Как отмечалось в главе VI, управление котлом значительно облегчается благодаря тому, что часть нейтронов, освобождаемых при делении урана, испускается только по прошествии более одной секунды с момента деления. Важно было изучить это явление экспериментально. Такие эксперименты были описаны Снеллом, Недзелем и Ибсером в докладе от 15 мая 1942 г., из которого мы приводим следующую выдержку:

«Данный эксперимент состоит из двух взаимно связанных частей одной, относящейся к кривой распада, и другой к интенсивности запаздывающих нейтронов, выраженной через интенсивность „мгновенных“ нейтронов деления.

 

КРИВАЯ РАСПАДА ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ НЕЙТРОНОВ

Источником нейтронов служила бериллиевая мишень циклотрона Чикагского университета, обстреливаемая пучком дейтронов в 20 µА с энергией в 8 MeV. Вблизи мишени помещался тонкостенный железный сосуд, содержавший 160 фунтов U3O8. Этот сосуд окружался слоем парафина толщиною в 2». По оси сосуда помещался пропорциональный счетчик с ВF3, окруженный тонким слоем парафина. Счетчик соединялся через усилитель со счетным устройством («деление 64»), снабженным интерполирующими лампами и регистратором импульсов Сенко (Central Scientific Co.); отметчик времени в одну десятую секунды, приводимый в движение синхронным мотором, и секундомер со шкалой, разделенной на сотые секунды, монтировались на панели счетного устройства около интерполирующих ламп и регистратора импульсов. Эта группа шкал и ламп фотографировалась ручной камерой «Септ» на ленте, скорость движения которой могла изменяться. Запись на кинопленке времен и показаний счетчика давала возможность построить кривые распада.

Эксперимент производился следующим образом: во время бомбардировки пускался в ход секундомер (отметчик времени работал непрерывно), счетчик и усилитель были включены, но выходящие из усилителя импульсы тока шунтировались. Шкала была установлена на нуль. После предупредительного сигнала один из работников выключал циклотрон, а другой переключал выходной ток усилителя на измерительный контур и начинал фотографировать.

Легко было снять первую фотографию за полсекунды до выключения циклотрона. Обычно производилось от шестидесяти до ста фотоснимков. Необходимость одновременного применения секундомера и отметчика времени была вызвана тем, что точность секундомера в 1/10 секунды была необходима для малых промежутков времени между фотоснимками в течение начальной части цикла, но секундомер останавливался раньше, чем заканчивались отсчеты. Для следующих промежутков времени достаточную точность обеспечивал отметчик времени.

Было произведено около сорока серий опытов при меняющихся условиях эксперимента. Для лучшего разрешения коротких периодов давались активации в одну или две секунды. Производилась продолжительная, интенсивная бомбардировка длительностью 15–20 минут, насколько возможно близко к мишени, чтобы выявить с максимальной интенсивностью длительные периоды активности. Несколько 5-минутных бомбардировок, во время которых циклотрон давал по возможности устойчивый пучок, производилось для изучения относительных интенсивностей насыщения различных активностей; во время этих активации пучок циклотрона ослаблялся до 1 или 2 µА, чтобы воспрепятствовать чрезмерному возрастанию начальной скорости отсчетов (число отсчетов 300 в секунду было принято-в качестве верхней границы, допустимой для счетчика). В наличии имелось два счетчика с ВF3 один из них имел поперечное сечение для тепловых нейтронов в 2, 66 см2 а другой 0, 43 см2. После сильной активации, можно было еще в течение 13 мин. наблюдать запаздывающие нейтроны. Были произведены определения фона (повидимому, обусловленного нейтронами самопроизвольного деления урана). Показания фона доходили примерно до 0, 4 отсчета в секунду для большого счетчика и вычитались из измеряемого эффекта.

Изучение всех кривых распада дало следующую общую картину:

Активности с периодом более 57 сек. не удалось наблюдать даже после самой интенсивной бомбардировки, которую мы смогли осуществить в течение 20 минут.

Эти результаты приводят к следующему уравнению кривой распада для запаздывающих нейтронов после активации до насыщения:

Активность = константа(1,2e-0,28t + 1,2e-0,099t + 1,0e-0,029t + 0,135e-0,012t)

где t выражено в секундах».

Вторая часть экспериментов относилась к измерению общего числа нейтронов, испускаемых в промежуток времени от 0,01 сек. до 2,0 минут после выключения циклотрона. Предполагая, что все наблюдавшиеся запаздывающие нейтроны входят в указанные выше четыре группы, необходимо считать, что 1,0±0,2 процента нейтронов, выбрасываемых при делении урана, запаздывают по крайней мере на 0,01 сек. и что примерно для 0,07 процента запаздывание достигает одной минуты. Если запроектировать эффективное значение k коэффициента размножения для типового котла при отсутствии регулирующих стержней всего лишь в 1,01, и если предел полного изменения k под влиянием одного регулирующего стержня определить в 0,002, то число запаздывающих нейтронов достаточно для обеспечения легкого управления.