<<
>>

Особенности детектирования нейтронного излучения

В промышленных приборах для регистрации ядерных излучений использу­ются, в основном, три типа детекторов [13-24]:

1 Ионизационные детекторы с прямым преобразованием энергии частиц в электрический заряд.

К ним относятся газонаполненные детекторы (ионизацион­ные камеры, пропорциональные счётчики и счётчики Гейгера-Мюллера).

2 Сцинтилляционные детекторы, в которых используется люминесценция ве­щества детектора при поглощении излучения с последующим преобразованием энергии световых фотонов в электрический сигнал (при помощи фотоэлектронного умножителя - ФЭУ).

3 Полупроводниковые детекторы (кремниевые или германиевые), в которых используется образование пар подвижных носителей заряда (электрон-дырка) под действием ядерных частиц.

Механизм преобразования энергии в детекторах ионизационного типа идёт по цепи: поглощение энергии частицы преобразование поглощённой энергии в первичный электрический заряд усиление первичного заряда (для детекторов с газовым усилением - пропорциональных счётчиков и счётчиков Гейгера-Мюллера) сбор заряда на электродах детектора.

В сцинтилляционных детекторах эта цепь несколько длиннее: поглощение энергии частицы преобразование поглощённой энергии в световые фотоны сбор фотонов на фотокатоде ФЭУ и выбивание из него фотоэлектронов (первич­ногоэлектрического заряда) усиление электронного потока динодной системой ФЭУ сбор электронного потока на аноде ФЭУ.

Ионизацию среды могут производить только заряженные частицы - элек­троны, протоны, альфа-частицы (ядра атомов гелия) и другие заряженные элемен­тарные частицы и ядра химических элементов. Нейтральные частицы (нейтроны) и

15 электромагнитное излучение (гамма-кванты) ионизируют среду косвенно, через различные процессы передачи своей энергии среде с порождением вторичного из­лучения - заряженных частиц, которые и производят ионизацию среды. С учётом этого конечного процесса под ионизирующим излучением, в самом общем смысле данного термина, принято понимать любой вид излучения, состоящего из заряжен­ных частиц, нейтральных частиц или квантов, который при своем взаимодействии с физической средой непосредственно и/или косвенно производит её ионизацию.

Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, при столкновениях с атомами непосредственно не могут их ионизировать. Но зато, именно благодаря электрической нейтральности, нейтроны легко проникают сквозь электронную оболочку атома и, достигая его ядра, могут вызывать различные ядерные реакции, в результате которых могут порождаться электрически заряженные частицы (альфа-частицы, протоны, осколки ядерного деления) или фотоны (гамма-кванты), которые уже можно регистрировать различными методами. При этом в большин­стве случаев возникающие в результате ядерных реакций дочерние ядра являются неустойчивыми, т. е. радиоактивными. Кроме того, эти дочерние ядра могут быть в возбуждённом состоянии, которое снимается излучением гамма-квантов. Актив­ность какого-то определённого объёма вещества, подвергнутого облучению нейтронами в течение определённого времени будет зависеть от числа прореагиро­вавших с нейтронами ядер, а последнее при прочих равных условиях пропорцио­нально плотности потока нейтронов.

Таким образом, принцип действия подавляющего большинства нейтронных детекторов основан на регистрации вторичных заряженных частиц или гамма-кван­тов, образующихся в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами или на измерении активности облучённых нейтронами определённых веществ-ин­дикаторов [25].

По величине энергии нейтроны, порождаемые в ядерных реакциях или в ре­зультате радиоактивного распада некоторых тяжёлых радиоизотопов, разделяют на три группы: тепловые (энергия от 0,025 до 0,5 эВ), промежуточные (от 0,5 эВ до 200 кэВ) и быстрые (более 200 кэВ). Напомним, что энергия теплового движения

16 среды при комнатной температуре (293,6 К) составляет 0,025 эВ. Потоки нейтронов сопровождаются более или менее значительными потоками гамма-квантов, влия­ние которых на результаты измерений плотности нейтронных потоков стремятся свести к минимуму [26].

Нейтроны регистрируются по вторичному излучению их взаимодействия со средой. Для этих целей используются все вышеназванные процессы их взаимодей­ствия со средой:

- упругое рассеяние нейтронов ядрами атомов водорода с образованием сво­бодных электронов и протонов;

- неупругое рассеяние с образованием возбужденных ядер, которые, осво­бождаясь от избыточной энергии, излучают фотоны;

- ядерные реакции под действием нейтронов, в результате которых из ядра вылетают заряженные частицы.

Таким образом, всё разнообразие нейтронных детекторов базируется на вы­шеуказанных взаимодействиях нейтронов с активным веществом детектора. Осо­бенности этих взаимодействий вносят ограничения на возможности и характери­стики различных типов детекторов и специфику их использования. Чтобы выяс­нить, какие из детекторов наиболее приемлемы для приборной реализации нейтронных спектрометров-дозиметров, и какие сложности возникают при детек­тировании нейтронного излучение, далее будет рассмотрен каждый из их видов и проанализированы особенности их использования.

1.2

<< | >>
Источник: ЛОГВИНОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курск, 2019. 2019

Еще по теме Особенности детектирования нейтронного излучения:

  1. Основные методы спектрометрии нейтронного излучения
  2. Концепция построения спектрометра-дозиметра нейтронного излучения реального времени
  3. ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИ­МЕТРА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И ПОДБОР ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ
  4. Выбор энергетических интервалов, для которых определяются усреднённые значения спектральной плотности нейтронного излучения
  5. ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
  6. Тройнина Татьяна Витальевна. Массмедиа и трансформирующаяся политическая система: особенности функционирования и взаимодействия (на примере ОАЭ). Диссертация, СПбГУ., 2014
  7. 4.3.3 Определение спектральной чувствительности нейтронных детекторов с низкой чувствительностью к тепловым нейтронам
  8. ГЛАВЕ 4 ФОРМИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ НЕЙТРОННЫХ ПОЛЕЙ С РАЗНООБРАЗНОЙ ФОРМОЙ СПЕКТРОВ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ
  9. ЛОГВИНОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курск, 2019, 2019
  10. Основные виды нейтронных детекторов
  11. Первичные источники нейтронов
  12. Способы получения сцинтилляционных нейтронных детекторов с различными спектральными характеристиками
  13. Базовые спектры нейтронных потоков для формирования обучающей и проверочной выборок
  14. Методы расчёта спектральных характеристик нейтронных детекторов
  15. Исследование способов создания опорных нейтронных полей с различной формой энергетических спектров
  16. Энергетические спектральные характеристики нейтронных детекторов и активационных индикаторов
  17. ГЛАВА 2 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ С РАЗНООБРАЗНЫМИ СПЕКТРАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
  18. Предлагаемый метод экспериментального измерения спектральных характеристик нейтронных детекторов