4.5 Alternative Elements to Mutate
4.5.3 Table indices
En la Figura 3.2 se muestra el sector comprendido entre la salida del tubo de vuelo 1 (STDV1) y la entrada del tubo de vuelo 2 (ETDV2), donde se coloca el cambiamuestras. De allí el interés en evaluar en esta zona la variación de la intensidad del flujo de neutrones térmicos.
Figura 3.2: Zona comprendida entre la STDV1 y la ETDV2 donde se ubica el cambiamuestras
En un experimento de transmisión, y especialmente en esta zona, nos interesa conocer:
1) El perfil de intensidad del haz de neutrones que llega a la muestra.
2) La divergencia; es decir cuántos neutrones pasan en cada posible dirección.
Estas características son importantes porque definen la calidad del haz a fines experimentales. Si el haz es intenso, significa que se dispone de muchos neutrones y esto minimiza los tiempos de duración de las mediciones; cuando la divergencia es pequeña tendremos como dirección predominante la que coincide con el eje del tubo de vuelo o eje “z”. Para determinar estas dos características se realizaron experimentos que serán descriptos en el siguiente capítulo.
El aumento de la divergencia aporta una incerteza en la definición o identificación del tiempo de vuelo en el que se producen los cortes de Bragg en un espectro, por lo que es indeseable.
TDV2
STDV1 ETDV2
3.1.1 Interés en la determinación de los Bordes de Bragg
Si un haz de neutrones incide sobre una muestra, los que interactúan con ella serán dispersados a distintos ángulos; los que no interactúan la atravesarán constituyendo el haz transmitido, que luego llegará al banco de detectores de 3He. Cuando la muestra presenta estructura cristalina, se observan patrones característicos de dispersión: para ciertas longitudes de onda λ y direcciones, se observan picos de la radiación dispersada o picos de Bragg. Estos picos aparecerán en correspondencia con distancias interplanares características del material. Cuando se produce este fenómeno, la transmisión disminuye. En la figura 3.3 se muestra un esquema de la dispersión.
Figura 3.3: Ley de Bragg
Según la Ley de Bragg, se verifica que para neutrones de longitud de onda lambda:
θ
λ
=2 dhkl sen Donde: hkl d : es la distancia interplanar.θ: es el ángulo de incidencia del rayo del neutrón respecto de un plano con índices de Miller hkl.
Para un monocristal, sobre el que inciden neutrones con distinta longitud de onda, para ciertas longitudes de onda λ se verificará la Ley de Bragg. Para
una muestra policristalina en cambio, dicha ley se verificará para todas las longitudes de onda
λ
<2dhkl. De aquí se infiere que los planos cristalinos con separación dhkl pueden dispersar neutrones que tengan longitudes de ondamenores a 2 dhkl . Por este motivo, aparece un salto en la transmisión para este
valor de longitud de onda [14].
En un experimento de transmisión la longitud de onda del neutrón es directamente proporcional al tiempo de vuelo del mismo. Así, utilizando la técnica de tiempo de vuelo es posible determinar de forma muy precisa la dependencia de la transmisión de una muestra con la longitud de onda del neutrón. La posición de los bordes de Bragg en la misma, permite definir las distancias interplanares de la estructura cristalina que conforma el material.
La divergencia en los rayos de neutrones genera una incerteza en la determinación precisa del borde de Bragg, al no poder definir bien el valor de λ, ya que la incerteza en el ángulo de Bragg θ, implica una incerteza en la longitud de onda λdel neutrón.
3. 2 Técnicas experimentales utilizadas 3.2.1 Detectores de 3He
La detección de un neutrón se produce mediante la reacción nuclear:
keV p
H n
He 3 764
3 + → + + . Los productos de esta reacción son partículas
cargadas que ionizan el gas, y la avalancha de electrones acelerados que va hacia el electrodo colector genera un pulso de corriente que indica que ha incidido un neutrón. La eficiencia de detección es función de la energía, del camino recorrido por el neutrón dentro del detector, del ángulo de incidencia respecto del eje del cilindro y del punto de ingreso al volumen activo del detector.
Si bien los detectores de 3He nos permiten determinar cuántos neutrones llegaron; no tienen resolución en energía ni espacial, es decir, no nos brindan información acerca de en qué lugar incidió el neutrón ni la energía que traía. Para
conocer la distribución en energías de un haz de neutrones, se utiliza la técnica de tiempo de vuelo.
3.2.2 Técnica de Tiempo de Vuelo
Consiste en registrar en un espectro el número de neutrones en función del tiempo transcurrido desde el disparo del LINAC.
Aquí radica la importancia de contar con una fuente pulsada, que genera neutrones en forma intermitente. Si se cuenta además con otro detector independiente (que detecta los rayos γ que se generan simultáneamente con los neutrones, debido a la radiación de frenamiento en cada disparo del LINAC) es posible en forma indirecta, identificar el momento preciso (t=0) en que los neutrones son generados.
Conociendo el tiempo t que tardó el neutrón en recorrer la distancia L entre el moderador y el banco de detectores, se determina la energía de los neutrones transmitidos. 2 2 1 = t L m En Donde 2 2 0453936 . 1 cm seg eV
m=
µ
es la masa del neutrón.Existe una correlación entre la distribución en energía de los neutrones que salen de la fuente y el tiempo que tardan en llegar a los detectores.
El espectro resultante, estará influenciado por la dirección de los rayos de neutrones; si ésta coincide con el eje del tubo de vuelo, la distancia recorrida será la mínima. En cambio si trae una divergencia u orientación respecto del eje “z” la distancia será mayor y por consiguiente ese rayo sería detectado en un tiempo posterior (para una misma energía del neutrón). He aquí otra razón para minimizar la divergencia del haz.