RU155172U1 - Быстрый детектор тепловых нейтронов - Google Patents
Быстрый детектор тепловых нейтронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU155172U1 RU155172U1 RU2015117456/28U RU2015117456U RU155172U1 RU 155172 U1 RU155172 U1 RU 155172U1 RU 2015117456/28 U RU2015117456/28 U RU 2015117456/28U RU 2015117456 U RU2015117456 U RU 2015117456U RU 155172 U1 RU155172 U1 RU 155172U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron detector
- neutron
- scintillation
- detector
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Быстрый детектор тепловых нейтронов, содержащий сцинтилляционный детектор тепловых нейтронов, помещенный в центр шарового полиэтиленового замедлителя, и соединенный оптическим контактом через прозрачный световод из оргстекла с ФЭУ, отличающийся тем, что сцинтилляционный детектор содержит стеклянный сцинтиллятор с добавкой изотопаLi с малым временем высвечивания и фронтальную электронику, которая состоит из усилителя сигналов, высоковольтного источника питания ФЭУ, формирователя выходных импульсов и выходных каскадов, работающую в счетной моде с формировкой токового сигнала одновибратором с временной константой <100 нс и обеспечивающую питание детектора нейтронов высоким напряжением, а также усиление и формирование сигнала с ФЭУ.
Description
Настоящая полезная модель относится к области регистрации нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов и может быть использована для регистрации нейтронного излучения, в т.ч. импульсного, на ядерно-физических установках (ЯФУ), в физических экспериментах и системах радиационного контроля на ускорителях.
Для использования детекторов нейтронов в системах радиационного контроля ЯФУ необходимо соответствие дозовой зависимости чувствительности этих детекторов с энергетической зависимостью удельного амбиентного эквивалента дозы h∗(10) [ICRP Publication 74. Conversion Coefficients for use in Radiological Protection against External Radiation. Ann. ICRP 26. Oxford, Pergamon Press, 1996; Пелешко B.H., Савицкая E.H., Санников A.B. Оптимизация конструкции дозиметра нейтронов с расширенным диапазоном энергий для высокоэнергетических ускорителей. Препринт ИФВЭ 2014-4. - Протвино, 2014]. Этому соответствуют детекторы тепловых нейтронов, помещенные в центр шаровых полиэтиленовых замедлителей нейтронов диаметром ~254 мм.
В качестве детекторов тепловых нейтронов в центре шаровых полиэтиленовых замедлителей (как дозиметров нейтронов) обычно используются газоразрядные счетчики с наполнением 3He или BF3. Разрешающее время таких счетчиков находится в микросекундном диапазоне, поэтому они могут занижать дозу также из-за просчетов в условиях импульсных полей излучения и больших мощностей дозы за защитой ускорителей [Пелешко В.Н., Савицкая Е.Н., Санников А.В. Оптимизация конструкции дозиметра нейтронов с расширенным диапазоном энергий для высокоэнергетических ускорителей. Препринт ИФВЭ 2014-4. - Протвино, 2014].
Для измерения плотности потока тепловых нейтронов сцинтилляционным методом необходимы сцинтилляционные материалы, основными свойствами которых являются: повышенное сечение взаимодействия с тепловыми нейтронами; оптимальная длина волны излучения сцинтилляционной вспышки, согласующаяся со спектральной чувствительностью фотоприемника; высокий световыход сцинтилляций; небольшое время высвечивания.
В радиационных исследованиях и в дозиметрическом контроле для регистрации тепловых нейтронов широкое распространение получили различные сцинтилляционные среды, содержащие изотопы 6Li и 10B. В частности на практике длительное время успешно используются 61 л-стекло (время высвечивания ~75 нс), LiF/ZnS(Ag) - смесь (время высвечивания ~200 нс), органический 10B-содержащий сцинтиллятор (время высвечивания ~3 нс). Эти материалы коммерчески доступны [http://www.detectors.saint-gobain.com/ или G.I. Britvich et al., A neutron detector on the basis of a boron-containing plastic scintillator. Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. A 550 (2005) 343-358.]; находясь в твердом агрегатном состоянии, обладают хорошими механическими свойствами и позволяют организацию простой системы светосбора на фотоумножители.
Известна сцинтилляционная композиция из трех параллельно-последовательно соединенных сцинтилляторов [Патент Российской Федерации №2143711], один из которых, выполненный на основе 6Li-силикатного стекла, чувствителен к тепловым нейтронам. Однако эффективность регистрации тепловых нейтронов таким сцинтиллятором, определяемая соответствующей композицией, невысокая.
Известен сцинтилляционный детектор быстрых и тепловых нейтронов, содержащий датчик, включающий сцинтиллятор на основе органического водородсодержащего пластика, чувствительного к быстрым нейтронам и стеклянный сцинтиллятор на основе 6Li-силикатного стекла, чувствительного к тепловым нейтронам, соединенного с фотоэлектронным умножителем и блоком электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что сцинтилляторы выполнены в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, оснащенные свинцовым коллиматором и размещенные в дополнительном полиэтиленовом накопителе тепловых нейтронов. [Патент Российской Федерации №2259573, 2005 г.]
Но рассмотренные детекторы нейтронов не подходят для размещения в центре полиэтиленовых замедлителей с условием соблюдения требуемой функции дозовой чувствительности.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности регистрации импульсного нейтронного излучения за счет снижения мертвого времени детектора (менее 100 нс) за биологической защитой ЯФУ и уменьшение числа просчетов нейтронов в импульсном поле излучения.
Для разработки полезной модели быстрого детектора нейтронов было выбрано в качестве детектора тепловых нейтронов литиевое (6Li) стекло на основе анализа литературных данных и проведенных измерений как оптимальный вариант благодаря небольшому времени высвечивания (75 нс), высокой эффективности регистрации тепловых нейтронов и хорошей дискриминации γ-квантов. Использование в полезной модели полистирольного сцинтиллятора с добавкой 10B приводит к более худшей дискриминации γ-квантов.
Технический результат достигается тем, что сцинтилляционный детектор содержит стеклянный сцинтиллятор с добавкой изотопа 6Li, чувствительного к тепловым нейтронам и соединенного оптическим контактом через прозрачный световод из оргстекла с ФЭУ. Сам сцинтилляционный детектор помещается в центр шарового полиэтиленового замедлителя диаметром 254 мм. Выходной сигнал с фотоумножителя поступает на фронтальную электронику нейтронного детектора, которая состоит из усилителя сигналов, высоковольтного источника питания ФЭУ, формирователя выходных импульсов и выходных каскадов. Электроника работает в счетной моде с формировкой токового сигнала одновибратором с временной константой -100 нс и обеспечивает питание нейтронного детектора высоким напряжением, усиление и формирование сигнала с ФЭУ.
Внешний вид полезной модели приведен на фиг. 1. На фиг. 2 показана разработанная фронтальная электроника. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны рабочие характеристики нейтронного детектора, полученные с помощью разработанной фронтальной электроники при использовании радионуклидных источников.
Из фиг. 3 видно, что сигнал с детектора по времени занимает ≤200 нс, что позволяет без просчетов регистрировать импульсное нейтронное излучение в пределах контрольных уровней (1.2 мбэр/час), установленных на рабочих местах на экспериментальных установках ИФВЭ [Положение об организации работ по обеспечению радиационной безопасности в ГНЦ ИФВЭ (Регламент РК и РБ - 2009) от 25 мая 2010 г.]. При импульсном характере работы ускорителя (400 циклов/час) доза 1.2 мбэр/час соответствует 3·10-6 бэр/цикл. Из анализа спектров нейтронов за биологической защитой ускорителя ИФВЭ [Е.А. Белогорлов, Г.И. Бритвич, Г.И. Крупный и др. Методические вопросы применения многошарового спектрометра Боннера в радиационных исследованиях на ускорителе ИФВЭ: Препринт ИФВЭ 85-3. - Серпухов, 1985], выбираем самую консервативную оценку коэффициента конверсии поток-доза κ~1.4·10-8 бэр·см2/нейтрон. (соответствует средней энергии Eср~5 МэВ спектра нейтронов), что дает оценку потока нейтронов F=214 нейтрон/см2, соответствующего контрольному уровню. Специально для нашего детектора нейтронов сделана оценка его чувствительности η (импульс/нейтрон·см-2) в зависимости от энергии нейтрона, откуда для Eср~5 МэВ величина η=1.12 импульс/нейтрон·см-2, что соответствует N=214×1.12=240 импульс/цикл. [В.Н. Пелешко, Е.Н. Савицкая, А.В. Санников. Оптимизация конструкции дозиметра нейтронов с расширенным диапазоном энергий для высокоэнергетических ускорителей. Препринт ИФВЭ 2014-4. - Протвино, 2014]
На фиг. 5. показана зависимость плотности потока тепловых нейтронов (с энергией ниже границы поглощения кадмием 0.2 эВ) в центре шарового полиэтиленового замедлителя диаметром 254 мм от времени замедления. Время нарастания τ1=2.2 µсек, время жизни τ=157 µсек. Число импульсов за время 300 µсек под кривой - 350 (~90% полного числа событий), максимальное число импульсов в интервале 1 µсек составляет 2.5 через 10 µсек после импульса нейтронного источника.
На начальном участке флюенс тепловых нейтронов достигает постоянного значения ~ через 10 µсек с τ1=2.2 µсек [К. Бекурц, К. Виртц. Нейтронная физика. М., Атомиздат, 1968.]; τ - параметр уменьшения числа тепловых нейтронов в центре шара за счет утечки и поглощения. Измерены значения τ для полиэталеновых шаров радиусами R=0.75 см, 3.0 см, 6.0 см и 8.5 см на импульсном источнике нейтронов с энергией 14 МэВ. Из анализа этих данных τ=3.97+16.8·R-0.375·R2 где R [cm], откуда для R=12.7 см значение τ=157 µсек. [T. Kosako, T. Nakamura and S. Iwai. Estimation of response functions of moderating type neutron detectors by the time-of-flight method combined with a lead pile. Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. A235 (1985) 103-122] Нормируя площадь под кривой на величину 400 импульсов, получаем максимальную оценку скорости счет ~2.5 импульса в интервале 1 µсек, которые надежно регистрируются детектором, см. фиг. 4.
На фиг. 1 представлена фотография детектора с полиэтиленовым шаровым замедлителем, в конусной части которого размещен ФЭУ со световодом, сам сцинтиллятор на основе литиевого стекла размещается в центре шарового замедлителя, а в нижнем цилиндрическом корпусе размещена фронтальная электроника.
На фиг. 6 показано время высвечивания сцинтиллятора при возбуждении альфа частицами источника плутоний-238 (α) и бета частицами источника стронций 90-иттрий 90-(β). Обработка временных распределений для альфа и бета излучений дают ~ одинаковые значения:
- быстрая компонента высвечивания τ=21 нс (40%);
- медленная компонента высвечивания τ=71 нс (60%).
Амплитудные спектры сцинтиллятора на основе литиевого стекла в оптическом контакте с фотоумножителем (фиг. 6).
На фиг. 7 показаны спектры энерговыделений в сцинтилляторе (в электронном эквиваленте): 1 - на поверхности шара из полиэтилена ⌀170 мм с источником нейтронов Pu-Ве в центре шара; 2 - экран из кадмия, помещенный между шаром и сцинтиллятором.
На фиг. 8 показаны спектры энерговыделений в сцинтилляторе (в электронном эквиваленте): 1 - на поверхности шара из полиэтилена ⌀170 мм с источником нейтронов Pu-Ве в центре шара; 2 - гамма источник 60Co, помещенный перед сцинтиллятором; 3 - бета источник 90Sr+90Y, помещенный перед сцинтиллятором.
Claims (1)
- Быстрый детектор тепловых нейтронов, содержащий сцинтилляционный детектор тепловых нейтронов, помещенный в центр шарового полиэтиленового замедлителя, и соединенный оптическим контактом через прозрачный световод из оргстекла с ФЭУ, отличающийся тем, что сцинтилляционный детектор содержит стеклянный сцинтиллятор с добавкой изотопа 6Li с малым временем высвечивания и фронтальную электронику, которая состоит из усилителя сигналов, высоковольтного источника питания ФЭУ, формирователя выходных импульсов и выходных каскадов, работающую в счетной моде с формировкой токового сигнала одновибратором с временной константой <100 нс и обеспечивающую питание детектора нейтронов высоким напряжением, а также усиление и формирование сигнала с ФЭУ.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117456/28U RU155172U1 (ru) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Быстрый детектор тепловых нейтронов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117456/28U RU155172U1 (ru) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Быстрый детектор тепловых нейтронов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU155172U1 true RU155172U1 (ru) | 2015-09-27 |
Family
ID=54251102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117456/28U RU155172U1 (ru) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Быстрый детектор тепловых нейтронов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU155172U1 (ru) |
-
2015
- 2015-05-07 RU RU2015117456/28U patent/RU155172U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9244178B2 (en) | Method for determining the irradiation dose deposited in a scintillator by ionising radiation and associated device | |
CA2702961C (en) | Fast neutron spectroscopy using neutron-induced charged particle reactions | |
Ishikawa et al. | Development of Optical-fiber-based Neutron Detector Using Li-glass Scintillator for an Intense Neutron Field | |
Caracciolo et al. | BeNEdiCTE (Boron Neutron Capture): a versatile gamma-ray detection module for boron neutron capture therapy | |
Stelson et al. | Cross Section for the Be 9 (n, α) He 6 Reaction | |
US11163076B2 (en) | Method for the detection of neutrons with scintillation detectors used for gamma ray spectroscopy | |
RU155172U1 (ru) | Быстрый детектор тепловых нейтронов | |
Salisbury et al. | Fe 54 (n, p),(n, α),(n, 2 n) Cross Sections | |
RU152877U1 (ru) | Комбинированный спектрометр-монитор потока нейтронов | |
Stoykov et al. | Use of Silicon Photomultipliers in ZnS: 6LiF scintillation neutron detectors: signal extraction in presence of high dark count rates | |
RU86323U1 (ru) | Быстродействующий сцинтилляционный детектор нейтронного излучения | |
JP2012242369A (ja) | 放射線検出器 | |
Litvin et al. | Scintillation neutron detectors based on solid-state photomultipliers and lightguides | |
Whitney et al. | DPA-based fast neutron dosimeter for the space environment | |
Bachri et al. | Analysis of Gamma Rays and Cosmic Muons with a Single Detector | |
RU2780688C1 (ru) | Способ и устройство формирования спектральных характеристик измерительных каналов нейтронных детекторов | |
Foster et al. | A compact neutron detector based on the use of a SiPM detector | |
RU2548048C1 (ru) | Сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения | |
Ermis et al. | A different way to determine the gamma-ray linear attenuation coefficients of materials | |
JP6823526B2 (ja) | 放射線検出器および放射線の測定方法 | |
RU2347241C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
Alimkhanov et al. | The neutron detector based on cerium doped 6Li-silicate glass | |
Horiuchi et al. | A high-sensitivity neutron dosimeter using the coherent demodulation technique | |
Tancioni et al. | Gamma dose rate monitoring using a Silicon Photomultiplier-based plastic scintillation detector | |
Gunaratna Mudiyanselage | Improved scintillator design for thermal neutron detection |