RU2087923C1 - Position-sensing neutron detector - Google Patents
Position-sensing neutron detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087923C1 RU2087923C1 SU5064939A RU2087923C1 RU 2087923 C1 RU2087923 C1 RU 2087923C1 SU 5064939 A SU5064939 A SU 5064939A RU 2087923 C1 RU2087923 C1 RU 2087923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detector
- scintillator
- quartz tube
- neutron
- time
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике регистрации нейтронов, а точнее к устройствам для спектрометрии нейтронов по времени пролета и определения угла вылета нейтронов, и предназначено для использования в ядерно-физических экспериментах. The invention relates to techniques for detecting neutrons, and more specifically to devices for spectrometry of neutrons by time of flight and to determine the angle of departure of neutrons, and is intended for use in nuclear physics experiments.
Известно устройство, описанное в 1 Оно состоит из кварцевой трубы 55 см длиной и 3,8 см в диаметре, заполненной жидким сцинтиллятором, и двух фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) типа GDB-49. Труба имеет кварцевые окна по торцам, к которым на оптическом контакте прижаты ФЭУ. The device described in 1 is known. It consists of a quartz tube 55 cm long and 3.8 cm in diameter, filled with a liquid scintillator, and two photomultiplier tubes (PMTs) of the GDB-49 type. The tube has quartz windows at the ends to which the PMTs are pressed at the optical contact.
Недостатками такого устройства являются существенное ослабление (поглощение и отражание) собираемого на ФЭУ света в соединении кварцевое окно-оптическая смазка-ФЭУ, а также отсутствие расширительной камеры для дозированного сброса давления при расширении сцинтиллятора, что не позволяет располагать указанный детектор вертикально (детектор располагается только в горизонтальной плоскости). The disadvantages of this device are the significant attenuation (absorption and reflection) of the light collected on the PMT in the quartz window-optical lubricant-PMT connection, as well as the absence of an expansion chamber for dosed pressure relief during scintillator expansion, which does not allow the indicated detector to be placed vertically (the detector is located only in horizontal plane).
Наиболее близким по технической сущности к заявленному детектору является выбранное в качестве прототипа устройство, описанное в 2 Прототип состоит из кварцевого контейнера длиной 100 см прямоугольного сечения 11,5*6 см, заполненного жидким сцинтиллятором NE-213, и двух ФЭУ типа RCA 8854, расположенных по торцам контейнера. The closest in technical essence to the claimed detector is the device selected as a prototype, described in 2 The prototype consists of a quartz container 100 cm long, rectangular section 11.5 * 6 cm, filled with a NE-213 liquid scintillator, and two photomultipliers of the RCA 8854 type located at the ends of the container.
Недостатками этого устройства являются
соединение ФЭУ и кварцевого контейнера, так как ФЭУ приклеены к торцам кварцевого контейнера специальным составом AV 138 и HV 998 (ФРГ), поэтому это соединение не является разборным и при выходе из строя одного из элементов конструкции (например, ФЭУ, стоимость которого высока 2000$) детектор не пригоден к работе и нет возможности замены элемента конструкции;
делители напряжения питания ФЭУ, так как в устройствах 1,2 применяются стандартные (указанные в паспорте фирмой изготовителем) делители напряжения питания, что приводит к тому, что ФЭУ работают не в оптимальном временном и спектрометрических режимах, которые можно достигать на ФЭУ данного образца;
неполный съем информации с устройства, так как в устройстве 1 не снимаются динодные сигналы с ФЭУ, а в устройстве 2 динодные сигналы суммируются, а не используются индивидуально, что уменьшает объем снимаемой информации, а, следовательно, и возможности устройства.The disadvantages of this device are
the connection of the PMT and the quartz container, since the PMTs are glued to the ends of the quartz container with the special composition AV 138 and HV 998 (Germany), therefore this connection is not collapsible even if one of the structural elements fails (for example, a PMT, the cost of which is high $ 2000 ) the detector is not suitable for work and there is no possibility of replacing a structural element;
PMT supply voltage dividers, since devices 1,2 use standard (specified in the passport by the manufacturer manufacturer) power supply dividers, which leads to the fact that PMTs do not work in the optimal time and spectrometric modes that can be achieved with a PMT of this sample;
incomplete information retrieval from the device, since in the device 1 the dynode signals are not removed from the PMT, and in the device 2 the dynode signals are summed up and not used individually, which reduces the amount of information taken, and, therefore, the device’s capabilities.
Задачей изобретения является разработка устройства, лишенного недостатков указанных выше, которое может быть использовано одновременно для спектрометрии нейтронов по времени пролета; определения угла вылета нейтронов (позиционная чувствительность детектора); разделения сигнала от нейтронов и гамма-квантов. The objective of the invention is to develop a device devoid of the disadvantages of the above, which can be used simultaneously for neutron spectrometry by time of flight; determination of the neutron emission angle (positional sensitivity of the detector); separation of the signal from neutrons and gamma rays.
На чертеже изображен схематически позиционно-чувствительный детектор нейтронов. The drawing shows a schematic position-sensitive neutron detector.
Согласно изобретению устройство (позиционно-чувствительный детектор нейтронов) состоит из кварцевой трубы 1 длиной 100 см с наружным диаметром 6 см (толщина стенки 2,5 мм) и двух фотоумножителей (ФЭУ типа 30 с диаметром фотокатода 5 см) 2. Кварцевая труба заполнена жидким сцинтиллятором 3. Сцинтиллятор типа ЖС-13 на основе α-метил-нафталина с разделением нейтронов и гамма квантов. Фотоумножители погружены прямо в жидкий сцинтиллятор, чтобы избежать затухание света на торцах кварцевой трубы. ФЭУ расположены по концам кварцевой трубы. Между кварцевой трубой и ФЭУ установлено разборное уплотнение 4, выполненное с использованием 2-х сторонних фланцев 5 и резиноподобного, стойкого к жидким углеводородам пластика 6, расположенного между фланцами. Такое разборное соединение в отличие от прототипа позволяет быстро заменить элементы конструкции (например, ФЭУ) при выходе их из строя, что делает дорогостоящий детектор пригодным к работе длительное время. Расширительная камера 7, расположенная над кварцевой трубой, имеет тефлоновую заглушку 8 с находящимся в ней уплотнением 9 из пластика, а также капиллярный клапан 10 для дозированного сброса давления при расширении сцинтиллятора. Такая конструкция расширительной камеры позволяет как горизонтальное, так и вертикальное расположение детектора, что важно для проведения физических экспериментов, по регистрации нейтронов в разных плоскостях реакций. Фотокатод и первые диноды ФЭУ защищены цилиндром 11 из пермалоя. Для защиты от света детектор помещен в железный кожух (10*10*160 см, толщина стенок 0,8 мм) 12. В кожухе также размещены делители напряжения питания 13 ФЭУ и инвертор-повторитель 14 для снятия спектрометрического сигнала с последнего динода ФЭУ. According to the invention, the device (position-sensitive neutron detector) consists of a quartz tube 1 with a length of 100 cm with an outer diameter of 6 cm (wall thickness 2.5 mm) and two photomultipliers (PMT type 30 with a photocathode diameter of 5 cm) 2. The quartz tube is filled with liquid scintillator 3. ZhS-13 type scintillator based on α-methyl-naphthalene with separation of neutrons and gamma quanta. The photomultipliers are immersed directly in the liquid scintillator to avoid light attenuation at the ends of the quartz tube. PMTs are located at the ends of a quartz tube. Between the quartz tube and the PMT, a collapsible seal 4 is installed, made using 2-sided flanges 5 and a rubber-like plastic 6 resistant to liquid hydrocarbons located between the flanges. Such a collapsible connection, in contrast to the prototype, allows you to quickly replace structural elements (for example, PMTs) when they fail, which makes an expensive detector suitable for operation for a long time. The expansion chamber 7, located above the quartz tube, has a Teflon plug 8 with a plastic seal 9 inside it, as well as a capillary valve 10 for dosed pressure relief during expansion of the scintillator. This design of the expansion chamber allows both horizontal and vertical location of the detector, which is important for conducting physical experiments on the registration of neutrons in different reaction planes. The photocathode and the first PMT dynodes are protected by permaloy cylinder 11. To protect from light, the detector is placed in an iron casing (10 * 10 * 160 cm, wall thickness 0.8 mm) 12. The casing also contains power supply voltage dividers 13 PMTs and an inverter-repeater 14 for removing the spectrometric signal from the last PMT dynode.
Делители напряжения питания ФЭУ в отличие от прототипа находятся в режиме минимального временного разброса анодного сигнала. Режим достигнут подбором сопротивлений делителя между катодом, первым и вторым фокусирующими электродами ФЭУ. Последнее приводят к получению наилучшего временного разрешения для ФЭУ данного образца. Временное разрешение электронного тракта, содержащего два ФЭУ и электронику (формирователи со следящим порогом, время-цифровые преобразователи), составило 1,4 нс. Добавление демфирующих сопротивлений на последних динодах ФЭУ позволило убрать паразитные колебания анодного сигнала ФЭУ, что устранило ложные срабатывания электроники при низких порогах регистрации. Спектрометрический сигнал снимается с последнего динода ФЭУ и выведен через схему инвертора-повторителя. Сигнал, в отличие от прототипа имеет отрицательную полярность, что позволяет использовать однотипную электронику для обслуживания как динодных, так и анодных сигналов (анодные сигналы имеют отрицательную полярность). PMT supply voltage dividers, in contrast to the prototype, are in the mode of minimum time spread of the anode signal. The mode is achieved by selecting the resistances of the divider between the cathode, the first and second focusing electrodes of the PMT. The latter result in obtaining the best time resolution for the PMT of this sample. The time resolution of the electronic path containing two PMTs and electronics (shapers with a tracking threshold, time-to-digital converters) was 1.4 ns. The addition of damping resistances at the last PMT dynodes made it possible to remove spurious oscillations of the PMT anode signal, which eliminated false alarms of the electronics at low detection thresholds. The spectrometric signal is taken from the last PMT dynode and output through the inverter-repeater circuit. The signal, in contrast to the prototype, has a negative polarity, which allows the use of the same type of electronics to service both dynode and anode signals (anode signals have a negative polarity).
Детектор работает следующим образом. Нейтрон, попадая в жидкий сцинтиллятор, сталкивается с ядрами водорода или углерода, возникающее излучение вызывает свечение сцинтиллятора, которое регистрируется ФЭУ. С детектора одновременно снимаются два временных сигнала (аноды ФЭУ) и два спектрометрических сигнала (диноды ФЭУ). Индивидуальный съем всех сигналов с детектора приводит к получению дополнительной информации, а, следовательно, к улучшению характеристик устройства для спектрометрии нейтронов и определения позиции попадания нейтрона в детектор так как информация о позиции попадания нейтрона в детектор получается из разницы между временами прихода света до двух ФЭУ с обоих концов детектора, а отношение амплитуд динодных сигналов дает дополнительную информацию о позиции. Спектрометрия нейтронов осуществляется по времени пролета нейтрона до детектора, а сумма амплитуд динодных сигналов определяет энергию отдачи протонов и, следовательно, дает дополнительную информацию об энергии нейтрона. The detector operates as follows. When a neutron enters a liquid scintillator and collides with hydrogen or carbon nuclei, the resulting radiation causes the scintillator to glow, which is detected by a PMT. Two time signals (PMT anodes) and two spectrometric signals (PMT diodes) are simultaneously taken from the detector. The individual removal of all signals from the detector leads to additional information, and, consequently, to improved characteristics of the neutron spectrometry device and to determine the position of the neutron entering the detector, since information on the position of the neutron entering the detector is obtained from the difference between the times of light arrival to two PMTs with both ends of the detector, and the ratio of the amplitudes of the dynode signals gives additional information about the position. Neutron spectrometry is carried out by the time of flight of the neutron to the detector, and the sum of the amplitudes of the dynode signals determines the proton recoil energy and, therefore, provides additional information about the neutron energy.
Качество позиционно-чувствительного нейтронного детектора определяют следующие характеристики: временное разрешение, позиционное разрешение, эффективность регистрации, разделяющая способность нейтронов и гамма - квантов, энергетический порог регистрации. The quality of a position-sensitive neutron detector is determined by the following characteristics: time resolution, position resolution, registration efficiency, separating ability of neutrons and gamma quanta, energy detection threshold.
Характеристики детектора:
временное разрешение (вместе с электроникой) 1,4 нс;
позиционное разрешение при длине 100 см 10 см;
энергетический порог регистрации нейтронов 0,5 МэВ;
эффективность регистрации нейтронов при средней энергии нейтронов по спектру деления 40%
Разделяющая способность нейтронов и гамма-квантов >100.Detector Features:
time resolution (together with electronics) 1.4 ns;
positional resolution with a length of 100 cm 10 cm;
energy threshold of neutron registration 0.5 MeV;
neutron detection efficiency at an average neutron energy in the fission spectrum of 40%
Separating power of neutrons and gamma rays> 100.
Детектор характеризуется также:
надежностью в работе (>1000 часов работы), низкой стоимостью (по сравнению с прототипом), возможностью быстрой замены элементов конструкции.The detector is also characterized by:
reliability in work (> 1000 hours of work), low cost (compared with the prototype), the ability to quickly replace structural elements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5064939 RU2087923C1 (en) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | Position-sensing neutron detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5064939 RU2087923C1 (en) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | Position-sensing neutron detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2087923C1 true RU2087923C1 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=21614566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5064939 RU2087923C1 (en) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | Position-sensing neutron detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2087923C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103245680A (en) * | 2013-05-08 | 2013-08-14 | 中国原子能科学研究院 | Fast neutron imaging method and system based on time-of-flight method |
ES2611989A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-11 | Scientifica International S.L.U. | Scintillation particle detector with an expansion chamber (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
-
1992
- 1992-07-21 RU SU5064939 patent/RU2087923C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Бюллетень International Nuclear Data Commitee INDS (CPR)-005/G (1985), р. 1 - 7. 2. Nuclear Instruments and Methods 185 (1981), р. 165 - 174. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103245680A (en) * | 2013-05-08 | 2013-08-14 | 中国原子能科学研究院 | Fast neutron imaging method and system based on time-of-flight method |
ES2611989A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-11 | Scientifica International S.L.U. | Scintillation particle detector with an expansion chamber (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
WO2017081349A1 (en) | 2015-11-10 | 2017-05-18 | Scientifica International S.L.U. | Scintillation particle detector provided with an expansion chamber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6876711B2 (en) | Neutron detector utilizing sol-gel absorber and activation disk | |
US3898463A (en) | Scintillation counting apparatus | |
US5087818A (en) | Beta scintillation probe | |
Cennini et al. | Argon purification in the liquid phase | |
Porter et al. | Response of NaI, anthracene and plastic scintillators to electrons and the problems of detecting low energy electrons with scintillation counters | |
Jelley | Čerenkov radiation | |
Coomber | Radiochemical methods in analysis | |
US5146093A (en) | Liquid scintillation measurement system with active guard shield | |
KR20030022812A (en) | Radiation detection apparatus and method | |
SU1045094A1 (en) | Device for substance x-ray fluorescent analysis | |
RU2087923C1 (en) | Position-sensing neutron detector | |
US5367168A (en) | Method for discrimination and simultaneous or separate measurement of single or multiple electronic events in an opto-electronic detector | |
US2828423A (en) | Radiation detector device | |
Hovestadt et al. | A detector system for cosmic ray electrons | |
Maia et al. | A phototube RICH detector | |
US2821633A (en) | Scintillator | |
Sipp et al. | Fluorescence self-absorption effect and time resolution in scintillator counters | |
US3202819A (en) | Beta and gamma measuring apparatus for fluids | |
Lombardi | The optical system in Borexino | |
US3368074A (en) | Solid state nuclear detector | |
RU2217777C2 (en) | Device for evaluating concentration of radioactive materials | |
Hayashi | Recent developments in photomultipliers for nuclear radiation detectors | |
Lo et al. | Evaluation of the new generation RCA 8854 photomultiplier | |
Tremsin et al. | High efficiency angular selective detection of thermal and cold neutrons | |
RU2181900C2 (en) | Radiometric devices for measuring low-energy beta-radiators such as tritium |