Способы получения сцинтилляционных нейтронных детекторов с различными спектральными характеристиками
Спектральные характеристики нейтронных детекторов определяются:
- зависимостью от энергии нейтронов сечения их взаимодействия с активным веществом детектора;
- зависимостью от энергии нейтронов эффективности детектора;
- влиянием конструктивных элементов детектора на деформацию спектра нейтронного потока, достигающего активного вещества детектора (селективное замедление, рассеяние и поглощение нейтронов различных энергий с использованием фильтров и замедлителей нейтронов).
Используя эти зависимости при выборе и конструировании детектора, можно целенаправленно изменять спектральные характеристики нейтронных детекторов. Рассмотрим потенциальные возможности всех трёх указанных способов.
Первый способ состоит в выборе активного вещества и типа детектора (ионизационного или сцинтилляционного), т. е. вида используемого для детектирования нейтронов взаимодействия (реакции) нейтронов с ядрами атомов активного вещества. Зависимость сечения этого взаимодействия от энергии нейтронов во многом определяет вид спектральной характеристики соответствующего детектора. Эти зависимости подробно рассматривались в п. 1.4 предыдущей главы. Однако они не отличаются большим разнообразием. Если исключить активационные индикаторы, которые не применяются в нейтронных радиометрах, то остаётся всего два вида таких зависимостей: линейно падающие с ростом энергии нейтронов - для реакций с вылетом заряженных частиц (протонов или альфа-частиц) и близкие к равномерным до энергий 100-200 кэВ (с последующим почти линейным падением при более высоких энергиях нейтронов) - для реакций с вылетом ядер (протонов) отдачи. Оба
типа этих реакций могут использоваться как в ионизационных (газонаполненных) детекторах (на основе гелия-3, трифторида бора, обогащённого изотопом 10В, водорода или метана), так и в сцинтилляционных детекторах (на основе органических кристаллов, пластиковых или жидких сцинтилляторов) без добавления или с добавлением 10В или 6Li, резко повышающих чувствительность детекторов к нейтронам малых энергий.
Даже ограничиваясь только сцинтилляционными детекторами, поскольку они значительно (на два-три порядка) превосходят газонаполненные по быстродействию, а также по эксплуатационным характеристикам, остаётся возможность варьирования составом сцинтиллятора с целью получения детекторов с различными спектральными характеристиками, путём добавления в пластиковые сцинтилляторы небольших количеств 10В или 6Li.Второй способ основывается на зависимости длины свободного пробега нейтронов при прохождении через вещество от их энергии. С увеличением энергии нейтронов длина свободного пробега возрастает и, когда она становится больше геометрических размеров активного вещества детектора, эффективность детектора начинает падать, поскольку такие нейтроны рассеивают в сцинтилляторе лишь часть своей начальной энергии, что и влияет на спектральную характеристику детектора.. Таким образом, изменяя геометрические размеры активного вещества детектора (толщину сцинтиллятора) можно получать детекторы с существенно отличающимися спектральными характеристиками даже при использовании одного и того же активного вещества.
Третий способ состоит в погружении детектора в вещество-замедлитель нейтронов или покрытии детектора веществом, активно поглощающим нейтроны низких энергий (кадмий, бор, гадолиний). Замедление нейтронов в водородсодержащем веществе (обычно полиэтилен или парафин) применяется в нейтронных радиометрах для принудительного сужения спектра измеряемого излучения до тепловых и ближних надтепловых энергий, для которых чувствительность используемых в радиометрах детекторов максимальна, а также в многошаровых спектрометрах Боннера для изменения спектральных характеристик системы детектор - шаро-
44 вой замедлитель нейтронов. А покрытие сцинтилляторов кадмием, бором или гадолинием позволяет резко снизить их чувствительность к нейтронам низких энергий.
Как будет показано ниже, использование всех трёх указанных способов позволяет получать нейтронные детекторы с весьма разнообразными спектральными характеристиками, что необходимо для построения многодетекторного нейтронного спектрометра-дозиметра реального времени.
2.2
Еще по теме Способы получения сцинтилляционных нейтронных детекторов с различными спектральными характеристиками:
- Расчёт спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с полистирольным сцинтиллятором с добавлением в него бора-10
- 2.3.4 Расчёт спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с полистирольным сцинтиллятором с добавлением в него 10B с фильтрующими покрытиями
- Исследования спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с помощью моделирования методом Монте-Карло
- Энергетические спектральные характеристики нейтронных детекторов и активационных индикаторов
- Методы расчёта спектральных характеристик нейтронных детекторов
- Исследование способов создания опорных нейтронных полей с различной формой энергетических спектров
- ГЛАВЕ 4 ФОРМИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ НЕЙТРОННЫХ ПОЛЕЙ С РАЗНООБРАЗНОЙ ФОРМОЙ СПЕКТРОВ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ
- ГЛАВА 2 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ С РАЗНООБРАЗНЫМИ СПЕКТРАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
- Предлагаемый метод экспериментального измерения спектральных характеристик нейтронных детекторов
- 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
- 4.3.3 Определение спектральной чувствительности нейтронных детекторов с низкой чувствительностью к тепловым нейтронам
- 2.3.2 Расчёт и исследование спектральных характеристик полистирольных детекторов без добавления в них бора-10
- Основные виды нейтронных детекторов
- Выбор энергетических интервалов, для которых определяются усреднённые значения спектральной плотности нейтронного излучения
- ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И ПОДБОР ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ
- Статья 34. Гражданам Республики Беларусь гарантируется право на получение, хранение и распространение полной, достоверной и своевременной информации о деятельности государственных органов,
- Статья 41. Гражданам Республики Беларусь гарантируется право на труд как наиболее достойный способ самоутверждения человека,