Влияние эффекта доплера на спектры гамма-квантов при неупругом рассеянии меченых нейтронов на ядрах углерода и азота

Результатом измерений устройством с мечеными нейтронами является спектр гамма-квантов при неупругом рассеянии меченых нейтронов на ядрах вещества в элементарных объемах (вокселях), совокупностью которых можно представить исследуемый объект. Путем разложения исходного гамма-спектра на спектры, испускаемыми ядрами отдельных химических элементов, можно определить элементный состав объекта. Результаты анализа весьма чувствительны к относительной погрешности σW определения энергии гамма-квантов: при σW ≈ 1% погрешность определения относительного содержания некоторых элементов возрастает до 10%. Это приводит к необходимости учета эффекта Доплера, приводящего к смещению и уширению пиков гамма-спектра в зависимости от угла между направлениями движения меченых нейтронов и регистрируемых гамма-квантов. Наиболее сильно этот эффект проявляются для возбужденных энергетических уровней ядер с малым временем релаксации, в частности, для первого уровня ядра углерода (энергия гамма-кванта 4.438 МэВ) и второго уровня азота (2.313 МэВ). В работе приводятся аналитические оценки, результаты экспериментальных угловых зависимостей смещения и уширения пиков гамма-спектра из ядер углерода, азота и кислорода, измеренных на установке с мечеными нейтронами.

1. Bagdasaryan V.F., Batyaev S.G., Belichenko et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2015. V. 784. P. 412. https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.11.111

2. Carso C., Perot B., Bernard S. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2008. V. 588. P. 307.

3. Цитович А.П. Ядерная электроника. 1984. Москва: Энергоатомиздат.

4. Barzilov A., Womble P.C. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014. V. 301. P. 811. https://doi.org/10.1007/s10967-014-3189-8

5. Chart of Nuclides. Basic Properties of Atomic Nuclei. https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/

6. Whitfield D. Master’s Theses and Specialist Projects. No. 1075. 2010. http://digitalcommons.wku.edu/theses/1075

7. Балыгин К.А., Климов А.И., Каретников М.Д. и др. // Ядерные информационно-измерительные технологии. 2014. № 4. С. 41.

8. Gilmore R. Practical Gamma-ray Spectrometry. 2nd ed. 2008. London: Wiley.