"MONTAGEM E TESTES DE UM ESPECTRÕMETRO DE NEUTRONS TIPO "SANDWICH"

COM DETETORES SEMICONDUTORES E 6 L i "

M. A. FABRO

A. G. DA SILVA+

Condensação da Tese de Mestrado COPPE/UFRJ - I973

Realizada con recursos da COPPE, IEN/Nuciebrãs, CNEN

COPPE/UFRJ+IEN/Nuc)ebrls

RESUMO

O espectrômetro foi montado com dois detetores comerciais

tipo barreira de superffcie (Si(Au)), dispostos face a face; o Li,

material sensível a neutrons, foi evaporado a vácuo r.a forma de

LiF sobre uma película de Formvar e posteriormente sobre a super-

fície de um dos detetores. As espessuras de LiF depositadas foram

2 2de 0,2 ym(50 yg/cm ) e 1,5 ym(^00 Ug/cm ) respectivamente.

Foram feitos testes com neutrons lentos e com neutrons pro -

venientes das reações 0 (d , n) 3He (2,65 MeV) e T(d, n)'*He ( H , 7 MeV) .

As resoluções em energias encontradas (FWHM) foram: neutrons

lentos, 200 KeV para a soma (E + E ) e 7 Kp-V pars a diferença

(E - E ) ; para neutrons de 2,65 MeV, a resolução para a soma foi

de 200 KeV.

As eficiêrcías calculadas, para a soma, foram: neutrons len-

tos 5,5xlO~ e neutrons de 2,65 MeV, 2,1x10 . Não foram detetados

neutrons de 14,7 MeV.

ABSTRACT

A sandwich type spectrometer with Li is a system consist-

ing of two surface barrier detectors assembled face tc face and a

LiF film, which is the sensitive material to n e u t r o n s , placed

between them.

The alpha and triton particles resulting from the reaction

6 ^Li (n, a) H are.detected by a coincidence system and can furnish

some information about the neutron energy.

in the assembly were used comercial surface barrier de -

tectors (Si(Au)} the LiF was evaporated by vacuum onto a film of

Formvar ?nd afterwards over the surface of one of the detectors ,

with a LiF thickness of 0,2 iim(50 y g / c m 2 ) and 1,5 ym(lt00 jig/cm2)

respect i vely.

Tests were made with slow neutrons and with neutrons from

the reactions D (d, n ) 3 H e (2,65 MeV) and T (d, n ) % e ( U MeV) .

The energy resolution for thermal neutrons was about 200

keV (FWHM) for the sum (Et + E Q) and about 7 keV (FWHM) for the

difference (E£ - E ) with an evaluated efficiency of 5,5x10 ,

for the sum. For the 2,65 MeV n e u t r o n s , the energy resolution was

about 240 keV (FWHM) and an evaluated efficiency was 2,1x10*^. It

was not possible to detect 1b MeV n e u t r o n s .

1. INTRODUÇÃO

Os neutrons são de grande importânciai tanto para os estudos

de ffsica nuclear , como para ffsica e engenharia de reatores

. No entanto, a aplicabilidade dos neutrons nestas áreas de_

pende do conhecimento de suas energias e de seu número, ou seja,do

conhecimento de seu espectro.

A deteção de neutrons é geralmente feita através de reações

nucleares ou através do espalhamento elástico com o hidrogênio* ' .

Quando se usam reações, estas deverão ter como produtos, preferen-

(9)cialmente, partículas carregadas .

As reações nucleares (n, partícula carregada) que podem ser

usadas na espect rome t r i a de neutrons tern seu número 1 imitado ,devi-

do ao fato que, geralmente, os produtos das reações são função da

energia dos nfiutrons.

(9)RYDIN fez uma estudo sobre as condições que uma reação

deve apresentar para poder ser usada na espectrometri a e concluiu

que as reações que mais se aproximam das condições ideais são:

^ U (n,ct)*H e | He(n,p)jH

Além destas, a reação _B(n,oc) Li é também muito usada

(8,10,11).

As seções de choque para estas reações e para o espalhamento

elástico, em função da energia do neutrons estão apresentadas na

figurai.

0 espalhamento elástico ê usado em emu 1 soes nucleares ou em

detetores de prôton de recuo ("proton recoil").

Outro processo usado na espectrometria de neutrons é o meto

Ic V I KeV I A'cV

ENERGIA DO NEU TRON

FIG. I - GF.AFICO LOG-LOG DA SEÇ A O CHOQUE DE REAÇÃO EM

ft O)FUNÇÃO DA ENEfíGIA DO NEUTRON

d o d o t e m p o de v ô o ( " t i m e - o f - f 1 i g h t " ) , q u e c o n s i s t e e n se m e d i r o

t e m p o g a s t o p e l o n e u t r o n p a r a p e r c o r r e r u m a d e t e r m i n a d a d i s t a n c i a if

1.1. A reação Li (n,a)t na espectrometri a de neutrons (

A seção de choque de reação é um pouco menor que das rea-

ções He (n,p) e B(n,ot), apresentando ainda uma ressonância pa-

ra neutrons com aproximadamente 250 KeV. Por outro lado, o Q=ii ,78

MeV é maior que os das outras (0,76 MeV e 2,80 MeV respectivamen-

t e ) , o que facilita a discriminação das partículas produzidas.

A reação não ê isotrópica no sistema de centro de massa,mas

(9)as variações nao sao grandes , e o erro introduzido no calculo

da eficiência geométrica pela anisotropia ê da ordem de 0,5% .

A cinemática da reação segue o sistema clássico de reação a duas

part feu 1 as (9)

6 1 • •>Ate I9Ó9, a reação "Li (n.a)-'H era usada de três maneiras

diferentes, para fornecei- o espectro de neutrons * ':

a) medida do espectro da soma das energias das partículas

alfa e irftio. A energia dos neutrons ê obtida diretamen

te pe1 o re1 ação.

En = E c + Et " *

b) a n á l i s e d o e s p e c t r o de t r í t i o ; ( " u n f o l d i n g " ) C 3 • 15 ,21 •

6 9 , 7 * )

c) m e d i d a d o â n g u l o e n t r e as p a r t í c u l a s a l f a e t r í t i o . -

( 1 * )Em 1 9 6 9 , M A R O N I e t . a i . i n t r o d u z i r a m u m a n o v a . m a n e i r a

de s e u t i l i z a r e s t a r e a ç ã o , q u e c o n s i s t e em. se f a z e r a d i f e r e n ç a

e n t r e as e n e r g i a s d o t r í t i o e d a a l f a , q u a n d o o t r í t i o e e m i t i d o

p a r a f r e n t e , c o m r e l a ç ã o a d i r e ç ã o d o n e u t r o n ( e n e r g i a m á x i m a ) e

a alfa para trás (energia m í n i m a ) f i g . 2 . A energia dos n e u t r o n s é

e n c o n t r a d a pela r e l a ç ã o :

onde A é a d i f e r e n ç a m e d i d a .

Por este p r o c e s s o consegue-se uma resolução melhor que aque-

la obtida pela análise do e s p e c t r o do trftio ("unfolding"),.v(I5)

2 . Material e Método

0 sistema e s t u d a d o foi idealizado e d e s e n v o l v i d o inicialmen-

(22)te p or L O V E £ M U R R A Y e s o f r e u ate h o j e p o u c a s m o d i f i c a ç õ e s .

C o n s i s t e b a s i c a m e n t e de d o i s d e t e t o r e s t i p o b a r r e i r a de s u p e r f í c i e ,

d i s p o s t o s f a c e a f a c e s e n d o e n t r e e l e s c o l o c a d o um f i l m e de m a t e -

rial s e n s f v e l q u e p o d e s e r d e p o s i t a d o s o b r e a s u p e r f í c i e de um d o s

d e t e t o r e s ou s o b r e um s u b s t r a t o p l á s t i c o i n t e r p o s t o e n t r e e l e s . Os

f i l m e s s e n s í v e i s f o r a m p r e p a r a d o s por e v a p o r a ç ã o a v á c u o de L i F ,

c o m o í f t i o e n r i q u e c i d o a 9 5 , 5 % em L i . I n i c i a l m e n t e f o r a m p r e p a -

r a d o s f i l m e s de L i F d e p o s i t a d o s s o b r e u m a b a s e ,de F O R M V A R c o m uma

6 2 «*

e s p e s s u r a de LiF de 25+^ 5 u g / c m ; p a r a a u m e n t a r a e f i c i ê n c i a , t r a -

b a l h a m o s c o m d o i s f i l m e s s u p e r p o s t o s . P o s t e r i o r m e n t e foi f e i t a a

d e p o s i ç ã o d i r e t a m e n t e s o b r e a s u p e r f í c i e de um d o s d e t e t o r e s , c o m *? 6

c e r c a de ^ O O y g / c m de L i F .

0 d i a g r a m a e m b l o c o s d o s i s t e m a e l e t r ô n i c o u t i l i z a d o e s t á re

p r e s e n t a d o na f i g . 3» A r e s o l u ç ã o d o s i s t e m a de c o i n c i d ê n c i a foi de_

t e r m i n a d a a p a r t i r da c u r v a de c a b o ("cable c u r v e " ) m e d i da c o m o au

x í l i o de um g e r a d o r de p u l s o , s e n d o e n c o n t r a d o um v a l o r 2 T = 0 . I 5 P S .

C o m o f o n t e de n e u t r o n s u s a m o s o a c e l e r a d o r l i n e a r da T E X A S

I

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II

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PET FTORES

P#i- AM.''£/-FICADOR H~

rAMPLIF.ICADOR

{ORTEC-4-85)

ANALISADORMONO-CANAL(vnrec-420A)

FONTE DEALIMENTAÇÃO(0RTEC-2I0)

COINC'OENCIA

(0RTEC-4I0 A>

ANA LI SADOR J

(HP-5 401 AJ j

UNIDADEDE RE TARDO -

(0RTEC-427A)

f

sovÁDon

(ORTEC-433A)

J PRE-AMPLI-FICA DOR

(CRTEC-I09A)

AMPLIFICA DOR

fORrtC-455)

ANALISAOCR.UOIJO-CANAL t

(0RTEC-<20A) |

FIC.S -DIAGRAMA EM BLOCOS OO SISTEMA ELETRÔNICO UTILISADO

NUCLEAR (modelo 9905), que trabalha com fons de deutêrio acelera-

dos a 150kV. Os neutrons lentos foram conseguidos envolvendo-se

o espectrômetro com uma blindagem de parafina.

0 fluxo de neutrons de 14,7 MeV foi medido por ativação de

folha de cobre ' ' ° ' f encontrando-se (7,9+0,7) x 10 n/cm s, a

0,5 cm do alvo

Para se conseguir um bom ajuste de ganho para os dois dete-

tores, usamos as partículas alfa emitidas por uma fonte fina de

depósito ativo de tõrio; um dos detetores era substituído por uma

ponta de cobre ativada , fazendo-se o levantamento do espec-

tro. 0 processo era repetido com o outro detetor. A operação era

feita novamente após a irradiação com neutrons. Desta forma tfnha

mos também uma boa c a U b r a ç ã o em energia.

3. Resultados

a) Neutrons lentos

Com a finalidade de testar o funcionamento do sistema fize-

mos quatro diferentes levantamentos de espectros de neutrons len-

tos. 0 primeiro consistiu em se uti1izar somente a resposta de um

dos detetores; é um processo semelhante ao usado no método de des

dobramento do espectro do trftio ("unfolding") * ' 3 'I5 >2 ' » 6 9 >7^ .

Os picos da resposta do detetor que se encontra com a face

voltada para o FORMVAR (detetor n? 1) encontram-se deslocados na

direção de baixa energia, em conseqüência da perda ocorrida quan-

do as partículas atravessam o filme plástico. Estes espectros es-

tão representados nas figuras 4 e 5•

0 segundo foi feito usando-se os dois detetores simultânea-

10

5000

4000

I%3000

2OOO

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150 100 SOOISO

CANALFIG.k -SSPECTfíO DA RESPOSTA DO DETETOR H* I A NEUTRONS TÉRMICOS

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5000

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3000

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S3Cf+iOi

1• 1

•'—-180 keV(FWHM)

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1

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1•

-4 MO kvV\íFWHM)

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I I

1

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-

—

150 100 150 £00 ?50

CANALFIG.5 -ESPECTRO DA RESPOSTA DO DETETOR N'B A NEUTRONS LENTOS

12

m e n t e , s e m u s a r a u n i d a d e d e c o i n c i d ê n c i a ( f i g u r a 6 e 7 ) . 0 e s p e c -

t r o o b t i d o d e s t a f o r m a p e r m i t i u - n o s a v a i i a r o n ú m e r o d e p a r t í c u l a s

q u e s ã o p e r d i d a s e n t r e a s s u p e r f í c i e s d o s d e t e t o r e s . A p a r t i r d a s

á r e a s d o s p i c o s e d a e f i c i ê n c i a g e o m é t r i c a d o s d e t e t o r e s , d e t e r m i -

n a m o s a e f i c i ê n c i a g e o m é t r i c a d o e s p e c t r ô m e t r o c o m o s e n d o d e 4 6 %

p a r a n e u t r o n s l e n t o s , v a l o r e s t e c o e r e n t e c o m o c a l c u l a d o

•51

p o r

B L U H N e S T E G E M A N N

Os ú l t i m o s e s p e c t r o s f o r a m o b t i d o s f a z e n d o - s e a s o m a d a s e -

n e r g i a s d a s p a r t í c u l a s t r í t i o e a l f a ( f i g u r a 8) e a d i f e r e n ç a e n -

tre e s t a s e n e r g i a s ( f i g u r a 9 ) , detetaclas e m c o i n c i d ê n c i a .

b ) N e u t r o n s r á p i d o s

~ 2 3

0 e s p e c t r o d o s n e u t r o n s da r e a ç ã o . H ( d , n ) ^ H e ( 2 , 6 5 M e V ) e n -

c o n t r a - s e n a f i g u r a 1 0 ; d u r a n t e a e x p e r i ê n c i a , o e s p e c t r ô m e t r o foi

e n v o l v i d o e m u m a b i i n d a n e m de p a r a f i n a b o r a d a e l â m i n a s de c ã d m í o .

0 p i c o q u e a p a r e c e a ( 4 , 6 5 + 0 , 0 4 ) M e V é d e v i d o a n e u t r o n s e p i c á d m i o

, uma v e z q u e o e s p e c t r o m e t r o n a o r e s o l v e e n e r g i a s de n e u t r o n s

e n t r t z e r o e 100 K e V .

P a r a os n e u t r o n s da r e a ç ã o . H ( d , n ) ? H e ( 1 4 , 7 M e V ) o r e s u l -

t a d o e n c o n t r a - s e na f i g u r a 1 1 . 0 p i c o q u e a p a r e c e a 11,6 M e V ê p r o

v e n i e n t e d e p a r t í c u l a s a l f a d a r e a ç ã o c o m p e t i t i v a :

Sl ^n'a) M ° * E a * I I , 5 4 M e V ) . A s e t a , n a f i g u r a 1 1 , a p o n t a a

p o s i ç ã o o n d e d e v e r i a a p a r e c e r o p i c o d e v i d o a o s n e u t r o n s de 14,7 MeV

c ) E f i c i ê n c i a

A e f i c i ê n c i a i n t r í n s e c a p a r a o e s p e c t r ô m e t r o " s a n d w i c h " ê

(*) T e s e M e s t r a d o C O P P E / 7 3 .

400O

3000

2OOO

1000

SO

• I

180 H9V• (FWHM)

too ISO

I?+1

24Okev(FWHM)

'1200

. ' CANAt.FIG. 6 -ESPECTRO DA SOMA SEM COINCIDÊNCIA , DEVISO A NEUTRONS LENTOS

250 300 350

1 ! > 1 í

-

(VNOS)A*>W (SO'O* Ot-'t>) .*. "

^ | (01.11 HI)

v> r* A •'/v (Si O Ot- O 9 2)^ . . . . -

(VJ1V)A*W(S0'0 * S9'l) . ' *

i*

1 1 ! 1 1

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10

» £00 he V(FWHM)

0.15 us)

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-I

I130 . /SO 830 . SBO

CANALFlG.e -ESPECTRO DA SOMA EM COINCIDÊNCIA, DCVIVO A NEUTRONS LENTOS

330

\n

16

1200

I O O O

$00

i; 60 0•o

40 O

20 0

10

oo

III m l

«1 Oi •» S N »l

JllllLLLLLllllLL£ (keV)

FIG. S> - ESPECTRO DA DIFERENÇA (á) DEVIDO A NEUTRONS LENTOS

IO

• ,o°

~

«0 Q.

ZOO HeV

to

. 1

i 1i ZOO key\(FWHM)

ISOp • SO 100CANAL

FIB.tO - ESPECTRO DA SOMA EM COINCIDÊNCIA, DEVIDO A NEUTRONS DE 2,65 MeV

200

I

s CONTAGENS

I<J1 —

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N <* -

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NEUTRONS

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' . ; •

14,7 MeV

1

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. . • • • • •

*0,04)

i > i

N

till

" 1 ' ' ' '

-

; •.•'(4,65tO,O4)MiV

\ -

-

—

*

-

•1 . . . 7

81

c o n s i d e r a d a c o m o s e n d o a s e ç i o d e c h o q u e d e r e a ç i o d o f i i m e s e n s í -

v e l . C o m n e u t r o n s l e n t o s , a e f i c i ê n c i a i n t r í n s e c a ê 1 , 2 x 1 0 ; c o n -

s i d e r a n d o - s e a e f i c i ê n c i a g e o m é t r i c a c o m o 0 ,h6 a e f i c i ê n c i a t o t a l

-kpara n e u t r o n s lentos s e r á : 5,6x10

Para n e u t r o n s de 1^,7 HeV, a e f i c i ê n c i a g e o m é t r i c a será m e -

n o r , p o r q u e os p r o d u t o s da reação terão entre suas d i r e ç õ e s um â n -

g u l o m e n o r que 1 8 0 ?; l o g o , teremos como limite s u p e r i o r da eficiêr^

cia total para n e u t r o n s da H , 7 MeV: 6x10 x 0,46 -• 2 , 7 x 1 0 - .

A c u r v a da e f i c i ê n c i a total em f u n ç ã o da e n e r g i a do n e u t r o n

e s t a r e p r e s e n t a d a na f i g u r o 12; o e r r o e s t i m a d o para a e f i c i ê n c i a

total é da o r d e m de 23%. Esta curva é v á l i d a para f l u x o de n e u t r o n s

i s o t r ó p i c o s ou feixe p a r a l e l o ao p l a n o do f i l m e , uma vez que

(27)d é r a m o s a e f i c i ê n c i a g e o m é t r i c a c o n s t a n t e .

*t. Di s c u s s ã o

6. .Foram feitas m e d i d a s com o LiF d e p o s i t a d o sobre um s u b s t r a -

to de FORMVAR e , p o s t e r i o r m e n t e sobre a s u p e r f í c i e de um dos dete-

t o r e s . U s a n d o o filme p l á s t i c o , temos uma l i m i t a ç ã o na q u a n t i d a d e

de LiF que pode ser d e p o s i t a d a ( e f i c i ê n c i a i n t r í n s e c a ) sem d e s -

t r u i ç ã o do f i l m e , mas em c o m p e n s a ç ã o temos m a i o r f a c i l i d a d e ' e m fa-

zer a c a l i b r a ç ã o em e n e r g i a e a j u s t e de g a n h o para os dois d e t e t o -

res (usando um e m i s s o r alfa) e também para m e d i r o " b a c k g r o u n d " .

A d e p o s i ç ã o sobre o d e t e t o r não a p r e s e n t a l i m i t a ç ã o q u a n t o a

• q u a n t i d a d e d e p o s i t a d a , mas este filme não pode ser r e m o v i d o sem

p r e j u d i c a r a p e r f o r m a n c e do d e t e t o r .

0 a u m e n t o da camada sensível a u m e n t a a e f i c i ê n c i a , mas p r e -

j u d i c a a r e s o l u ç ã o (FV/HM), como pode ser o b s e r v a d o c o m p a r a n d o - s e

ENEPGIA DO NEUTRON (MeV)/«?- EflCiEftCIÂ CALCULADA, EM FUNÇÃO DA ENzRGIA DO NEUTRON

2!

os e s p e c t r o s das f i g u r a s 6 (filme de 50 pg/cm ) e 7 (filme de **002

yg/cm ) .

h.\. E s p e c t r o s de n e u t r o n s lentos

0 l e v a n t a m e n t o do e s p e c t r o devido a n e u t r o n s lentos é rcljs

t í v a m e n t e f á c i l , uma vez que a v a r i a ç ã o da c o r r e n t e de fuga dos

d e t e t o r e s , d u r a n t e a i r r a d i a ç ã o é m u i t o p e q u e n a . A i n t e r f e r ê n c i a

das reações p a r a l e l a s também não é c o n s i d e r á v e l .

Os v a l o r e s t e ó r i c o s da soma e da d i f e r e n ç a das e n e r g i a s das

p a r t í c u l a s alfa e t r f t i o devem ser c o r r i g i d o s e x p e r i m e n t a l m e n t e ,

uma vez que e s t a s p a r t í c u l a s p e r d e m e n e r g i a por i o n i z a ç ã o no mate_

rial sensível antes de serem d e t e t a d a s .

Para uma mesma r e s o l u ç ã o dos d e t e t o r e s , o m é t o d o da diferen

ça fornece uma m e l h o r r e s p o s t a para o e s p e c t r o de n e u t r o n s de bai

xa e n e r g i a . E n q u a n t o temos para a soma uma r e s o l u ç ã o de 200!<eV

(FWHM) para a e n e r g i a da soma e do n e u t r o n , no m é t o d o da d i f e r e n -

ça a r e s o l u ç ã o em e n e r g i a da d i f e r e n ç a ê 180 KeV (FWHM) e a reso-

lução na e n e r g i a do neutron é 7KeV ( F W H M ) ; ver f i g . 9 .

k.2. E s p e c t r o s de n e u t r o n s rápidos

Para se fazer o l e v a n t a m e n t o dos e s p e c t r o s de n e u t r o n s rápi

dos foi n e c e s s á r i o e n v o l v e r - s e o e s p e c t r ô m e t r o em uma b l i n d a g e m ,

c o n s t i t u f d a de tijolos de p a r a f i n a b o r a d a . c o m I5cm de e s p e s s u r a e

e n v o l t o s com 0,2cm de c ã d m i o , para m i n i m i z a r a i n f l u ê n c i a dos neu

trons r e f l e t i d o s pelas p a r e d e s da c a s a m a t a do a c e l e r a d o r .

N ã o foi p o s s í v e l c a r a c t e r i z a r o pico c o r r e s p o n d e n t e a n e u -

trons de 1^,7 MeV, d e v i d o â baixa e f i c i ê n c i a do e s p u c t r ô m e t r o e ã

22

deterioração dos detetores.

*».3. Reações competitivas e "background"

As reações possfveis entre neutrons e Li estão representadas

na tabela 1 e as reações do "background" na tabela 2 .

Estas reações podem produzir interferência no espectro medido,

como pode ser observado no espectro apresentado na figura 13. As re_

ações do "background" que possuem maior probabilidade de contribuir

para o aparecimento dos picos são:

a) 2 8 S i ( n , d ) 2 7 Al (pico ã i» k ,2 MeV) e

b) 2 8 S i ( n , a ) 2 5 Mg (pico a M 1 , 5 MeV)

5. Conclusões

Para o sistema montado com detetores comuns, temos uma efici-

ência muito baixa devido em parte a distância entre as superffcies

sensíveis (rebaixadas), tornando-o não funcionai para neutrons com

energia acima de k MeV.

Para os sistemas comerciais, com superfície sensíveis bem

próximas (eficiência geométrica maior) temos a interferência das

reações competitivas e do "background". 0 silício dos detetores o-

ferece uma seção de choque de reaçio para neutrons de 1k MeV que ê

cerca de 25 vezes maior que a seção de choque da reação Li (n ,ct) ,

com neutrons de mesma energia. Devido ã diferença de espessuras ,so

bre o silício incidem cerca de 10 vezes mais neutrons que sobre o

filme sensível, o que favorece ainda mais âs reações de "background"

23

R E A Ç Ã O

1. 6Li Cn, n) \ i

2. 6 L i í n , n1) 6 L i -*- B L i + y

3. 6 L i (n , n1) B L i * * « + d

4. 6 L i t n , d) 5He -> « + n '

5. 6 L i (n , dn1) «

6. 6 L i (n , 2n) 5 L i •+ « + p

R B *7. L i (n, n') L i -»- oc + p + n

8. 6 L i Cr». 2n p) «

9. 6 L i Cri, p) BHe

10. 6Li (n, Y) 7Li

11. 6Li In, «)t

0 CMeV)

0

-2,18

-2,18

-2,43

-1,47

-5,49

-4,57

-3,7G

-2,75

+7,25

+4,7R

TABELA 1 - Reações competitivas no Li, segundo

BATCHELOR E T0WLEC3i)

2h

CO

<

M

CJ

z.

D:

u_UJ

cr

cUJ

XI

b

CJ

<

ÜJ

rr

, (3

3),

(3

4),

(3

5),

(3

8),

(3

7),

, (3

9),

(4

0),

(4

1),

(4

2),

(4

3)

CM COCD CO

03

V

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C

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CM

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14/8

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CM

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/52

0

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CM

D.

•Hm.oM

•

, (3

7),

(4

3)

CMCO

CD

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1

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CO

CMCO

CO

CD

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1

CM

CMCM

CJ

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n.

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CMCO

in

14

/5-9

16/1

50

CD

Tc

11.

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CMCO

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CM

1

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300

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130

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, (6

2),

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3),

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5),

(6

6)

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CMCO

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[617.

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TT

T-

-

—

I

U l

J • I100 30O 350 400 450 500150 ZOO S5O

CANAL•ESPECTRO DA SOMA EM COINCIDÊNCIA , D£VILO A REAÇÕES SECUNDARIAS COM NEUTRONS DE 14,7 MeV("BACKGROUND")

26

A deterioração dos detetores é relativamente rápida, uma vez

que fluxos de 3x10 neutrons de ]k MeV podem causar deterioração

significan te , segundo o Instruction Manual Surface Barrier Detec-

tors (ORTEC).

Para neutrons de baixa energia, as condições de funcionamento

são boas, principalmente quando se faz uso do método da diferença.

Neste caso, os neutrons devem estar na forma de feixe colimado, in-

cidindo perpendicularmente ao plano do filme sensfvel; isto impede

a utilização do método para medir fluxos isotrõpicos.

Das experiências levadas a efeito, concluímos que o espectrõ-

metro é competitivo com os demais tipos, até cerca de k MeV e que

para energias de neutrons acima desse valor, devem ser usados ou-

tros tipos de espect rôrne t ros .

Para uso no levantamento de espectros de reatores, é aconse-

lhável o uso do desdobramento do espectro do tritio ("unfolding")

para energias de neutrons entre 50 kcV e 500 keV; para energias en-

tre 500 keV e^MeV deverá ser usado o método da soma das energias.

27

BIBLIOGRAFIA

1. LOVAS, I. e ZAMORI, Z. - Pile neutrons on nuclear physics

Atomic Energy Review jj. (1965)

2. HARVEY, J.A. e HUGUES, D.J. - Spacing of nuclear levels'

Physical Review JJJjji (1958) 471"

3. KNOWLES, J.W., MANNING, G.f BARTHOLOMEW, G.H. e CHAMPION, P.J.

y-rays following thermal neutron capture in titanium

Physical Review W ± (1959) 1065

4. ALVES, R.N. - Étude de quelque proprietés de niveau lies et de

niveaux virtuels excites i l'aide de neutrons de rejs_

sonance

Rapport CEA-R-3602-Saclay-1969

5. GOLLIN'GER, L.K., DAHLBERG, D.A., PALMER, R.R., THOMAS, G.E. -

Slow neutrons resonances of Mn, Bi, Se

Physical Review J_0_0 (1955) 126

6. LANDON, H.H. RAE, E.K. - Gamma radiation from resonance neu-

tron captute in mercury

Physical Review J_07 (1957) 1333

20

7. TSANG, T. e CONNOR, D. - Nuclear magnetic resonance of F by

polarized neutron capture and B ~ decay anisotropy

Physical Review J_3_2 (1 963) I U 1

8. OEARNALEY, G. e FERGUSON, A.T.G. - Two new semicondutor detec-

tors for fast neutron

Nucleonics 2_0 (1962) 8k

9. RYDIN, R.A. - Neutron detection and Spectroscopy

Semiconductors detectors - Bertolini & Coche-Editors

John Wiley & Sons - New York - 1968

28

10..PRICE, W.J. - Nuclear Radiation Detection

McGraw Hill Book Company - Second Edition

11. DEARNALEY, G. e NORTHROP, D.C. - Semiconductor Counters for

Nuclear Radiat i on

E. & F.N. Spon Limited - London - 1966

12. SILK, M.G., and WINDSOR, M.E.- Corrections to spectra measu-

red by Li and He semiconductor spectometers in an

isotropic neutron flux

Journal of Nuclear Energy, 2_^ (1967) 17

13. BEETS, C , DE LEEUW, S., DE LEEUW-GIERTS , G. - Measurements

of neutron spectra by means of the Li (n, t) He

react i on

Radiation measurement in Nuclear power - Proceedings

Berkeley Conference (1966) Paper 3.2

"|4. MARONi, C , RUSSO, F. and VERONDINi, E. - A n e w type of neu-

tron spectrometer in the range 1-100 keV

Nuclear Instruments and Methods, _7j» (1963) 256

15. RICKARD, I.C. - Neutron spectrornetry in the range 1-1C0 keV

using the Li sandwich spectrometer

Nuclear Instruments and Methods, B2_ (1970) 287

16. RYBAKOV, B.V., SID0R0V, I'.A. - Fast Neutron spectroscopy

Edited by N.A.VLASOV. Translated from Russian - Co£

sultants Bureau Inc.

17» BISHOP, G.B. and SAHA, J.K. - Fast neutron spectrum measure-

ment in high gamma fluxes using nuclear emulsions

Journal of Nuclear Energy, 2_2 (1968)

18. CARVALHO, H.G., RAMORINO, M.C., MANFREDINI, A. BARROS, S.M.G.

de SILVA, A.G. - Energy spectrum of fast neutron from

the RC-I reactor

(TRIGA MARK I I)

RT/FI (63) 20 - Comilatu Nazionale Energia Nucleare

29

19. BISHOP, G.B. - A LI sandwich semiconductor detector for fast

neutron spectrum measurement

Nuclear Instruments and Methods, 62_ (1968) 2*»7

20. DEGTYAREV, YU. G., KAZARINOVA, M.I., FROT0FOP0V, V.H. - Fast

neutron spectrometer based on silicon surface-barrier

coun ter with Li F

Translated from Pribory i Tekhnika Eksper i men ta, 2_

(1966) 37

21. DE LEEUW, G. et DE LEEUW, S. - Mesure en pile de reponses en

energic de tritons obtenus par la reaction Li(n, t)i,He et detectes au moyen de detecteurs a serni-condu-

cter s

22. LOVE, T.A. and MURRAY, R.B. - The use of surface-barrier dio-

des for fast-neutron spectroscopy

Transactions on Nuciear Science - ÍEEE, NS-6 (1)

íiSói) SÍ

23. WOLFE, R.A. and STUBBINS, W.F. - A neutron spectrometer emplo-

yed charged-particle col 1imation to improve resolu-

tion

Nuclear Instruments and Methods 60 (1968) 2^6

2^. SILK, M.G. - The determination of fast-neutron spectra in

mal reactors by means of a high-resolution semicon-

ductor spectrometer

AERE - R 5^38 - UKAEA - 1967

25. BLUHM, H. and STEGEMANN, D. - Theoretical and experimental ii

vestigations for an improved application of the Li

semiconductor sandwich spectrometer

Nuclear Instruments and Methods, 70 (1969) I1»!

30

26. YANG, T.L. - investigation of a Li semiconductor sandwich

spectrometer for its characteristics and performances

Nuclear Instruments and Methods, 10 0 (1972) 533

2 7 . SILK, M.G. - The efficiency of lithium-6 semiconductor sand-

wich spectrometers in directional neutron flux

Journal of Nuclear Energy, 2J_ (1968) 163

28 . BOK, J., DE COSNAC, B., NOEL, J.P., SCHUTTLER, R., LOTT, M.

MILLOT, J.P. et RASTOIN, J. - Spectromètre a neutron

rapides a lithium-6 et diodes au silicium

Le Journal de Physique et le Radium, 22 (1961) 158A

29. EVANS, R.D. - The Atomic Nucleus - ch. 12thMcGraw Hill Book Company - 1967 - 11 edition

2 8

30. SHANNON, J.A. and TRICE, J.B. - Using the Si (n, q) intera-

ction in fast neutron spectroscopy

Nuclear I ns trump-n t? and Methods, k 1 (1566} 255

31. BATCHELOR, R. and TOWLE, J.H. - The interactions of neutron

with 6Li and 7Li between 1,5 and 7,5 MeV

Nuclear Physics, *»7 (1963) 385

32. JESSEN, P., BORMANN, M., DREYER, F. and NEVERT, H. - Experimen_

tal excitation functions for (n, p) , (n, t) , (n, <=) ,

(n, 2 ) , (n, np) and (n , n«) reactions

Nuclear Data, /U, (1966) 103

33. HALING, R.K., PECK JR., R.A. and HEUBANK, H.P. - Study of2 7 A t (n, p) 2 7 M g at \k MeV

Physical Review, 106 (I967) 971

I. HASSLER, F.L, and PECK JR., R.A. - Neutron-induced reactions

in third and forth shell nuclei

Physical Review, 125 (1962) 1011

31

35. OVERSETH JR., D.E. and PECK JR., R.A. - Angular distributions2 7 2 7

of protons groups from Al (n, p) Mg reaction at\k MeV

Physical Review, (1959) 993

36. FERGUSON, J.M. and ALBERGOTTI, J.C. - Structure in the totalM9 (n» p)» Al (n, «) cross sections from 12 to

15 MeV

Nuclear Physics (1967) 65

37. GABBARD, F. and KERN, B.D. - Cross-sections for charged par-

ticle reactions induced in medium weight nuclei by

neutrons in the energy range 12-18 MeV

Physical Review _1J_8 (1962) 1276

38. ALLAN, D.L. - An experimental test of the statistical theory

of nuclear reactions

Nuclear Physics, 2_^ (196?) 274

39. COLLI, L. ,MANGIALAJO, M., MARCELJA, F., MERZARI, F. and SONA,

P.G. - Measurement of the angular distributions in

the reaction 2 7A1 (n, p) 2 7Mg at ]k MeV

II Nuovo Cimento, 2_6 (1961) 193

kO. NAIR, K.G., IYENGAR, K.N. and RAMANNA, R. - Energy and angular2 7

distribution of protons emitted from 'Al due \k,2

MeV neutron interactions

Nuclear Physics, 2J> (1961) 193

. MANI, G.S., McCALLUM, G.J. and FERGUSON, A.T.G. - Neutron

cross sections in aluminium

Nuclear Physics _Í9 (I960) 535

32

kl. MARCH, P.V, and MORTON, W.T. - Charged particles emitted from

aluminium on bombardement with \k MeV neutrons

The Phylosophical Magazine j_ ('958) 1256

43. ALLAN, O.L. - Protons from the interaction of 14 MeV neutrons

with medium weight nuclei

The Proceedings of Physical Society A70 (1957) 195

44. PASQUARELLI, A. - Measurements of cross-sections for (n, 2n) ,

(n, p) and (n, «) reactions at 14,7 MeV

Nuclear Physics, A93 (1967) 218

45. AGODI, A. and SCHIFFER, G.- Finite range and exchange effects

in the reaction 2 8 S i (n, p) 2 8A1

Nuclear Physics, 5_0 (1964) 337

46.. MITRAJ B. and GHOSE, A.M. - (n, p) cross sections of some low

Z nuclei, for 14,8 MeV neutrons

Nuclear Physics, ^3 (536C) Í57

47. DEBERTIN, K. , GUNTHER, H. and ROSSLE, E. - The reactions 2 7 A 1? 7 9 8 ? ft

(n, p) Mg and Si (n, p) Al neutron energiesaround 8 MeVNuclear Physics, A101 (1967) A73

48..MORGENSTERN, H., HILSCHER, D. and CHEER, J. - Neutron induced

reactions on silicon: proton and «-particle energy

and angular distributions

Nuclear Physics, 83_ (1966) 369

hS. AITKEN, J.H., and DIXON, W..R. - Studies of the (n , «) and

(n, p) reactions in Si at \k MeV by a coincidence

method

Physics Letters, £ (1962) 152

33

50. JERONYMO, J.M.F., MAN I, G.S., OLKOWSKY; J., SADEGUI, A. and

WILUANSON, C.F. - Absolute cross sections for some

(n, p) , (n , «) and (n, 2n) reactions

Nuclear Physics k£ (1963) 157

51. COLLI, L., MARCAZAN, G.M., MER2ARI, F., SONA, P.G. and TOMAS

P. - Angular distributions of protons from the rea-

ction 28Si (n, p) 2 8A1

II Nuovo Cimento, 2_0 (1961) 928

52. BUTLER, J.P. and SANTRY, P.C. - Excitation curves for the rea-

ctions 2 7A1 (n,o l i ? h , , 2 1 »

Na and *HMg (n, p) ^ N a

Canadian Journal of Physics, 4j_ (1963) 1372

53. SCHIMITT, H.V/. and HALPERIN, J. - 2 /Al (n, «) 2<t Na cross

sections as a funtion of neutron energy

Physical Review, \2± (1961) 827

5^. PAULSEN, A. and L1SKÍEN, H. - Cress sections for the reactions5 5Mn (n, 2n) 59 Co (n, 2n) 5 8Co, (n, p)2 % a and 2 7A1 (n , -) 2 % a in the 12,6 - 19,6 KeV

energy region

Journal of Nuclear Energy, Í9A/B (1965) 907

55. BORMANN, M. MM, CIERJACKS, S. LANGKAN, R., NEUERT, H., et

POLLEHN, H. - Mesure de quelque section efficacces

(n, «) dans 1'intervale des energies de neutrons 12

a 19,6 MeV

Le Journal de Physique et 1e Radium, ,2_2 (1961) 602

56. JARVIS, C.J.D., OIXON, W.R. and STOREY, R.S. - Energy and an-9 7 *? h ~

gular distributions for the 'Al (n, «) Na reaction

with lA MeV neutrons

Nuclear Physics, kh_ (1963) 680

57- DEUCKARS, W.M. and LAWRENCE, G.P. - Interaction of 1k MeV neu

trons witha silicon semiconductor nuclear particle

detector

Nature, JjM. (1961) 995

58. LEROUX, B., DALMAS, J., DOAN , Ph. Th., LeTHANH, Ph., CHASTEL,

R. - Distributions angulaires par niveaux dans la2 8

reaction Si (n, 25 Mg A MeV

Nuclear Physics, 67 (1965) 1333

59. BLANC, D., CAMBOU, F. DEVILLERS, D., K5.HE, H. , VENDRENNE, G,

and AMBOSINO, G. - Reaction 2 8Si (n, «) 2 5Mg for

l'»,6 MeV neutrons

II Nuovo Cimento, 23 (1962) I U O

60. ANDERSSON-LINDISTROEN.VON G. - Durch 1 if MeV - Neutron ausgc

loeste (n, «) - Reaktionem in Si und 3Si

Z. Naturforschg, J_7a_ (1962) 238

61. PRESTWO0D, R.J. and BAYHURST, B.P. - (n, 2n) excitation fun-

ctions of several nuclei from 12,0 to 19,8 MeV

Physical Review, 121 (1961)

62. PERKIN, P.L., O'CONNOR, L.P., and COLF.HAN, R.F. - Radioactive

capture cross section for H , 5 MeV neutrons

Proceedings of the Physical Society, J£ (1958) 505

63. CVELBAR, F., HUDOKIN, A., MIHAILOVIC, M.V., NAJZER, M. and

RAMSAK, V. - Gamma-ray spectrum from the radiative2 7capture of 14 MeV neutrons in 'Al

Physics Letters, 3 (1963) 36^

6*». OSIKAI, J., PETO, G., BUCZKO, M., Ml LI GY, Z. and EISSA, N.A.

Radiactive capture cross sections for H , 7 MeV neu-

t rons

Nuclear Physics A95 (1967) 229

35

65. KINSEY, B.8., BARTHOLOMEW, G.A. and WALKER, W.H. - Neutron ca-

pture Y" ray from fluorine, sodium, magnesium, alumi-

nium and s i1i con

Physical Review, 183 (1957) 519

66. OSIKAI, J., GYARMATI, B., and HUNYADI, I. - Activation cross-23 27-sections for Na and Al with 1h MeV neutrons

Nuclear Physics, j±6_ (1963) 141

6 7 . YAFFE, L. - Preparation of thin films, sources and targets

Reprint from Annual Review of Nuclear Science 12-1962

68. DE ALMEIDA, G.L. - Tese de Mestrado - COPPE - 1971

69. RICKARD, I.C. - The use of lithium-6 semiconductor sandwich

spectrometer for measurement of fast-neutron spectra

Nuclear Instruments and Methods, 105 (1972) 397

70. AMFI. INF, n. . st BFRTIN, A. - Determi n = t 1 or; d' un flux de neu-

trons de 1^ MeV par ativation de cuivre

Rapport CEA-R3295 (1967)

71. Catálogo da ORTEC - Instruments for Research - 1970/1971

72. MANNING, A.W., JETER, T.B., SCHUCKLER, H. and SLACK, W. - 3 H e

spectrometer characteristics and applications

Nucleonics, 2j|_ (I965) 69

73. LEE, M.E. and AWCOCK, M.L. - A he 1ium-3-fiI led semi conductor

counter for the measurement of fast-neutron spectra

Neutron Dosimetry-Proceedings of a Symposium, IAEA

- Vienna (1963) vol. 1

. DE LEEUW-GIERTS, G. and DE LEEUW, S. - Some useful data for

lithJum-6 semiconductor sandwich spectrometers

BLG - 428 (may 1968)

36

7 5 . W O N G , C , A N D E R S O N , J.D. and M c C L U R E , J.W. - E l a s t i c and i n e -

lastic s c a t t e r i n g of Ik MeV n e u t r o n s from the lithium

i s o t o p e s

N u c l e a r P h y s i c s , £ 3 (1962) 680

7 6 . L A M A R S H , J.R. - I n t r o d u c t i o n to N u c l e a r R e a c t o r T h e o r y

A d d i s o n - W e s l e y P u b l i s h i n g C o m p a n y , Inc. (1966)

7 7 . BNL - 325

* - • • < J