Физическая постановка задачи

Цель работы:

Необходимо путем нейтронного спектрального анализа определить содержание каждого изотопа кадмия в предложенных четырёх пробах, обогащённых каждая по одному из изотопов — Cd108, Cd110, Cd111 и Cd113. Привлекалась также и проба с природным соотношением изотопов — Cdnt.

Были привлечены файлы оцененных энергетических зависимостей полного сечения, взятых в Центре Ядерных Данных (ЦЯД ФЭИ). Для определения количественного изотопов обработка проводилась методом площадей.

Нейтронный спектральный метод неразрушающего контроля основан на измерении спектра пропускания нейтронов через исследуемый образец в резонансной области энергий. Наиболее удобная область энергий нейтронов 1−450 эВ, где расположено значительное число резонансов в энергетическом ходе полного сечения средних и тяжелых ядер.

нейтронный спектральный анализ кадмий.

Свойства изотопов кадмия

Вначале работы мне были предоставлены данные по энергетическому ходу полного сечения всех 8 изотопов кадмия (Cd106st, Cd108st, Cd110st, Cd111st, Cd112st, Cd113st, Cd114st, Cd116st). Графики этих зависимостей показаны на рисунках (1−6). Кроме того, имелась таблица ТАКАД, в которой собраны сведения о положении и силе линий (резонансов) каждого из этих восьми изотопов при энергиях ниже 400 эВ (табл. 1).

Также мне были предоставлены измеренные ранее спектры экспериментального резонансного пропускания кадмия (рис. 6−15). Из таблицы ТАКАД и из рисунков (1−6) можно увидеть, что крайние по атомному весу изотопы Cd106 и Cd116 имеют в рассматриваемом диапазоне лишь по одной линии — Cd106 при энергии 232 эВ (сечение 1537барн), и Cd116 — при энергии 28.97 эВ. Первая неразличима от линии Сd108 при энергии 234 эВ (разница в положении 2 эВ, а энергетическое разрешение при этой энергии составляет 8 эВ). В случае Cd116 нужная линия сидит на крыле линии Cd111 при энергии 27.53 эВ и, хотя максимумы этих линий достаточно разнесены (расстояние 1.44 эВ при энергетическом разрешении), но наблюдать эту слабую линию при небольшом содержании данного изотопа (проба, обогащённая по изотопу Cd116, предоставлена не была) так и не удалось.

В итоге анализ содержания проводился по 6 изотопам кадмия, остающимся после исключения крайних изотопов: Cd108, Cd110, Cd 111, Cd 112, Cd 113 и Cd 114. У изотопа 108 имеется три линии, однако, первая не слишком сильна, а вторая и третья приходятся на энергии, где разрешение спектрометра, вообще говоря, недостаточно для надёжного их выделения мз спектра. У изотопа 110 имеется сильный резонанс при энергии 89.2 эВ. Изотопы 111 и 113 имеют много линий, которые можно будет привлечь в анализ. У изотопа 112 имеется две линии — с энергиями 66.77 эВ (815 барн) и 226.5 эВ (408 барн). Они оба перекрываются с близкими линиями других изотопов, и если первый (при энергии E=66.77 эВ), как оказалось, еще можно обработать, то от второго было невозможно получить надёжные результаты. Более качественные данные можно получить по изотопу 114. У него хорошо изолированы сильные провалы при энергиях E=120.1эВ (2344 барн) и E=392,2эВ (4137 барн). Большое количество провалов имеет 111 изотоп, но наиболее хорошо подающиеся обработке имеют энергию E=27.53 эВ (1355 барн), E=164,1эВ (1258эВ).108 имеет два хорошо выраженных пика с энергией E=234 эВ (3516 барн) E=312 эв (4201 барн). По 110 с энергией E=89,27эВ (8373 барн) можно получить качественные результаты только по одному провалу, так как вторая линия с энергией E=230,9эВ имеет сечение всего 158 барн и потому при недостаточности разрешения в большинстве случаев невидна. Особый интерес представляет 113 изотоп, особенно при малых энергиях. Следовые его количества во всех пробах достаточно различимы именно в мягкой части спектра (рис.1) На данном рисунке представлены все изотопы обогощенные (Cd113) а также график 22 868 с кадмиевым фильтром. Кроме того, у этого изотопа имеются хорошо выделенные линии, позволяющие измерять его содержание — при энергиях E=18,40эВ (93 барн), E=63,68эВ (355 барн) и повыше он хорошо обрабатывается.

1) Tcd1322 2) Tcdna22 3) Tcd1022 4) Tcd1122 5) Tcd0822 6) 22 868.

Рис. 1.