neutronų spektroskopija

neutronų spektroskopija: šiluminių neutronų pagavimo (n, γ) bei dalijimosi (n, f) reakcijų skerspjūviai σ_c ir σ_f urano ir plutonio izotopuose

neutrònų spektroskòpija, spektroskopija tiria neutronų spektrus – jų sugerties, pagavimo, sklaidos, dalijimosi procesų skerspjūvių priklausomybę nuo neutronų energijos. Neutronų energija priklauso nuo neutronų šaltinio generuojamų neutronų energijos pasiskirstymo. Pvz., vykstant tam tikroms reakcijoms galima gauti vienodos energijos neutronų spektrą: T(p, n)³He, ⁷Li(p, n)⁷Be, D(d, n)³He, T(d, n)⁴He, bet per daugumą branduolinių reakcijų susidaro įvairios energijos neutronų grupės arba gaunamas ištisinio energinio spektro neutronų pluoštas. Neutronų spektrai matuojami neutronų spektrometrais. Skiriama lėtųjų ir greitųjų neutronų spektroskopija. Lėtųjų neutronų spektrometre kaip energijos monochromatoriai (neutronų greičio selektoriai) gali būti naudojami mechaniniai įrenginiai – sukamieji būgnai su plyšiu arba jų sistema (lėkio trukmės metodas) arba kristaliniai atspindėtuvai – kristaliniai difrakciniai neutronų spektrometrai.

Pirmuoju atveju atrenkami neutronai pagal būgno sukimosi greitį: selektoriaus būgnas sudarytas iš kadmio, smarkiai sugeriančio neutronus, cilindro, kuriame išpjautos sraigtinės angos. Pro selektorių praeina tik tie neutronai, kurių greitis v = Lω/ϕ; čia L – cilindro ilgis, ϕ – cilindro sraigtinės angos apimamas kampas, ω – cilindro kampinis greitis (jį keičiant galima atrinkti tam tikro greičio neutronus). Kristalinio difrakcinio neutronų spektrometro veikimas grindžiamas neutronų difrakciniu atspindžiu nuo kristalo – atrenkami tam tikros kinetinės energijos neutronai, atsispindėję nuo monokristalo plokštumos (priklauso nuo Braggo atspindžio kampo). Greitųjų neutronų spektroskopijoje naudojamasi lėkio trukmės neutronų spektrometru (taikant sparčiaveikius ir efektyvius scintiliatorius ir skaitiklius) arba registruojama atatrankos protonų ir branduolinių reakcijų (n, p), (n, α) antrinių dalelių energija. Geriausias neutronų registravimo būdas – pagal jų lėkio trukmę τ = 72,3LE^1/2; čia L – lėkio kelias, E – neutronų energija (MeV). Pagrindiniai lėkio trukmės spektrometro elementai: įtaisas, nustatantis neutrono išlėkimo momentą, ir įtaisas, matuojantis lėkio trukmę iki registracijos momento detektoriuje. Universalus spektrometras su impulsiniu neutronų šaltiniu gali būti bet koks greitintuvas. Greitųjų neutronų spektroskopijoje plačiai taikomas atatrankos branduolių metodas (dažniausiai atatrankos protonų). Skiriami integraliniai (neišskiria atatrankos protonų krypties) ir diferencialiniai (matuoja atatrankos protonus tam tikrame erdviniame kampe) spektrometrai. Pirmuoju atveju naudojama aukšto slėgio jonizacinė kamera arba scintiliatoriai, turintys vandenilio (juose atatrankos protono siekis gerokai mažesnis už kameros matmenis ir kraštiniai efektai menki arba įvertinami). Naudojamos Wilsono kameros, fotoemulsijos ir įvairių konstrukcijos skaitiklių teleskopai. Greitųjų neutronų spektroskopijos metodai grindžiami reakcijos produktų energijos matavimais, pvz., greitųjų neutronų spektroskopijos taikomos (n, α)⁶Li (registruojama LiI(Eu) scintiliatoriumi), (n, p)³He (jonizacinėse kamerose). Apytikslis neutronų spektro pavidalas gali būti gautas slenkstinių (tam tikrai energijai jautrių) indikatorių metodu. Šis metodas naudojamas, jei spektro pavidalas žinomas iš jo susidarymo sąlygų. Kai nebūtina labai tiksliai atskirti skirtingos energijos neutronus, naudojami neutronų filtrai. Didžiausi neutronų spektroskopijos centrai – GELINA (Belgija), ORELA (Jungtinės Amerikos Valstijos), nTOF (CERN). Neutronų spektroskopijos duomenys ypač svarbūs branduolių energijos lygmenų, neutronų savybių tyrimams, taikomi branduolinėje energetikoje (skaičiuojant neutronų srautų energines charakteristikas reaktoriuose, parenkant lėtiklių medžiagą, modeliuojant apsauginių šarvų nuo neutroninės spinduliuotės parametrus ir kita), medicinoje (nustatant neutronų šaltinių charakteristikas) ir kitose srityse.

1213