RU183777U1 - Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения - Google Patents
Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU183777U1 RU183777U1 RU2017138940U RU2017138940U RU183777U1 RU 183777 U1 RU183777 U1 RU 183777U1 RU 2017138940 U RU2017138940 U RU 2017138940U RU 2017138940 U RU2017138940 U RU 2017138940U RU 183777 U1 RU183777 U1 RU 183777U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- detector
- neutrons
- interaction
- neutron
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 20
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract 2
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000004004 elastic neutron scattering Methods 0.000 description 3
- 238000001956 neutron scattering Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
- G01T3/06—Measuring neutron radiation with scintillation detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к астрономической технике и предназначена для регистрации потока нейтронов космического излучения в режиме орбитального полета или при свободном движении в космическом пространстве. Устройство для регистрации нейтронов космического излучения, испытавших в устройстве два или более упругих взаимодействия, включает многослойный детектор, выполненный из волокон прозрачного сцинтиллирующего полимера, позиционно-чувствительных малогабаритных полупроводниковых фотоэлектрических умножителей, светочувствительные поверхности которых соединены с торцов волокон, средство измерения параметров взаимодействия быстрых нейтронов с детектором и вычислителя, процессор которого путем численных расчетов информации от средства измерения проводит реконструкцию не только энергии, но и направления прихода первичного нейтрона. Технический результат – уменьшение габаритов устройства и веса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Заявляемый объект относится к астрономической технике и предназначен для регистрации потока нейтронов космического излучения в режиме орбитального полета или при свободном движении в космическом пространстве. Выброс нейтронов происходит, например, при солнечных вспышках. Целью настоящей работы является создание устройства, обеспечивающего возможность регистрации потока быстрых нейтронов космического излучения, возникающего, например, при вспышках на Солнце, а также определение энергии и направления прихода регистрируемых нейтронов. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении габаритов устройства и веса.
Он достигается тем, что в устройстве для регистрации быстрых нейтронов космического излучения, содержащем детектор, имеющий пространственное разрешение, возможна подробная фиксация энерговыделения, места упругого взаимодействия нейтрона с ядрами водорода составляющего примерно 50% состава трекового сцинтилляционного годоскопа, как для первичного нейтрона, так и для вторичных продуктов, как от первого, так и от второго, и т.д., актов упругого рассеяния нейтронов, внутри всего объема детектора. Минимально необходимы два последовательных упругих рассеяния быстрых нейтронов для полного восстановления кинематики рассеяния и характеристик первичного нейтрона.
Известны Комптон телескопы, которые были спроектированы и работали в астрофизических наблюдениях. К таким приборам относится COMPTEL Gamma Ray Telescope, запущенный в 1991 году в составе космической обсерватории с названием Комптон Гамма Обсерватория. COMPTEL предназначался для регистрации и определения направления прихода фотонов в диапазоне 0,75-30 МэВ с точностью около градуса. Телескоп COMPTEL мог работать и в режиме регистрации быстрых нейтронов с энергиями выше 10 МэВ. COMPTEL состоит из двух массивов детекторов. В верхней части (D1) массива, установлен жидкий сцинтиллятор и в нижней (D2), используется массив кристаллов NaI.
Два детектора расположены на расстоянии 1,5 м друг от друга. Каждый детектор полностью окружен тонким антисовпадательным щитом из пластического сцинтиллятора, который запрещает регистрацию заряженных частиц. По бокам телескопа, между двумя детекторами, расположены два небольших детектора сцинтилляционных, содержащие слабые источники Со60, используемые в полете для калибровки прибора. Каждый источник калибровки состоит из цилиндрической части Со60-легированного пластического сцинтиллятора, просматриваемый двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ).
Верхний детектор (D1) состоит из 7 модулей цилиндрических жидкого сцинтиллятора NE и просматривается восемью фотоэлектронными умножителями. Нижний детектор (D2) состоит из 14 цилиндрических NaI (Т1) блоков толщиной 7,5 см и диаметром 28 см, которые крепятся на опорной плите. Каждый блок NaI просматривается снизу семью ФЭУ. Общая площадь верхнего и нижнего детектора составляет соответственно 4188 см2 и 8620 см2.
Для регистрации реальных нейтронов прибору необходимо срабатывание одновременно в двух сцинтилляторах, в верхнем и нижнем слоях детекторов. Нейтроны, после упругого рассеяния на ядрах водорода в верхнем сцинтилляторе, оставив в нем энергию Е1, поглощаются в нижнем сцинтилляторе, оставляя в нем энергию Е2. Для нейтронов минимальная величина Е1 была выбрана равной или больше 1,1 МэВ. Зная эти две величины, Е1 и Е2, а также координаты точек выделения энергий Е1 и Е2, можно определить полную энергию пришедшего нейтрона и угол упругого рассеяния нейтрона θ. Зная положения места взаимодействия в детекторах, в которых были зарегистрированы события, инициированные пришедшим нейтроном, можно определить кольцо направлений на небе, из которого пришло зарегистрированное событие. Одним из условий регистрации нейтрона является практически строгое совпадение времен регистрации событий в двух детекторах (с задержкой всего в несколько наносекунд), а также примерное равенство 90° угла рассеяния θ. При выполнении этих условий большая часть фоновых событий в детекторе эффективно подавляется. Проанализировав большое количество событий с информацией о «кольцах» прихода нейтронов, можно восстанавливать карту неба с угловым разрешением порядка нескольких градусов.
Недостатком такого Комптон телескопа (COMPTEL) является то, что он имеет очень большой вес и габариты, а также и большой уровень фона, связанный прежде всего с регистрацией космических и атмосферных фотонов рентгеновского и гамма-излучения, а также и вторичных нейтронов от взаимодействия протонов космического излучения с веществом детекторов телескопа, а также малую эффективность регистрации полезных событий, поскольку для регистрации требуется одновременно взаимодействие первичного нейтрона в верхнем слое детекторов и отсутствие взаимодействия в нем вторичного, рассеянного нейтрона. Совокупность этих факторов приводит к значительному увеличению габаритных размеров прибора для обеспечения необходимой эффективной площади телескопа.
Вторым прототипом предлагаемой полезной модели служит прибор SEDA-AP, летавший в составе японского научного модуля МКС (JEM-ISS). В этом приборе использовалась упрощенная, а потому неточная схема регистрации нейтронов, по которой требуется однократное рассеяние космического нейтрона с веществом волоконного детектора. При этом теряется информация о направлении первичного нейтрона, а его энергия оценивается только по длине трека, т.е., по энергии рассеянного протона.
Задачей настоящей работы является создание устройства (космического телескопа), обеспечивающего возможность регистрации потока нейтронов космического излучения, возникающего, например, при вспышках на Солнце, а также определение энергии и направления прихода регистрируемых нейтронов. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении габаритов и веса устройства.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается устройство для регистрации быстрых нейтронов космического происхождения, включающее многослойный детектор, полупроводниковые фотоумножители, соединенные со средством измерения параметров взаимодействия нейтронов с веществом детектора. Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что детектор выполнен из чередующихся слоев, при этом каждый слой содержит одинаково ориентированные волокна, выполненные из прозрачного сцинтиллирующего полимера, причем светочувствительные поверхности фотоэлектрических умножителей обращены к торцам волокон, а фотоумножители представляют собой позиционно-чувствительные полупроводниковые фотоэлектрические умножители, регистрирующая поверхность единичного полупроводникового элемента идентична площади торца волокна сцинтиллирующего полимера. Применение в изделии полупроводниковых фотоэлектрических умножителей, регистрирующая поверхность элементов которых идентична площади торца волокна сцинтиллирующего полимера, позволяет создать регистрирующий детектор (сцинтиллятор + приемник света) в простом прямоугольном габаритном исполнении, что упрощает светоизолирующую конструкцию детектора и приводит к уменьшению массы и габаритов устройства.
Дополнительно предлагается выполнять волокна в виде двухслойных световодов, при этом направление волокон в каждом следующем слое находится под прямым углом по отношению к направлению волокон в предыдущем и в последующем слоях.
Волокна могут быть выполнены прямоугольного сечения, с поперечным размером от 0,25 до 3,0 мм.
Средство измерения параметров взаимодействия нейтронов с детектором представляет собой блок фиксации времени возникновения сцинтилляционного эффекта, блок фиксации координат возникновения сцинтилляционного эффекта, блок фиксации энергии взаимодействия частиц.
Дополнительно средство измерения параметров взаимодействия нейтронов с детектором предлагается соединять с вычислителем.
Предлагаемая схема устройства для регистрации быстрых нейтронов, представленная на чертеже (фиг. 1) состоит из:
1 - многослойный детектор,
2 - кремниевые фотоэлектрические умножители по оси X,
3 - средство измерения параметров события взаимодействия нейтронов с детектором,
4 - кремниевые фотоэлектрические умножители по оси Y,
5 - волокна многослойного детектора,
6 - блок фиксации времени возникновения сцинтилляционного эффекта,
7 - блок фиксации координат возникновения сцинтилляционного эффекта,
8 - блок фиксации энергии взаимодействия частиц.
9 - вычислитель.
Для регистрации быстрых нейтронов в многослойном детекторе (1) используется набор сцинтилляционных светопроводящих волокон (5), расположенных слоями, причем в соседних слоях ориентация волокон (5) перпендикулярна друг к другу. Нейтроны, падающие на детектор (1), взаимодействуют с веществом волокон (5) путем не менее двух последовательных актов упругого рассеяния, в результате чего внутри детектора (1) происходит практически одновременное выделение энергии в нескольких точках, относящихся к разным волокнам (5). В этих точках происходят световые вспышки, которые фиксируются позиционно-чувствительными полупроводниковыми фотоприемниками (2, 4), расположенными с торцов волокон (5). Таким образом, для каждого акта рассеяния нейтрона, в котором образуется протон с энергией больше заданной минимальной энергии, одновременно возникает несколько электрических импульсов на выходе полупроводниковых фотоприемников (2, 4), причем, каждый из этих сигналов может быть сопоставлен с одним из волокон, что позволяет определить координаты всех точек энерговыделения протона, по которым можно грубо оценить траекторию движения рассеянного протона. Амплитуда сигналов позволяет оценить энерговыделение в каждой из точек энерговыделения, что, вместе с информацией о координатах и времени двух, или более, последовательных актов упругого рассеяния нейтрона, дает возможность реконструкции не только энергии, но и направления прихода первичного космического нейтрона. Такая реконструкция производится путем численных расчетов процессором вычислителя (9), получающего сигналы от средства измерения параметров события взаимодействия нейтронов с детектором (3), состоящего из блока фиксации времени возникновения сцинтилляционного эффекта (6), блока фиксации координат возникновения сцинтилляционного эффекта (7), блока фиксации энергии взаимодействия частиц (8). По результатам расчетов устройство фиксирует в своей памяти подробную информацию об энергии, направлении прихода и времени регистрации каждого космического нейтрона. Время регистрации первого акта рассеяния нейтрона в сопоставлении со временем регистрации второго акта рассеяния нейтрона, позволяет определять энергию вторичного нейтрона, упруго рассеянного в первом акте взаимодействия космического нейтрона.
Claims (4)
1. Устройство для регистрации нейтронов космического излучения, испытавших в устройстве два или более упругих взаимодействия, включающее многослойный детектор, выполненный из волокон прозрачного сцинтиллирующего полимера, позиционно-чувствительных малогабаритных полупроводниковых фотоэлектрических умножителей, светочувствительные поверхности которых соединены с торцов волокон, средство измерения параметров взаимодействия быстрых нейтронов с детектором и вычислителя, процессор которого путем численных расчетов информации от средства измерения проводит реконструкцию не только энергии, но и направления прихода первичного нейтрона.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что волокна могут быть выполнены прямоугольного сечения с поперечным размером от 0,25 до 3,0 мм в соответствии с площадью светочувствительной поверхности используемого полупроводникового фотоэлектрического умножителя.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство измерения параметров взаимодействия нейтронов с веществом сцинтиллирующего полимера волокон детектора включает одновременно блок фиксации времени, блок фиксации координат возникновения сцинтилляционного эффекта и блок фиксации энергии, выделившейся в сцинтилляционных волокнах при взаимодействии.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство измерения параметров взаимодействия нейтрона соединено с вычислителем, анализирующим сигналы средства измерения от световых вспышек, происходящих практически одновременно во времени в разных волокнах и, таким образом, регистрирующее нейтроны, взаимодействующие с веществом многослойного детектора путем двух или более последовательных актов упругого рассеяния.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138940U RU183777U1 (ru) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138940U RU183777U1 (ru) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU183777U1 true RU183777U1 (ru) | 2018-10-02 |
Family
ID=63793811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138940U RU183777U1 (ru) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU183777U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2416112C1 (ru) * | 2010-02-01 | 2011-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Годоскоп |
US20120112074A1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-10 | General Electric Company | Neutron scintillator composite material and method of making same |
RU2461903C1 (ru) * | 2011-04-06 | 2012-09-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ калибровки мюонных годоскопов |
-
2017
- 2017-11-09 RU RU2017138940U patent/RU183777U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2416112C1 (ru) * | 2010-02-01 | 2011-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Годоскоп |
US20120112074A1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-10 | General Electric Company | Neutron scintillator composite material and method of making same |
RU2461903C1 (ru) * | 2011-04-06 | 2012-09-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ калибровки мюонных годоскопов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
K. Koga, T. Goka и др. Energy Determination of Solar Neutrons by the SEDA-AP on-board JEM of ISS. Space Environment group, JAXA, Tsukuba, 305-8505, Japan. Department of Physics, Faculty of Science, Konan University, Kobe 658-8501, Japan. PROCEEDINGS OF THE 31 ICRC, LODZ 2009. Стр. 1-4. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kataoka et al. | Handy Compton camera using 3D position-sensitive scintillators coupled with large-area monolithic MPPC arrays | |
Moiseev et al. | Compton-pair production space telescope (ComPair) for MeV gamma-ray astronomy | |
La Rocca et al. | Search for hidden high-Z materials inside containers with the Muon Portal Project | |
Mascarenhas et al. | Development of a neutron scatter camera for fission neutrons | |
US10371855B2 (en) | Apparatus and method for non-invasive inspection of solid bodies by muon imaging | |
JP2019502900A5 (ru) | ||
Ryan et al. | A scintillating plastic fiber tracking detector for neutron and proton imaging and spectroscopy | |
He et al. | Portable wide-angle/spl gamma/-ray vision systems | |
RU183777U1 (ru) | Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения | |
RU2408902C1 (ru) | Двухкоординатный детектор | |
O'Neill et al. | The TIGRE desktop prototype results for 511 and 900 keV gamma rays | |
RU2308056C1 (ru) | Сцинтилляционный детектор | |
Moiseev et al. | Extending fermi LAT discoveries: Compton-pair production space telescope (ComPair) for MeV gamma-ray astronomy | |
Lee et al. | A Dual Modality Gamma Camera Using ${\rm LaCl} _ {3}({\rm Ce}) $ Scintillator | |
US8338795B1 (en) | Method for improving the angular resolution of a neutron scatter camera | |
Iyudin et al. | Instruments to study fast neutrons fluxes in the upper atmosphere with the use of high-altitude balloons | |
Suarez et al. | 1D Projections Readout and Track Reconstruction for the SONTRAC Instrument | |
Suarez | Advanced Electronics and Post-Processing Algorithm for the Sontrac 3D Neutron Spectrometer | |
CN108333620B (zh) | 探测装置及中低能射线源的定位方法 | |
Yoshihara et al. | Portable Compton Imaging System with Ce: GAGG Crystals and Dynamic Time-over-Threshold Method | |
Vanier | Analogies between neutron and gamma-ray imaging | |
Tumer et al. | Tracking and imaging gamma-ray experiment (TIGRE) for 300-keV to 100-MeV gamma-ray astronomy | |
Kroeger et al. | Gamma ray energy measurement using the multiple compton technique | |
Jung et al. | Position sensitivity and gamma-ray separation of a plastic scintillator for a neutron camera based on electric collimation | |
RU2444763C1 (ru) | Сцинтилляционный детектор |