Published August 1965
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Book
The Effects of Coherent Scattering on the Thermalization of Neutrons in Beryllium
- 1. Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY (United States)
Description
Coherent scattering complicates the problem of thermalization in crystalline moderators by the trapping of neutrons at the Bragg energies. This effect arises because the whole microcrystal absorbs the recoil from the collision; also there is little up-scattering because the cross-section must be averaged over all atoms of the crystal. If the neutron is removed from a trapped peak by inelastic or incoherent elastic scattering, it is fairly probable that it will leak from the moderator in a small system because of the much smaller λtr for values away from the Bragg energies. These effects result in a neutron spectrum in beryllium metal which for buckling values of 0.072 and 0.1 cm-2 does not reach equilibrium at times as great as 5 mean-lifetimes in neutron die-away experiments. For bucklings of about 0.027 and 0.01 cm-2 the spectrum, although distorted in both cases from the Maxwellian, appears to be stable after about 600 μs. In all cases the spectrum is severely truncated for neutron energies below 0.0068 eV, the lowest Bragg peak. The measurements are performed using the phased-neutron chopper pulsed-electron linear accelerator technique. The initial photo-neutron pulse injected into the moderator is sampled at a later time by a mechanical neutron chopper having a 130-μs sampling time at full-width, half -maximum. This sample of the neutron spectrum is energy analysed by time-of-flight over a 3-m flight path by means of a BF3 detector and energy analysers. A disc chopper consisting of B10 steel (3/4 in thick, 1 wt.% of B10) is located as close as possible to the moderator to minimize the distance between the chopping plane and the bottom of the 0.5 in * 0.5 in re-entrant hole penetrating to the centre of the medium. This minimizes the difficult chopper flight path correction to the spectrum. The data is background subtracted and corrected for the energy-dependent mean detector stopping distance, the energy response of the detector and the material in the flight path. The mean chopping time is calculated, based on an assumed flux time dependence which is obtained from the data by least squares fitting. Several iterations are required until self-consistency is obtained. (author)
Abstract (French)
La diffusion cohérente complique le problème de la thermalisation dans les ralentisseurs cristallins du fait du piégeage des neutrons aux énergies de Bragg. Ceci est dû au fait que l'ensemble du microcristal absorbe l'énergie de recul de la collision; en outre, la diffusion n'est pas beaucoup plus élevée, parce qu'il faut faire la moyenne de la section efficace sur tous les atomes du cristal. Si un neutron est éloigné d'un pic piégé par diffusion inélastique ou par diffusion élastique incohérente, il est fort probable que, dans un petit système, il sortira du ralentisseur du fait de la valeur beaucoup plus faible de λtr lorsqu'on s'écarte des énergies de Bragg. Ces effets se traduisent par un spectre de neutrons dans le béryllium métallique qui, pour des valeurs du laplacien égales à 0,072 et 0,1 cm-2, ne parvient pas à l'équilibre, en un temps pouvant atteindre 5 durées de vie moyennes dans des expériences sur l'évanouissement des neutrons. Pour des laplaciens de 0,027 et 0,01 cm-2, le spectre — bien que présentant dans les deux cas des distorsions par rapport au spectre maxwellien — semble se stabiliser après quelque 600 μs. Dans tous les cas, le spectre est très tronqué pour des énergies de neutrons inférieures à 0,0068 eV. pic de Bragg le plus bas. Les mesures sont faites à l'aide d'un accélérateur linéaire d'électrons puisé et d'un hacheur phasé de neutrons. La bouffée initiale de photoneutrons injectée dans le ralentisseur est échantillonnée ultérieurement par un hacheur mécanique de neutrons ayant un temps d'échantillonnage d'une largeur entière de 130 μs à la moitié du maximum. On analyse en énergie cet échantillon du spectre de neutrons par la méthode du temps de vol sur un parcours de 3 m. au moyen d'un détecteur à BF3 et d'analyseurs d'énergie. Un hacheur circulaire, en acier à 1% en poids de 10B, de 200 mm d'épaisseur, est placé aussi près que possible du ralentisseur pour réduire au minimum la distance entre la plan du hacheur et le fond de la cavité de 13 mm x 13 mm qui pénètre jusqu'au centre du système. On réduit ainsi au minimum la correction délicate qu'il faut appliquer au spectre du fait du parcours de vol jusqu'au hacheur. On déduit le bruit de fond des données obtenues et on leur applique une correction pour tenir compte de la distance moyenne d'arrêt du détecteur, qui est fonction de l'énergie, de la réponse en énergie du détecteur et de la matière présente sur le parcours de vol. On calcule le temps moyen de hachage en se fondant sur une hypothèse touchant la variation du flux en fonction du temps; on obtient cette hypothèse en ajustant les données par la méthode des moindres carrés. Il faut procéder à plusieurs itérations avant d'obtenir des résultats convergents. (author)Abstract (Spanish)
La dispersion coherente complica el problema de la termalización en moderadores cristalinos por la retención de los neutrones a las energías de Bragg. Este efecto se debe a que todo el microcristal absorbe las partículas de retroceso resultantes del choque; asimismo, el aumento de energía por dispersión es escaso, pues la sección eficaz ha de promediarse respecto de todos los átomos del cristal. Si el neutrón es desalojado de un pico de retención por dispersión inelástica o dispersión elástica incoherente, es bastante probable que escape del moderador en un sistema de dimensiones reducidas, pues λtr es mucho menor para valores distantes de las energías de Bragg. Estos efectos originan en el Be metálico un espectro neutrónico que, para valores del laplaciano iguales a 0,072 y 0,1/cm2 aproximadamente no alcanza el equilibrio en intervalos de incluso 5 vidas medias en experimentos de atenuación neutrónica. Para laplacianos del orden de 0,027 y 0,01/cm2 el espectro, si bien se aparta en ambos casos de la distribución maxwelliana, parece alcanzar la estabilidad al cabo de unos 600 μs. En todos los casos el espectro resulta muy perturbado cuando la energía neutrónica es inferior a 0,0068 eV, que es el pico menor de Bragg. . Las mediciones se efectúan por el procedimiento del selector de neutrones en fase y del acelerador lineal de electrones pulsados. El impulso inicial de fotoneutrones inyectado en el moderador es muestreado por un selector mecánico de neutrones cuyo tiempo de muestreo (amplitud total a la mitad del máximo) es de 130 μs. La energía de esta muestra del espectro neutrónico se analiza por el método del tiempo de vuelo en una trayectoria de 3 m con un detector de BF3 y analizadores de energía. Un selector de disco de acero al 10B de 3/4 de pulg de espesor (1% en peso de 10B) se coloca lo más cerca posible del moderador para reducir al mínimo la distancia entre el plano.de selección y el fondo del orificio reentrante de 0,5 pulg x 0, 5 pulg, que penetra hasta el centro del medio. Esto simplifica la difícil corrección de la trayectoria de vuelo en el selector para adaptarla al espectro. La actividad de fondo se resta de los datos, que se corrigen para tener en cuenta la distancia media de frenado en el detector, dependiente de la energía, la respuesta energética del detector y el material situado en la trayectoria de vuelo. El tiempo medio de selección se calcula basándose en una dependencia hipotética del flujo con respecto al tiempo, que se determina ajustando los datos por cuadrados mínimos. Se precisan varias iteraciones para obtener resultados compatibles. (author)]Abstract (Russian)
Kogerentnoe rassejanie uslozhnjaet problemu termalizacii v kristallicheskih zamedliteljah blagodarja zahvatu nejtronov pri energijah Brjegga. Jetot jeffekt voznikaet potomu, chto ves' mikrokristall pogloshhaet atomy otdachi v rezul'tate stolknovenija; imeet mesto takzhe povyshenie rassejanija, tak kak sechenie dolzhno usrednjat'sja na vse atomy kristalla . Esli udaljaetsja nejtron iz zahvachennogo pika za schet neuprugogo ili nekogerentnogo uprugogo rassejanija, to vpolne vozmozhno, chto budet nabljudat'sja utechka iz zamedlitelja v nebol'shoj sisteme vvidu ochen' maloj velichiny λtr dlja znachenija energij, otlichajushhihsja ot brjeggovskih. Jeti jeffekty privodjat k nejtronnomu spjoktru v metallicheskom berillii, kotoryj dlja znachenij laplasiana 0,72 i 0,1/sm2 ne dostigaet ravnovesija za vremja do 5 srednih velichin vremeni zhizni nejtronov v jeksperimentah na zatuhanie. Dlja laplasianov primerno 0,027 i 0,01/sm2 spektr, hotja on i iskazhen v oboih sluchajah po sravneniju s maksvellovskim raspredeleniem, stanovitsja stabil'nyj posle primerno 600 mksek. Vo vseh sluchajah spektr rezko obrezaetsja dlja energij nejtronov nizhe 0,0068 jev, chto javljaetsja samym nizkim pikom Brjegga. Osushhestvljajutsja izmerenija s ispol'zovaniem fazovogo selektora nejtronov s impul'snym jelektronnym linejnym uskoritelem. Pozzhe proizvoditsja otbor pervonachal'nogo foto- nejtronnogo impul'sa, inzhektirovannogo v zamedlitel', s pomoshh'ju metallicheskogo selektora nejtronov s vremenem vzjatija obrazca FWHM 130 mksek. Jetot obrazec nejtronnogo spektra analiziruetsja po energii metodom vremeni prole ga po trehmetrovoj traektorii poleta s pomoshh'ju detektora BF3 i analizatorov energii. Diskovoj selektor (stal' s 1% V10, tolshhinoj 0,75 djujma), raspolozhen po vozmozhnosti blizhe k zamedlitelju dlja umen'shenija rasstojanija mezhdu selektornoj plastinoj i dnom vho''nogo otverstija 0,5 h 0,5 djujma, vedushhego k centru sredy. Jeto svodit k minimumu trudnost' vvedenija popravki k spektru, svjazannoj s traektoriej poleta v selektore. Dannye kvalificirovanno izvlekajutsja i ispravljajutsja dlja zavisimogo ot energii srednego rasstojanija detektora, energeticheskoj harakteristiki detektora i materiala na traektorii poleta. Rasschityvaetsja srednee vremja selekcii na osnove predpolagaemoj zavisimosti potoka-vremeni, kotoraja poluchaetsja na osnove dannyh metodom naimen'shih kvadratov. Trebuetsja neskol'ko povtorenij do poluchenija soglasovannosti dannyh mezhdu soboj. (author)Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Effets de la Diffusion Cohérente sur la Thermalisation des Neutrons dans le Béryllium; Dejstvie kogerentnogo rasseyaniya na termalizapiyu nejtronov v Berillii; Efectos de la Dispersion Coherente en la Termalizacion de Neutrones en el Berilio
Publishing Information
- Publisher
- IAEA
- Imprint Place
- Vienna (International Atomic Energy Agency (IAEA))
- Imprint Title
- Pulsed Neutron Research. Vol. I. Proceedings of the Symposium on Pulsed Neutron Research
- Imprint Pagination
- 713 p.
- Series
- Proceedings Series
- Journal Page Range
- p. 483-499
- ISSN
- 0074-1884
Conference
- Title
- Symposium on Pulsed Neutron Research
- Dates
- 10-14 May 1965
- Place
- Karlsruhe (Germany)
INIS
- Country of Publication
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- Country of Input or Organization
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- INIS RN
- 44078789
- Subject category
- S73: NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- BERYLLIUM; BF3 COUNTERS; BRAGG CURVE; BUCKLING; COHERENT SCATTERING; CROSS SECTIONS; CRYSTALS; ELASTIC SCATTERING; ENERGY ANALYSIS; ENERGY DEPENDENCE; MODERATORS; NEUTRON CHOPPERS; NEUTRON SPECTRA; PHOTONEUTRONS; PULSED NEUTRON TECHNIQUES; RECOILS; THERMALIZATION; TIME DEPENDENCE; TIME-OF-FLIGHT METHOD
- Descriptors DEC
- ALKALINE EARTH METALS; BARYONS; BEAM PULSERS; DIAGRAMS; ELEMENTARY PARTICLES; ELEMENTS; FERMIONS; HADRONS; INFORMATION; MEASURING INSTRUMENTS; METALS; NEUTRON DETECTORS; NEUTRONS; NUCLEONS; PHOTONUCLEONS; PROPORTIONAL COUNTERS; RADIATION DETECTORS; SCATTERING; SLOWING-DOWN; SPECTRA
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Contract AT(30-3)-328
- Notes
- 17 refs., 12 figs., 1 tab. Imprint:In two volumes
- Secondary number(s)
- IAEA-SM--62/52