Ускорители заряженных частиц. Источники нейтронов.

I. Ускорители заряженных частиц - это один из основных инструментов современ­ной физики. С их помощью получают заряженные частицы больших энергий, т.е. частицы, движущиеся с большими скоростями. Ускорители являются источниками заряженных пучков как первичных заряженных частиц - электронов, протонов, ионов, так и других вторичных частиц, рождающихся при взаимодействии первичных ускоренных частиц с веществом, - мезонов, нейтронов, фотонов и др. Пучки частиц больших энергий используются для изучения природы и свойств микро­частиц, в ядерной физике, в физике твердого тела. Ускорение частиц во всех случаях производится с помощью электрического поля. Магнитное поле, если оно применяется в ускорителе, служит лишь для искривления траектории движения частиц.

Простейшим ускорителем частиц является обычная газоразрядная трубка. Если в ка­тоде К и аноде А сделать отверстия, то при давлении газа в трубке р < 0.01 мм Hg и напряжении на электродах U> 2 кВ через эти отверстия будут выходить пучки ускоренных частиц. Через отверстие в аноде - пучок отрицательно заряженных электронов, через отверстие в катоде - пучок поло­жительно заряженных ионов. Именно как ускоритель электронов использовал такую трубку Ленард в 1893 г. Максимальная кинетическая энергия ускоренных частиц пропорциональна напряже­нию U на электродах. Если заряд частицы Ze, где Z=1, 2, 3,..., то E_мах = ZeU. (23.1) Для электронов, протонов и ряда других частиц Z =1. Поэтому для них E_мах= eU. От­сюда появилась внесистемная единица энергии - электронвольт, 1 эВ есть энергия одноза­рядной частицы, прошедший разность потенциалов 1 В. Максимальная энергия электронов в опытах Ленарда была около 10 кэВ.

На сегодняшний день в мире построено много разных типов ускорителей. Это очень сложные устройства, их теория и практика относится к области физической электроники. Классифицируют ускорители по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают ускорители электронные, проточные, ионные. По форме траектории частиц ускорители бывают линейными (прямая линия), или циклическими (окружность или спираль). По способу создания ускоряющего электрического поля различают высоковольтные (поле обусловлено приложенной разностью потенциалов) и индукционные ускорители (электрическое поле соз­дается изменением магнитного поля). И так далее. В настоящем параграфе рассматриваются лишь основные тины ускорителей.

2. Высоковольтный ускоритель с генератором Ван-де-Граафа. Главная проблема при создании высоковольтных ускорителей (ВУ) состоит в том, чтобы сделать источник как можно более высокого напряжения. Улучшая свой каскадный генератор, Кокрофт и Уолтоп достигли постоянного напряжения 700 000 В. Наибольшего результата здесь добился американец Роберт Ван-де-Грааф. В 1931 г. он изобрел высоковольтный электростатический генератор. С тех пор все ВУ оснащаются исключительно генераторами Ван-де-Граафа. Любой ВУ включает в себя два основных устройства. Это собственно генератор Ван-де-Граафа и ускорительную трубку. Схема ВУ с генератором Ван-де-Граафа представлена на рис.147.

а. Генератор Ван-де-Граафа (рис. 147 слева) представляет собой сферу 1 из металла диаметром 4-8 метров, установленную на колонну 2, сделанную из хорошего элек­трического изолятора. Внутри колонны проходит бесконеч­ная лента 3 из прорезиненной ткани, движущаяся на двух шкивах 4. Лента заряжается при помощи системы острий 5, соединенных с одним из полюсов источника постоянного напряжения. Второй полюс источника заземлен. С обратной стороны ленты напротив острий 5 находится заземленная пластина 6. Она облегчает стекание зарядов с острий на лен­ту. Проходя мимо системы острий 7, соединенных с внут­ренней поверхностью сферы, резиновая лента отдаст им свои заряды, которые полностью переходят на внешнюю поверх­ность сферы, увеличивая ее потенциал относительно земли. Максимальное напряжение между сферой и землей определяется скоростью утечки заряда со сферы через воз­дух и элементы конструкции. Потенциал сферы перестает повышаться, когда ток утечки сравняется с током ленты.

Энергия электрического поля заряженной сферы рас­тет за счет работы, которая совершается лентой, прибли­жающей заряды к заряженной сфере. Диаметр сферы генератора, построенного Ван-де-Граафом, составлял 4,5 м. Сейчас строят генераторы с еще большим диаметром сфер и с об­щей высотой 15 м. С их помощью удается получать напряжение до 5 MB, а ток в пучках ус­коренных частиц до сотен мкА.

б. Ускорительная трубка представляет собой цилиндр из диэлектрика, разрезанною на кольца 8 (рис 147 справа). Между диэлектрическими кольцами вставлены металлические диски 9 с отверстиями в центре; Через эти отверстия проходят вылетающие из источника 11 ускоряемые частицы. Пройдя ускорительную трубку, частицы попадают на мишень 10.

В ускорительной трубке поддерживается вакуум с давлением от 10 ^-5 до 10^{-9 мм Нg. Длина свободного пробега частиц газа при таком давлении не меньше 15 м, что существенно больше длины ускорительной трубки, и соударения ускоряемых частиц с молекулами газа относительно редкое событие. Это предохраняет пучок частиц от размывания.}

Ток пучка ускоренных в современных ВУ частиц достигает 100 мкА и более, что со­ответствует потоку около 10^I4-10¹⁵ однозарядных частиц в секунду. Диаметр пучка на мишени 2-5 мм, его угловая расходимость обычно не пре­вышает 5 угловых минут.

Источник ускоряемых частиц зависит от приро­ды частиц. Если ускоряются электроны, то их получа­ют с помощью термоэлектронной эмиссии. В этом случае источник электронов представляет собой элек­тронную пушку, состоящую из подогретого катода К, анода А и фокусирующих электродов ФЭ (рис 148-а). Испускаемые нагретым катодом электроны ус­коряются в пушке относительно небольшим напряже­нием U = 1 кВ и, пройдя цилиндрический анод А, за­хватываются полем ускорительной трубки. При уско­рении в ускорительной трубке электронов к остриям 5 (по рис.147) генератора присоединяется отрицательный полюс источника тока, заряжающий ленту. Сфера в этом случае так же заряжается отрицательно. В случае ускорения ионов в качестве источников используют ионные пушки, пред­ставляющие собой обычно разрядную камеру 1, заполненную газом, например водородом (режим протонного ускорителя). Давление в камере p=10^-3ммHg, что на 2-3 порядка больше, чем давление в укорительной трубке (рис 148-6). Если камеру поместить внутрь об­мотки 2 ВЧ - контура, то с помощью высокочастотного генератора газ можно разогреть. Происходит термическая диссоциация молекул, а затем ионизация атомов. Положительные ионы вытягиваются из камеры вытягивающим электродом 4, кото­рый отделен от камеры изолятором 3, и захватываются затем полем ускорительной трубки. Остающиеся электроны уходят на стенки камеры, как на анод. Высоковольтные ускорители используются для ускорения электронов, протонов, и легких ионов, например, гелия. ВУ, которые работают по рассмотренной (самой простой) схеме, ускоряют частицы до Е = 4-5 МэВ. Их важнейшее достоинство - высокая монохроматичность пучка. Разброс энергий частиц в пучке всего лишь 0,0001 %. Это лучше любого другого ускорителя.

3. Линейные резонансные ускорители.Их два тина: Видероэ и Альвареса.

а. Линейный ускоритель Видероэ. Главный недостаток высоковольтных ускорителей состоит в трудности получения и эксплуатации источников сверхвысокого напряжения в миллионы вольт. При U> 5 MB быстрый рост токов утечки препятствует дальнейшему уве­личению напряжения. В 1928 г. Рольф Видероэ показал, что эту трудность можно обойти, если сделать не один ускорительный участок, а несколько, расположив их друг за другом по прямой. Тогда к каждому ускорительному участку можно прикладывать сравнительно небольшое напряже­ние. Рост энергии ускоряемых частиц будет происходить суммированием приростов энергии на этих участках. Построенный Видероэ опытный образец такого ускорителя с двумя уско­рительными участками подтвердил правильность идеи. Ускоритель Видероэ представляет собой систему цилиндров, присоединенных через один к разным полюсам генератора переменного

напряжения (рис.149). Ускоряемые частицы движутся вдоль оси пролетных трубок так, что в зазорах между трубками, где сеть электрическое иоле, они ускоряются. Внутри трубок, где ноля нет, они движутся по инерции. За время движения частицы в трубке иоле меняется на противоположное (на половину периода). Поэтому ускорение происходит в каждом зазоре. Генератор работает с постоянной частотой. Чтобы ускорение происходило в резонан­се, длина пролетных трубок и расстояние между нами из-за роста скорости частиц постепен­но увеличиваются. Чем выше частота генератора, тем короче могут быть трубки. Когда скорость частиц становится заметной в сравнении со скоростью света, из-за конечности скорости распространение ЭМ - волны от генератора нарушается синхронизм ме­жду начальной и конечной трубками. Поэтому ускорители Видероэ могут ускорять протоны до энергии 10 МэВ. В настоящее время они применяются, в основном, в качестве ин­жекторов для мощных кольцевых ускорителей.

б. Линейный резонансный ускоритель Альвареса. В 1946 г. Луис Альварес нашел способ устранить нарушение синхронизма между пролетными трубками. Для этого всю систему пролетных трубок он поместил в трубу 1, вдоль которой специ­альным ВЧ генератором создается стоячая (труба замкнута как на (рис.150) или бегущая (выходной

стабилизации волны конец грубы открыт) ЭМ - волна.

К пролетным трубкам никаких проводов не подходит. Их длина и расстояние между ними рассчитываются так, чтобы зазоры между трубками приходились на ускоряющие уча­стки ЭМ - волны в резонаторе в нужной фазе. Идея Альвареса позволила увеличить энергию ускоряемых частиц на несколько порядков. Самый большой в мире ускоритель с бегущей волной, ускоряющий электроны до энергии 22 ГэВ, построен в г. Стэнфорде (США) в 1966 г. Его длина 3050 м.

4. Циклотрон - это циклический ускоритель, в котором частица не проходит через длинный ряд ускоряющих полей, а много раз периодически возвращается к одним и тем же ускоряющим промежуткам. В основе работы циклических ускорителей лежит то, что электрически заряженная частица с массой т и зарядом е, влетающая со скоростью г; в магнитное иоле В перпендику­лярно его силовым линиям, движется но окружность радиуса R = mv/еВ (23.1). Период Т и угловая скорость ω обращения частицы не зависит от се линейной скороcти υ, Т = 2πR/v=2πm/eB. ω=2π/T=Be/m. Первый циклотрон построил Эрнест Лоуренс в 1931 г. Циклотрон представляет собой полую цилиндрическую ме­таллическую коробку, разрезанную вдоль диаметра пополам. Между половинками 1 и 2, называемыми дуантами, имеется промежуток 3 (рис 151). Коробка помещается в постоянное однородное магнитное поле между полюсами 4 и 5 электро­магнита. К дуаптам 1 и 2 прикладывается переменное элек­трическое напряжение с частотой ω =Be/m от высокочастот­ного генератора 6. Непрерывной откачкой в дуантах поддер­живается давление p= 10^-4-10 ^{-5 мм} Hg. В центре циклотрона между катодом и стенкой дуанта - анодом горит небольшая электрическая дуга, где образуются положительные ионы и электроны. Электроны уходят в стенку, как в анод, ионы остаются, создавая объемный по­ложительный заряд. Давление в дуге примерно в 100 раз больше, чем в дуантах. Максималь­ное напряжение между дуантами составляет около 100 кВ. Положительный ион, выйдя из дуги, движется в электрическом поле зазора от поло­жительного к отрицательному дуанту, набирая энергию. Внутри дуанта он движется равно­мерно по дую окружности радиуса R₁ = mυ₂/eB. Через половину периода он подходит к зазо­ру с противоположной стороны от центра. К этому времени электрическое поле меняет на­правление на противоположное, поэтому ион снова ускоряется. Его скорость увеличивается до г>2,ноэтому ион переходит на дугу большего радиуса R₂ = mv₂/eB. Через половину периода ион опять приходит к зазору, направление Электрического поля опять поменялось, поэтому ион вновь ускоряется. Несмотря на увеличение скорости v иона, время его движения внутри дуанта от зазора к зазору одно и то же, T/2 = π/ω=πm/eB. Поэтому ВЧ генератор может работать с постоянной частотой. Но это справедливо лишь при условии, что скорость иона далека от скорости света.

Энергия иона при выходе из ускорителя не зависит от ускоряющего электрического поля. Она определяется индукцией В магнитного поля, зарядом е частиц и радиусом R_max дуантов. Е=mv² /2=mω (Rmax)² /2=(eB Rmax)² /2m. Магнитное поле В в циклотронах около 1,5 Тл. Если радиус дуантов Rmax= 0,4м, то кинетическая энергия протонов,

Е= mv²/2 = (eBRmax)²/2m = 2,7 10 ^-12 Дж = 17 МэВ. При амплитудном напряжении между ду­антами Ut 100 кВ протон совершает в этом циклотроне E/eU= 2,7 10^-12/1,6-10 ^-19 *10⁵.= 170 циклов ускорений, или 85 полных оборотов в течение примерно 4 10^-6 с.

Достоинство циклотрона: компактность (занимает площадь стола), большой ток пучка частиц (до 1 мА). Главный недостаток: циклотрон ускоряет частицы только до нере­лятивистских скоростей. Поэтому на циклотронах ускоряются лишь тяжелые частицы -протоны до энергий 20-25 МэВ, дейтроны, α- частицы, и многократно ионизированные ио­ны углерода, азота, кислорода.

5. Фазотрон (синхроциклотрон) позволяет ускорять частицы и до релятивистских энергий. Отличается от циклотрона тем, что в цикле ускорения сгустка частиц ВЧ - генера­тор работает с относительно медленно убывающей частотой. Фазотрон работает только в импульсном режиме. В каждый момент времени в камере ускоряется только один сгусток частиц. После его выхода из камеры начинает ускоряться другой. В 1 с может быть несколь­ко сот таких импульсов. В одном импульсе содержится около 10¹⁰ частиц. Начальная частота работы генератора при ускорении, например, протонов v = 2πω = 2πeB/m = 0,9 ГГц. Как и циклотроны, фазотроны ускоряют тяжелые частицы - протоны, дейтроны, α - частицы. По максимальная энергия частиц много больше и достигает 1 ГэВ.

Ток заряженных частиц в фазотронах на 1-2 порядка меньше, чем в циклотронах и ко­леблется в пределах от 2 до 100 мкА. Максимальное ускоряющее напряжение равно 10-30 кВ. В фазотроне на 1 ГэВ протон в режиме ускорения совершает около 100 000 оборотов. В пределах от 25 МэВ до 1 ГэВ фазотронный метод ускорения частиц является сейчас основ­ным. Диаметр крупных фазотронов на 1 ГэВ составляет 6-7 м.

6. Синхрофазотрон - это циклический резонансный ускори­тель тяжелых частиц, в котором изменяются во времени как частота ускоряющего поля, так и величина магнитного поля. Причем радиус равновесной орбиты остается почти постоянным.

Движение частиц происходит в кольцевой вакуумной каме­ре, помещенной в магнитное поле системы магнитов, расположен­ных в определенном порядке по кольцу. Различают синхрофазотро­ны (СФТ) со слабой фокусировкой и СФТ с сильной фокусировкой.

В СФТ со слабой фокусировкой магнитная система состоит из нескольких магнитных секторов 1, имеющих форму дуги окруж­ности, разделенных прямолинейными промежутками 2 (рис.152). Ускоряемые протоны вводятся из инжектора 3 через систему ввода 4. В промежутках 2 располагаются ускоряющие устройства 5, вакуумные насосы и системы наблюдения за пучком. В вакуумной камере 6, представляющей собой сплошную замкнутую трубку, поддерживается давление р = 10^{-6 мм Hg. По мере ускорения сгустка частиц магнит­ное поле растет' от минимального до максимального значения.}

Ускоряющие устройства работают по тому же принципу, что и в циклотроне. Частота электрического поля изменяется в соответствии с изменением магнитного поля. Форма полюсов магнитов подбирается так, чтобы происходило малое спадание магнитного поля по радиусу (рис.153). В этом случае появляется сила F, возвращающая частицу в равновесную плоскость (со­ставляющая Fz фокусирует пучок по высоте, F _R по радиусу).

СФТ с сильной фокусировкой отличается более выраженной неоднородностью магнитного поля по радиусу (рис.154) и наличием чередую­щихся квадрупольных линз (рис.155). Каждая квадрупольная линза действует как система из двух магнитных линз: одна из них фокусирует частицы в направлении оси х, другая в направле­нии оси у. В ускорителе эти линзы располагаются друг за другом с поворотом на 90°.

Допустим, нечетные линзы направлены вдоль оси х полюсами N-N, а четные линзы направлены вдоль оси х полюсами S-S. В результате если нечетные линзы фо­кусируют частицы вдоль оси х, то четные линзы несколько дефокусируют их. Но суммарный эффект усиливает фокусировку частиц.

Синхрофазотроны - это самые большие и самые мощные на сегодняшний день цик­лические ускорители тяжелых частиц. Например СФТ в г. Дубне, (Россия, пущен в 1957 г.) на 10 ГэВ с мягкой фокусировкой имеет массу магнитов 36 000 тонн и диаметр кольцевой камеры 60 м СФТ в г. Серпухове (Россия, пущен с 1967 г.) дает протоны с энергией 76 ГэВ. Средний ток 0,02 мкА, 10 2 частиц в импульсе, 8 импульсов в минуту. За полный цикл уско­рения частица совершает 400 000 оборотов. Диаметр ускорительного кольца 472 м. Сечение камеры по высоте 115 мм и по радиусу 170 мм. В этом ускорителе применена жесткая фоку­сировка. Поэтому, несмотря па увеличение размеров, масса магнитов составляет «всего» 20 000 тонн.

В 1972 г. в Батавии (США) был пущен протонный СФТ на 500 ГэВ. Диметр его коль­ца 2 км, но за счет более жесткой фокусировки пучка размеры вакуумной камеры удалось уменьшить до 50 мм но высоте и до 130 мм по ширине (это при длине кольца более 6 км!).

7. Ускорители электронов. Все рассмотренные циклические ускорители - циклотро­ны, фазотроны и синхрофазотроны применяются для ускорения исключительно тяжелых частиц - протонов, дейтронов, ионов. В них релятивистское нарастание массы частиц или относительно невелико, как в циклотроне, или происходит' относительно медленно, так что ускоритель успевает подстроить свои частоту и магнитное поле.

Проблема ускорения таких легких частиц, как электрон в том, что релятивистское на­растание массы происходит в них очень быстро. Поэтому для создания электронных круго­вых ускорителей потребовались специальные решения. Наиболее интересными в этом отно­шении представляются микротрон, бетатрон и синхротрон.

8. Микротрон - циклический резонансный ускоритель электронов с постоянным во времени магнитным полем и постоянной

частотой ускоряющего СВЧ - генератора. Идею микротрона впер­вые высказал в 1946 г. Владимир Вексяер.

В отличие от циклотрона и фазотрона источник ускоряемых электронов находится не в центре, а на краю области магнитного поля. Там же находится ускоряющее устройство 1, при прохождении через которое энергия электрона всякий раз увеличивается на энер­гию покоя электрона m_ec². После этого электрон, описав Ускоряющие такты окружность в магнитном поле, возвращается в ускорительный промежуток, где его энергия снова возрастает на m_ec². И так далее. Здесь и далее m_e масса покоя электрона. Допустим, электрон вошел в ускоряющее устройство с энергией, близкой к нулю. Вышел с энергией E_кин= m_ec². Полная энергия электрона удвоилась mc²= m_ec²+ E_кин = 2 m_ec²:. Удвоилась и релятивистская масса частицы,m₁= 2m_{e /}Период T₁ движения частицы по пер­вому кругу найдется из формулы (23.2): T₁= 2π/eB*m₁=2π/eB*2m_e=2T₀(23.4)

После второго ускорения частица пройдет второй круг за время T₂=3T₀, после п-го ускорения-за время Т_n=(п + 1)T₀, где Т₀ = 2πm_e/еВ. (23.5)

Если ускоряющее устройство представляет- собой полый резонатор, подключенный к СВЧ генератору, работающему на частого ν₀= 1/Т₀ = еВ/2πm_e, (23.5) то после первого ускорения частица пройдет 1-й круг за два такта работы генератора - уско­ряющего и холостого. После второго уско­рения второй круг - за три такта - одного ускоряющего и двух холостых и т.д.

Частота работы СВЧ - генератора при ускорении электронов в магнитном поле В= 0,1 Тл равна ν₀- 1,610 l90,l/2-3,14-10 30= 2,8 ГГц. Это соответствует длине волны генератора λ₀=c/ ν₀= 11 см.

 

Ускоряющее напряжение U в резонаторе для электронов находится из условия: eU = m_ec². Отсюда U = m_ec²/e = 9.1-10 3,(3-I0⁸)2/l.6-10^-19 = 511 кВ.

Сегодняшние микротроны позволяют ускорять электроны до 30 МэВ. При этом ин­тенсивность пучка резко падает с ростом энергии. Так, микротрон на 13 МэВ дает ток в им­пульсе 100 мА, а микротрон на 30 МэВ всего лишь 0,05 мА. Диаметр магнитных наконечни­ков в микротроне на 30 МэВ около 2,5 м.

9. Бетатрон - циклический индукционный ускоритель электронов, в котором энергия частиц увеличивается за счет вихревого электрического поля, создаваемого изменяющимся

магнитным потоком, пронизывающим сечение орбиты частиц. Первый бетатрон построил в 1940 г. Дональд Керст. В основе его действия лежит явление электромагнитной индукции.

Если между полюсными наконечниками 1 элекгромаг-нитапоместить замкнутое проводящее кольцо 2, то при пере­менном токе в обмотке 3 в кольце также возникает перемен­ный ток индукции. На электроны проводимости в кольце действует сила со стороны вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного потока между полюсными наконечниками.

В бетатроне вместо металлического кольца 2 находится эвакуированная кольцевая труба (тор). Если инжектировать в нее электроны (от электронной пушки) в момент нарастания магнитного ноля, то при соответствующих величине и харак­тере изменения магнитного ноля электроны будут разгонятся внутри трубы. Схематический разрез бетатрона указан на рис.158. Он представляет собой электромагнит с центральным сердечником 1 и кольцевыми полюсными наконечниками 2, между которыми находится кольцевая вакуумная камера 3. Центральный и периферийный сердечники объединяются яр­мом 4. Обмотки 5 и 6 создают два магнитных поля. Одно из них 6 - управляющее, оно удерживает электроны на орбите и формируется наконечниками 2, другое 5 - индуцирующее, оно формируется в зазоре цен­трального сердечника и своим изменением создаст- ускоряющее электроны вихревое элек­трическое поле. Ускорение электронов производится в течении одной четверти периода, то­гда, когда магнитное поле нарастает. Если обмотка электромагнита питается переменным током с частотой ν- 50 Гц, то цикл ускорения импульса электронов продолжается l/4v= 1/200 с. Среднее магнитное ноле в бетатронах не превышает 1 Тл. Диаметр стацио­нарной орбиты электронов около 1 м.

Обычно бетатроны применяются для ускорения электронов до энергии 50 МэВ. Сред­ний ток в импульсе не более 0,01мкА при 10⁹-10¹⁰ частиц в импульсе. Бетатроны сравни­тельно дешевы. Поэтому они широко применяются для получения γ- квантов (электронный пучок направляется на тормозную мишень) и в других прикладных целях.

11. Источник нейтронов. Во всех перечисленных устройствах ускоряются лишь электрически заряженные частицы. Нейтральные частицы, в частности нейтроны, получают с помощью ядерных реакций. В зависимости от того, какую энергию должны иметь нейтро­ны, используют ту или иную реакцию. Рассмотрим некоторые из источников нейтронов.

а. Еериллиевый источник нейтронов. В его основе - реакция (а, п) открытия ней­тронов ⁹₄Be +⁴₂Hе-> ¹²₆C+¹₀n+ 5,6 МэВ. (23.6)

В герметичную ампулу помещается порошок Металлического бериллия с а - актив­ным препаратом, например, с полонием - 210. Альфа - частицы не могут проходить сквозь стенки ампулы, тогда как образующиеся в результате реакции (23.6) нейтроны свободно вы­ходят. Вместо полония, у которого малый период полураспада Т=140 дней, в качестве а -источника может применяться радий (Т= 1600 лет). В этом случае получается ИСТОЧНИК ней­тронов с практически неограниченным сроком действия.

б. Литиевый источник позволяет получать нейтроны низких энергий в результате {р, п) реакций. ⁷₃Li+¹₁p->⁹₄Be+¹₀n -1,6 МэВ. (23.7)

Реакция эндотермическая. Она идет за счет энергии протонов, разгоняемых в ускори­теле. Устанавливая ту или иную энергию притонов, можно получать монохроматические нейтроны с энергиями от 30 до 500 кэВ.

в. Ядерный реактор позволяет получать самые интенсивные потоки нейтронов. Но это и самый дорогой источник. В современных исследовательских реакторах плотность по­тока нейтронов в активной зоне и замедлителе достигает 10¹⁵ частиц на см² в секунду. Это очень много. Поэтому, хотя энергетический спектр реакторных нейтронов весьма широк

, из него всегда можно вы­делить достаточно интенсивный и достаточно узкий но энергии пучок частиц. Для этого слу­жат монохроматоры нейтронов.

Нанболсе употребителен механический монохроматор. Он представляет собой вал 1 с двумя дисками 2 и 3, в которых имеются узкие радиальные щели 4 и 5 .Диски обычно

делают из кадмия, не пропускающего нейтроны. Если вал с дисками вращается с угловой скоростью ω, а щель 4 в диске 3 отстает на угол φ от щели 5 в диске 2, то сквозь монохроматор будут проходить те нейтроны, скорость

которых υ удовлетворяет условию: t φ/ω=l/υ где l это длина между дисками. =>υ= ωl/φ, mυ²/2 = m/( ωl/φ)² (23 8)

Изменяя угловую скорость со вращения дисков, можно из полихроматического реак­торного потока нейтронов вырезать фракцию нейтронов с нужными энергиями.