RU2012107149A

RU2012107149A - Устройство и способ для детектирования нейтронов с помощью поглощающих нейтроны калориметрических гамма-детекторов

Info

Publication number: RU2012107149A
Application number: RU2012107149/28A
Authority: RU
Inventors: Гунтрам ПАУШ; Клаус Михаэль ХЕРБАХ; Юрген ШТАЙН
Original assignee: Флир Радиацион Гмбх
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2013-09-10
Also published as: IL217805A0; JP2013500481A; CA2771904A1; WO2011012155A1; US20120074326A1; RU2501040C2; CN102498416A

Abstract

1. Устройство для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно тепловых нейтронов, содержащеегамма-лучевой сцинтиллятор, содержащий неорганический материал с длиной ослабления Lменее 10 см, предпочтительно менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способности торможения гамма-излучения для энергичных гамма-лучей в гамма-лучевом сцинтилляторе,причем гамма-лучевой сцинтиллятор содержит компоненты, для которых умножение сечения захвата нейтрона на концентрацию дает длину поглощения Lдля тепловых нейтронов, которая больше 0,5 см, но меньше пятикратной длины ослабления L, предпочтительно меньше двукратной длины ослабления Lдля гамма-лучей с энергией 5 МэВ в сцинтилляторе, причем нейтрон-поглощающие компоненты гамма-лучевого сцинтиллятора высвобождают энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтрона, в основном посредством гамма-излучения,причем гамма-лучевой сцинтиллятор имеет диаметр или длину края по меньшей мере 50% L, предпочтительно по меньшей мере Lдля поглощения существенной части энергии гамма-лучей, выделяемой после захвата нейтрона в сцинтилляторе,устройство дополнительно содержит детектор света, оптически соединенный с гамма-лучевым сцинтиллятором, для детектирования количества света в гамма-лучевом сцинтилляторе, упомянутое устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем это приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением �

Claims

1. Устройство для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно тепловых нейтронов, содержащее

гамма-лучевой сцинтиллятор, содержащий неорганический материал с длиной ослабления L_g менее 10 см, предпочтительно менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способности торможения гамма-излучения для энергичных гамма-лучей в гамма-лучевом сцинтилляторе,

причем гамма-лучевой сцинтиллятор содержит компоненты, для которых умножение сечения захвата нейтрона на концентрацию дает длину поглощения L_n для тепловых нейтронов, которая больше 0,5 см, но меньше пятикратной длины ослабления L_g, предпочтительно меньше двукратной длины ослабления L_g для гамма-лучей с энергией 5 МэВ в сцинтилляторе, причем нейтрон-поглощающие компоненты гамма-лучевого сцинтиллятора высвобождают энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтрона, в основном посредством гамма-излучения,

причем гамма-лучевой сцинтиллятор имеет диаметр или длину края по меньшей мере 50% L_g, предпочтительно по меньшей мере L_g для поглощения существенной части энергии гамма-лучей, выделяемой после захвата нейтрона в сцинтилляторе,

устройство дополнительно содержит детектор света, оптически соединенный с гамма-лучевым сцинтиллятором, для детектирования количества света в гамма-лучевом сцинтилляторе, упомянутое устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем это приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная гамма-энергия E_sum выше 2,614 МэВ.

2. Устройство по предыдущему пункту, в котором дополнительно оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная гамма-энергия ниже заранее определенного порога, предпочтительно ниже 10 МэВ.

3. Устройство по п.1, в котором гамма-лучевой сцинтиллятор содержит в качестве составной части по меньшей мере один из элементов, а именно хлор (Cl), марганец (Mn), кобальт (Co), селен (Se), бром (Br), иод (I), цезий (Cs), празеодим (Pr), лантан (La), гольмий (Ho), иттербий (Y), лютеций (Lu), гафний (Hf), тантал (Ta), вольфрам (W) или ртуть (Hg).

4. Устройство по предыдущему пункту, в котором гамма-лучевой сцинтиллятор выбран из группы, содержащей вольфрамат свинца (PWO), иодид натрия (NaI), иодид цезия (CsI) или бромид лантана (LaBr₃).

5. Устройство по п.1, в котором гамма-лучевой сцинтиллятор содержит в качестве активатора или легирующей присадки по меньшей мере один из элементов кадмий (Cd), самарий (Sm), диспрозий (Dy), европий (Eu), гадолиний (Gd), иридий (Ir), индий (In) или ртуть (Hg).

6. Устройство по предыдущему пункту, в котором гамма-лучевой сцинтиллятор выбран из группы, содержащей европий, легированный иодидом стронция (SI₂) или фторидом кальция (CaF₂).

7. Устройство по п.1, в котором гамма-лучевой сцинтиллятор разделен по меньшей мере на три отдельные части, причем каждая из этих частей соединена с детектором света так, чтобы можно было различать сигналы из разных частей, причем оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда по меньшей мере две разные части детектируют сигнал, обусловленный гамма-взаимодействием, после захвата нейтрона в нейтрон-поглощающих компонентах гамма-лучевого сцинтиллятора.

8. Устройство по предыдущему пункту, в котором детектор света, позволяющий различать сигналы из разных частей гамма-лучевого сцинтиллятора, представляет собой многоанодную фотоумножительную трубку.

9. Устройство по п.1, в котором гамма-лучевой сцинтиллятор по меньшей мере частично окружен экранной секцией, причем экранная секция содержит сцинтиллятор, свет, изучаемый сцинтиллятором, измеряется детектором света, причем выходные сигналы детектора света оцениваются общим оценивающим приспособлением устройства.

10. Устройство по предыдущему пункту, в котором оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда никакой сигнал с энергией, превышающей определенный порог экранирования, не детектируется из сцинтиллятора экранной секции в течение одного и того же временного интервала (антисовпадение), причем порог экранирования определяется согласно этапам

измерения толщины t (в см) сцинтиллятора в третьей секции,

определения энергии E_min (в МэВ), соответствующей энергетическому вкладу минимально ионизирующих частиц, покрывающих расстояние t в сцинтилляторе, путем умножения толщины на плотность материала сцинтиллятора, в г/см³, и потерю энергии минимально ионизирующих частиц в сцинтилляторе, в МэВ/(г/см²),

задания порога экранирования ниже энергии.

11. Устройство по предыдущему пункту, в котором экранная секция оптически соединена с детектором света гамма-лучевого сцинтиллятора, и оценивающее приспособление выполнено с возможностью различать сигналы из гамма-лучевого сцинтиллятора и экранной секции по их свойствам сигнала.

12. Устройство по предыдущему пункту, в котором цветосдвигающий элемент установлен между сцинтиллятором экранной секции и фотодетектором.

13. Устройство по п.9, в котором сцинтиллятор выбран из группы материалов, содержащей составные части с низким атомным номером Z, служащие в качестве замедлителя нейтронов для быстрых нейтронов.

14. Способ детектирования нейтронов, предпочтительно тепловых нейтронов, с использованием устройства по п.1, содержащий этапы, на которых

захватывают нейтрон в гамма-лучевом сцинтилляторе,

измеряют свет, излучаемый из гамма-лучевого сцинтиллятора в результате потери энергии гамма-излучения,

определяют полную потерю энергии гамма-излучения после захвата нейтрона из света, излучаемого из гамма-лучевого сцинтиллятора упомянутого устройства, и

классифицируют событие как захват нейтрона, когда измеренная полная потеря энергии выше 2,614 МэВ.

15. Способ по предыдущему пункту, в котором событие классифицируется как захват нейтрона, только когда измеренная полная потеря энергии ниже заранее определенного порога, предпочтительно ниже 10 МэВ.

16. Способ детектирования нейтронов, предпочтительно тепловых нейтронов, с использованием устройства по п.7, содержащий этапы, на которых

определяют полную потерю энергии гамма-излучения после захвата нейтрона из света, излучаемого из гамма-лучевого сцинтиллятора, и

классифицируют событие как захват нейтрона, когда измеренная полная потеря энергии выше 2,614 МэВ и когда потеря энергии измеряется по меньшей мере в двух частях гамма-сцинтиллятора.

17. Способ детектирования нейтронов, предпочтительно тепловых нейтронов, с использованием устройства по п.9, содержащий этапы, на которых

определяют полную потерю энергии гамма-излучения после захвата нейтрона из света, излучаемого из гамма-лучевого сцинтиллятора,

классифицируют событие как захват нейтрона, когда измеренная полная потеря энергии выше 2,614 МэВ, и

когда никакой сигнал с энергией, превышающей определенный порог экранирования, не детектируется из экранного сцинтиллятора в течение одного и того же временного интервала (антисовпадение), порог экранирования определяется согласно этапам, на которых

измеряют толщину t (в см) экранного сцинтиллятора,

определяют энергию E_min (в МэВ), соответствующую энергетическому вкладу минимально ионизирующих частиц, покрывающих расстояние t в экранном сцинтилляторе, путем умножения толщины на плотность материала сцинтиллятора, в г/см³, и потерю энергии минимально ионизирующих частиц в сцинтилляторе, в МэВ/(г/см²),

задают порог экранирования ниже энергии.

18. Способ по предыдущему пункту, в котором полная потеря энергии гамма-излучения после захвата нейтрона определяется из света, излучаемого из гамма-лучевого сцинтиллятора и экранного сцинтиллятора.

19. Способ по п.17 или 18, в котором событие классифицируется как захват нейтрона, только когда полная потеря энергии гамма-излучения после захвата нейтрона ниже заранее определенного порога, предпочтительно ниже 10 МэВ.

20. Способ по п.17 или 18, в котором событие классифицируется как внешнее гамма-излучение, если в экранном сцинтилляторе наблюдается потеря энергии ниже порога экранирования, но в гамма-лучевом сцинтилляторе потеря энергии не наблюдается.