الكشف عن النيوترونات السريعة

تعتمد احتمالات التفاعلات على طاقة النيوترونات فتقل عندما تزداد طاقة النيوترون ومن ثم نجد أنه للكشف عن هذه النيوترونات يلزمنا غالباً تبطئتها أولاً أي تحويل هذه النيوترونات السريعة إلى بطيئة. ومن ثم يمكن الكشف عنها. وبالتالي يمكن استخدام مادة مهدئة Moderator مناسبة لتحقيق ذلك.

كما ويمكن الكشف عن النيوترونات السريعة دون المرور بمرحلة تهدئتها وتستخدم لذلك الكاشفات التناسبية المملوءة بغاز الهيليوم (³₂He) والتي تستخدم للكشف عن كل من النيوترونات البطيئة والسريعة على حد سواء.

وهناك طريقة أخرى يتم بواسطتها الكشف عن النيوترونات الريعة وذلك من خلال التصادم المرن مع ذرات الهيدروجين وحيث أن طاقة النيوترون تبلغ عدة ملايين من الإلكترون فولت فإن طاقة ارتداد ذرات الهيدروجين (أو البروتونات) تبلغ عدة كيلو الكترون فولت والتي يمكن قياسها بسهولة.

وسوف نستعرض بالتفصيل الكاشفات المختلفة المستخدمة للكثف من النيوترونات السريعة فيما يلي:

1- كاشفات تبنى على مبدأ التهدئة:

وهتا يتركب الكاشف من كاشف عن النيوترونات البطيئة يحاط بمادة مهدئة مناسبة تتكون من كرة من مادة هيدروجينية مثل البوليثيلين أو البرافين يتراوح قطرها بين عدة سنتمرات إلى عشرات السنتمترات. ويمكن استخدام الكاشفات التناسبية المملوءة بغازات الهيليوم أو فلوريد البورون أو غير ذلك .

2- كاشفات تبنى على مدا تفاعلات النيوترونات السريعة مع المادة:

عندما يراد معرفة طاقة النيوترونات بالإضافة إلى الكشف عنها فإن الطريقة السابقة تصبح غير مناسبة وذلك لأنها تضيع أي معلومات عن طاقة النيوترون ومن ثم يجب البحث عن وسيلة يمكن بواسطتها الكشف عن النيوترون وكذلك معرفة طاقته وبالتالي يجب الاستفادة من تفاعل النيوترون السريع مع المادة.

وهناك تفاعلان مهمان يستخدمان في هذا الميدان وهما:

أ- التفاعل He (n, p)³H^3​

ب- التفاعل ⁶Li (n, α)³H .

وتستخدم في هذه الحالة كاشفات. إلا أن هناك تقنية أخرى يتم بواسطتها بناء كاشفات تعرف بمطيافات الشطائر Sandwish Spectrometers . حيث يستخدم الليثيوم و الهيليوم كمادة محولة أما الكاشفات فهي عبارة عن كاشفات الحاجز السطحي Surface Barrier Detectors.

ويبين الشكل (1) تركيب الكاشف والإلكترونيات المصاحبة له. فعند سقوط النيوترونات البطيئة فإن الجيمات المشحونة تنطلق في اتجاهين متضادين أما عند سقوط النيوترونات السريعة فإن هذه الجسيمات تنطلق في اتجاه سقوط النيوترونات على الكاشف.

وباستخدام دائرة تطابق زمني ودائرة تجميع يمكن قياس طاقة النيوترون كما يتضح من الشكل.

3- كاشفات تستخدم مبدا تشتت النيوترونات السريعة:

عند اختيار هدف مناسب كالبروتونات أو جسيمات α أو الديوترونات لتسقط عليه النيوترونات فإنها تتشتت عنه بطاقة معينة بينما ترتد هذه الجسيمات بطاقات مختلغة تعتمد على زاوية الارتداد. وتعتبر المواد الهيدروجينية من أفضل المواد المستخدمة إذ تتراوح طاقة البروتون المرتد بين الصفر وطاقة النيوترون الساقط (E_n).