Нейтронная спектроскопия на рубеже веков
Ю. П. Попов
Объединенный институт ядерных исследований, Дубна
В XX в. основной задачей нейтронной спектроскопии (НС) было изучение
взаимодействия нейтронов с ядрами, лежащими в долине -стабильности.
И к концу века НС практически удовлетворила потребности как ядерной физики,
так и ядерной энергетики, и даже первые потребности ядерной астрофизики для
моделирования медленных процессов нуклеoсинтеза (s-процессов) в звездах.
Однако уже к концу столетия возникла серьезная потребность в данных о
параметрах взаимодействия нейтронов с радиоактивными ядрами. В первую очередь,
для выяснения возможности выжигания (трансмутации) радиоактивных отходов
в нейтронных полях реакторов, а также для проверки различных астрофизических
сценариев быстрых процессов нуклеосинтеза в звездах и при взрывах сверхновых
(r- и p-процессов). Существенные преимущества в светосиле по сравнению
с методом времени пролета (ВП) (выигрыш в 103-104 раз) можно получить,
используя методику по времени замедления нейтронов (CBЗ) в свинце и еще больше - в графите.
Использование последнего на новом нейтронном источнике в CERN
(PS-TOF-facility) позволит, по-видимому, в определенной мере моделировать
процессы нуклеосинтеза при взрывах сверхновых за счет рекордной пространственной и
временной плотностей нейтронного потока. Новые возможности измерения
парциальных сечений радиационного захвата нейтронов (крайне малых по своим
значениям, а потому и недоступных до последнего времени для измерений) и
извлечения информации о радиационных силовых функциях мультипольностей E1 и
M1 появились после разработки нового светосильного метода спектрометрии
нейтронов по сдвигу энергии первичного -перехода.
Возможности и перспективы таких "нестандартных" методов
светосильной нейтронной спектроскопии (в том числе и для "нейтронной
спектрометрии ядер, удаленных от полосы -стабильности")
обсуждаются в предлагаемом обзоре. Полeзным может оказаться использование ряда светосильных детекторов
вторичных излучений, например, многодетекторных систем, в частности, системы "Ромашка",
которая позволяет к тому же
отделиться от фонового -излучения (одно-, двухквантового) самого
образца, используя возможности анализа регистрируемого -излучения по
множественности -квантов.
Neutron spectrometry is a powerful method of the investigation of atomic
nuclei and condensed matter. These investigations supply the necessary data
for a very wide spectrum of scientific and technological applications from
the fundamental problems of the structure of matter and the nucleosynthesis
in the Universe up to atomic power technologies and the structure of
condensed matter. The most frequently utilized is the time-of-flight (TOF)
method for the powerful pulsed neutron sources. But in many particular cases
one may use more effective, simpler and cheaper methods. For example, for
astrophysics and radioactive waste transmutation problems it is sufficient to
know the average resonance cross section or the "resonance
integrals" for the capture and the fission reactions for neutron
spectra specific to the neutron fluxes in the stars or in the active zone of a
transmutation reactor. In these cases the slowing down neutron spectroscopy
methods (SDNS) on lead and graphite moderators will be useful. Compared to the
TOF method, the lead SDNS gives a 103-104 times increase of the neutron
flux on the sample. In comparison with the lead moderator, the usage of the
graphite SDNS will increase the time- and volume-density of the neutron flux
inside the moderator. The CERN PS-TOF-facility having a high time-density of a
neutron impulse is important for modeling of the nucleosynthesis at supernova
explosions. It would be an interesting new possibility to measure the resonance
integrals by using the neutron sources with required form of neutron
spectra, generated by a specific form of moderator or by a combination of
moderators and absorbers. The special forms of graphite and lead moderators
to generate intensive Maxwellian-like neutron spectra corresponding for the
different stellar temperatures are proposed. New possibilities for the
measurements of the partial capture cross section and for extracting the
radiative strength functions for E1 and M1
transition
multipolarity appear in the neutron spectrometry method by means of the shift
of primary transitions. These methods of high-luminosity neutron
spectroscopy (including the "neutron spectroscopy for nuclei outside
of the -stability line") will be discussed in detail in the
review. The high-efficiency methods for registration of second radiation
registration may be useful also for modern NS of radioactive nuclei. So,
many-detectors array "Romashka" (daisy) may be useful in
discrimination of the single- and two-quanta background from the
sample, by means of the -multiplicity analysis.
Full text in PDF (675.408)
|