2.6. Нейтронография: «попробовать на зуб» любую деталь устройства, не разбирая его!

2.6. Нейтронография: «попробовать на зуб» любую деталь устройства, не разбирая его!

Начальник лаборатории И. Курдюмов стремился расширить область исследований, которые велись в руководимом им подразделении. В конце 1972 г. он предложил мне «прощупать применение генераторов нейтронов для дефектоскопии». Расчеты замедления и поглощения, нейтронов показали, что выход их из генератора маловат, «просвечивать» можно будет только мелкие детали, да и то быстрыми, 14-ти МэВными нейтронами — такими, какие рождались в трубке. Это подтвердили и первые опыты. Но преимущества нейтронографии на быстрых частицах перед уже освоенной рентгеновской дефектоскопией не просматривались, потому что сечения взаимодействия нейтронов больших энергий с различными ядрами меняются монотонно, нет «скачков» или «провалов», позволяющих «зацепится», анализируя исследуемое вещество.

…Идея пришла неожиданно. Сопоставив длительность формируемого нейтронного импульса (менее микросекунды) и время замедления нейтронов (миллисекунды), я понял, что, если окружить генератор замедлителем и сформировать импульс, то из замедлителя сначала выйдут нейтроны, испытавшие малое число столкновений, а значит — довольно высокоэнергетичные, потом — «потолкавшиеся подольше», подрастерявшие свою энергию, и уж затем — тепловые. Если для визуализации изображения применить электронно-оптический преобразователь (ЭОП), то, запуская его с определенной задержкой по отношению к началу нейтронного импульса, можно менять и энергию частиц, используемых для контроля. Это сулило прямо-таки революционное расширение возможностей нейтронографии: определив ход зависимостей от энергии нейтронов яркости свечения изображений различных деталей исследуемого объекта, можно идентифицировать вещество, из которого изготовлена деталь, потому что яркость пропорциональна сечению взаимодействия нейтронов (рис. 2.14), которое для каждого элемента весьма индивидуально зависело от их энергии. Причем, появлялась возможность проявления деталей из легких элементов — задача, непосильная методу рентгеновского контроля!

После выяснения, в каких подразделениях института есть подходящее оборудование, пришлось обратился в лабораторию, занимавшуюся регистрацией гамма-излучений ядерных взрывов. Подобные подразделения считались вспомогательными, не были избалованы вниманием начальства и их руководители стремились наладить прочные связи с подразделениями «основной тематики». «Нейтронная» тематика считалась основной, поэтому меня радушно приняли и рассказали о достижениях, в частности — о системе спектроскопии гамма-квантов, показали огромные монокристаллы йодида цезия в специальных контейнерах и фотоэлектронные умножители, регистрирующие вспышки в кристаллах, порожденные гамма-квантами. Подобное было памятно еще по институтским лабораторным работам, но здесь уровень аппаратуры был куда более высок, а контейнеры с самыми большими монокристаллами можно было поднять лишь обеими руками. Я вспомнил о существовании таких монокристаллов десятилетие спустя, а тогда стал задавать вопросы об ЭОПах. Оказалось, что и они имелись. Зашла речь о блоке управлении ЭОПом: он не предусматривал задержки относительно импульса синхронизации, который к тому же должен был быть достаточно мощным. Подумалось, что опыт создания схемы поджига, позволит сформировать импульс и помощнее, чем требовалось.

^{Рис. 2.14. Сечения взаимодействия некоторых ядер с нейтронами разных энергий. Для низкоэнергетичных нейтронов различия заметны и характеризуются резонансами — значительными (иногда — до трех и более порядков) скачками сечений}

Настал и мой черед рассказать о задаче. Тут лица собеседников вытянулись от разочарования: тематика хотя и была «нейтронной», но не оружейной, а значит — не главной. Аппаратуру дать взаймы отказались, но компромисс был достигнут: разрешили, чтобы с ней работал их техник, «а уж вы с ним сами договоритесь». «Договаривались» в таких ситуациях при помощи спирта. Техник оказался веселым и знающим малым, наладив аппаратуру и получив, что причиталось, он заходил потом лишь изредка, проверяя только наличие всех приборов.

Технологические возможности института позволили изготовить конвертер (преобразователь нейтронного излучения в световое), смешав бор, сульфид цинка и «связав» смесь полиэтиленом. При захвате нейтронов ядрами бора получались альфа-частицы, которые и вызывали вспышки света в сульфиде цинка.

Вскоре начались плановые испытания генераторов на полный ресурс. «Гоняя» генераторы, попутно облучали патрон и не минуту, не час, а почти неделю! Результаты не радовали: на экране виделись лишь отдельные вспышки. Чтобы не подвергать риску быть «экспроприированным» фотоаппарат, срочно изготовили из фанеры кассету, прижимавшую к экрану кусок аэрофотопленки. И результат был получен: после проявления пленок, экспонированных при задержке запуска ЭОПа и без нее, были получены заметно отличавшиеся снимки, что свидетельствовало об изменении средней энергии нейтронов, на которых велся контроль (рис. 2.15)! Неважно, что изображения были получены после недельного коллекционирования отдельных вспышек! Неважно, что компоненты конвертера оказались смешанными явно неравномерно! Главное — работал принцип!. А если так, то, применив более мощный источник нейтронов (например — импульсный реактор), можно было, лишь «просветив» предмет снаружи, узнать не только его устройство, но и изотопный состав любой его детали по выбору: достаточно было укрепить на ее изображении фотоэлемент и получить зависимость его показаний от величины задержки запуска ЭОПа (а значит — и от энергий ней громов). Ясно, что тут требовались сложные расчеты по учету эффективности конвертора для нейтронов разных энергий, экранирования одного материала другим, но все это было под силу ЭВМ, только входившим тогда в обиход научных учреждений. Это была действительно оригинальная физическая идея, стоящая того, чтобы ей гордился молодой специалист.

^{Рис. 2.15. Нейтронограммы патрона, полученные на нейтронах разных энергий(при различных величинах задержки запуска электронно-оптического преобразователя относительно нейтронного импульса)}