна судити про інтенсивність випромінювання. Таким способом детектуються нейтрони порівняно високих енергій.

Детектування повільних нейтронів (при енергіях від самих найменших до 1 кеВ) засноване на відносно великому перерізі різних реакцій нейтронів з ядрами. Дуже часто використовуються реакції (6), (9). Заряджені частинки, які виникають в результаті реакцій, маючи значну енергію, здійснюють іонізацію газу або іншого середовища, що дозволяє виявляти наявність нейтронного випромінювання і оцінити його інтенсивність.

Використовуються і сцинтиляційні детектори нейтронів. Сцинтилятори можуть бути різними. Поширені скляні сцинтилятори, активовані церієм, які вміщують до 11% літію. В сцинтиляторі відбувається реакція (8). Використовуються і рідкі органічні сцинтилятори з домішками бору або кадмію. При цьому в сцинтиляторі відбуваються реакції (9), (3). Заряджені частинки, які утворюються в результаті реакції, або вибиваються з атомів гама-фотонами, збуджують сцинтилятор, внаслідок чого в сцинтиляторі відбувається спалах світла (сцинтиляція), який за допомогою фотоелектронного помножувача перетворюється в імпульс струму.

В даній роботі використовується лічильник повільних нейтронів С4-3. Детектором нейтронів являється газова камера, наповнена газом  . Камера має циліндричну форму і зовнішній металевий циліндр є катодом, а анодом служить тонка дротина, що проходить по осі циліндра. Переріз реакції (9) для повільних нейтронів порівняно великий і при цій реакції утворюються тяжкі заряджені частинки: ядро   і альфа-частинка, які здійснюють іонізацію газу набагато більшу, ніж швидкі електрони. Газовий лічильник