RU226117U1 - Компактный низкофоновый счетчик нейтронов на основе гелий-3 - Google Patents
Компактный низкофоновый счетчик нейтронов на основе гелий-3 Download PDFInfo
- Publication number
- RU226117U1 RU226117U1 RU2023132367U RU2023132367U RU226117U1 RU 226117 U1 RU226117 U1 RU 226117U1 RU 2023132367 U RU2023132367 U RU 2023132367U RU 2023132367 U RU2023132367 U RU 2023132367U RU 226117 U1 RU226117 U1 RU 226117U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- helium
- counter
- background
- counter based
- neutron counter
- Prior art date
Links
- SWQJXJOGLNCZEY-BJUDXGSMSA-N helium-3 atom Chemical compound [3He] SWQJXJOGLNCZEY-BJUDXGSMSA-N 0.000 title claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 5
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N alpha-particle Chemical compound [4He+2] LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к измерению ядерных излучений, а именно к детектированию нейтронов с применением пропорционального счетчика на основе 3Не. Компактный низкофоновый счетчик нейтронов на основе гелий-3 включает металлический корпус с внутренним покрытием медным слоем, причем внутреннее покрытие корпуса медным слоем имеет толщину не менее 25 мкм. Техническим результатом является упрощение технологии изготовления счетчика нейтронов со сниженным внутренним α-фоном. 6 ил.
Description
Полезная модель относится к измерению ядерных излучений, а именно к детектированию нейтронов с применением пропорционального счетчика на основе 3Не.
Уровень техники
Счетчики нейтронов на основе гелий-3 (СН) являются одним из основных инструментов для регистрации медленных (тепловых) нейтронов.
Принцип детектирования нейтронов состоит в применении пропорционального счетчика на основе 3Не. Сечение взаимодействия тепловых нейтронов с 3Не составляет 5333 барн [Firestone R.B. et al. Table of isotopes. 8-th edition. N.Y.: Wiley, 1998.]. Нейтроны регистрируются в реакции: n+3He→t+p (Q=0,764 МэВ). Детектор наполнен 3Не и 40Ar. Пропорциональный счетчик обычно представляет собой цилиндр, который служит катодом, а анодом - тонкая (10-100 мкм) металлическая нить, натянутая по оси цилиндра (см. рис. 1). Характерный спектр тепловых нейтронов представлен на рисунке 2, пик тепловых нейтронов с энергией 754 кэВ обозначен цифрой 3. События слева от пика 764 кэВ на рис. 2 обусловлены стеночным эффектом и были использованы для контроля линейности энергетической шкалы.
В пропорциональных счетчиках основной фон определяется содержанием в стенках корпуса α-активными элементами [S.R Hashemi-Nezhad, L.S Peak, Limitation on the response of3He counters due to intrinsic alpha emission, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 416, Issue 1, 1998, Pages 100-108, ISSN 0168-9002, https://doi.org/10.1016/80168-9002(98)00565-8]. При распаде таких элементов α-частицы попадают в рабочий объем счетчика и оставляют там энергию вплоть до 9 МэВ. При очень низком потоке тепловых нейтронов, α-фон может преобладать над числом нейтронов. Один из способов снижения фона - нанесение на внутреннюю поверхность счетчика слоя из электропроводного материала с толщиной достаточной для поглощения α-частиц, вылетевших из стенок катода и в тоже время с низким собственным содержанием α-загрязнителей. Второй способ снижения фона отбор событий по форме импульса, нами рассматриваться не будет [TJ. Langford, CD. Bass, E.J. Beise, et al., Event identification in 3He proportional counters using risetime discrimination. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 717 51-57 (2013). DOI: 10.1016/j.nima.2013.03.062, J. Balibrea-Correa, G.F. Ciani, R. Buompane, F. Cavanna, L. Csedreki, R. Depalo, F. Ferraro, A. Best, Improved pulse shape discrimination for high pressure 3He counters, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 906,2018, Pages 103-109, ISSN 0168-9002, https://doi.Org/10.1016/i.nima.2018.07.086.].
Наиболее близким аналогом (прототип) к заявленной полезной модели является нейтронный пропорциональный счетчик СНМ-57 [Видякин Г.С.и др. // ПТЭ. 1989. №4. С. 70., ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2010, том 74, №4, с. 500-502]. Счетчик представляет собой трубку из нержавеющей стали, внутри вдоль счетчика натянута сигнальная нить. Счетчик заполняется смесью газов 3Не и 40Ar. Для понижения собственного α-фона счетчика на внутреннюю поверхность нержавеющей трубки (корпус счетчика) наносился слой фторопласта толщиной 50÷60 мкм, далее для получения поверхностной проводимости наносился слой электролитической меди <1 мкм. Изготовленные таким образом счетчики обладали в ~ 10 раз меньшим уровнем фона, по сравнению со счетчиком из тех же материалов и без дополнительного внутреннего покрытия.
Данный пропорциональный счетчик принимается за прототип, как наиболее близкий по технической сущности. Известное устройство имеет следующие недостатки: необходимость использования двух разных материалов для нанесения на внутреннюю поверхность корпуса, что значительно усложняет процесс изготовления.
Технической задачей полезной модели является снижение внутреннего α-фона счетчика нейтронов с одновременным упрощением технологии изготовления.
Техническая задача решается за счет того, что внутреннее покрытие корпуса является однородным и представляет собой слой меди, который имеет толщину не менее 25 мкм.
Описание фигур
Рис. 1 Схема пропорционального счетчика.
1 - анод, металлическая нить; 2 - катод, корпус счетчика.
Рис.2. Характерный спектр тепловых нейтронов, полученный нашим счетчиком нейтронов с 3Не.
По оси X - номер канала аналого-цифрового преобразователя, по оси Y - число отсчетов. Виден нейтронный пик 764 кэВ (цифра - 3), события слева от пика обусловлены стеночным эффектом.
Рис. 3. Нейтронный счетчик с нанесенным дополнительным внутренним слоем:
1 - нить (анод), 2 - корпус счетчика из нержавеющей стали (катод), 4 - дополнительный слой из меди 50÷70 мкм. Рисунок выполнен не в масштабе.
Рис. 4. На рисунке представлена зависимость пробега α-частицы от величины ее энергии в меди.
По оси X - Энергия, МэВ. По оси Y - Пробег, мкм. Расчет выполнен в программе SRIM (http://www.srim.org/). Рис. 5. Энергетический спектр, полученный с двух счетчиков. По оси X - Энергия, кэВ, по оси Y - число отсчетов в сутки.
Черный - спектр с обычного счетчика «ГЕЛИЙ-25/260-2,0/ОЦ», серый - спектр с нашего низкофонового счетчика нейтронов. 3 - суммарный пик t+p (тритон+протон, соответственно), равный 764 кэВ, 5 - α-пики собственного загрязнения материалов счетчика, 6 - α-фон.
Рис. 6. Энергетический спектр, полученный с двух счетчиков.
По оси X - Энергия, кэВ, по оси Y - число отсчетов / (сутки * 125 кэВ). Число отсчетов приведено к площади нашего счетчика.
Черный пунктир - спектр с прототипа, серый - спектр с нашего низкофонового счетчика нейтронов.
Осуществление
Для работы был взят счетчик медленных нейтронов «ГЕЛИЙ-25/260-2,0/ОЦ», наполненный смесью газов (гелий-3 и аргона), производства ООО «НПФ КОНСЕНСУС» М.О., Запрудня.
Для расчета минимальной толщины слоя использовалась программа The Stopping and Range of Ions in Matter (SRIM), в переводе - Остановка и прохождение ионов в веществе, [Ziegler, J.F., Ziegler, M.D., Biersack, J.P., SRIM - The stopping and range of ions in matter (2010), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. Volume 268, Issue 11-12, June 2010, Pages 1818-1823, https://doi.Org/l0.1016/i.nimb.2010.02.091]. Программа является свободно доступной в сети
Claims (1)
- Компактный низкофоновый счетчик нейтронов на основе гелий-3, включающий металлический корпус с внутренним покрытием медным слоем, отличающийся тем, что внутреннее покрытие корпуса медным слоем имеет толщину не менее 25 мкм.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU226117U1 true RU226117U1 (ru) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2149193A (en) * | 1983-09-30 | 1985-06-05 | Kernforschungsz Karlsruhe | Neutron and/or gamma radiation detecting system |
| RU2062523C1 (ru) * | 1993-07-05 | 1996-06-20 | Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского | ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ СЧЕТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ УРОВНЕЙ α -РАДИОАКТИВНОСТИ |
| RU9977U1 (ru) * | 1998-07-06 | 1999-05-16 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Пропорциональный счетчик |
| CN109613600A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-12 | 中国辐射防护研究院 | 一种掺镓玻璃测量中子的方法 |
| EP3042222B1 (fr) * | 2013-09-06 | 2019-10-02 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Système et procédé de détection de rayonnements neutron, gamma et muon avec des scintillateurs plastiques contigus |
| EP3365708B1 (fr) * | 2015-10-20 | 2020-04-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Systeme de detection de neutrons et procede de detection associe |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2149193A (en) * | 1983-09-30 | 1985-06-05 | Kernforschungsz Karlsruhe | Neutron and/or gamma radiation detecting system |
| RU2062523C1 (ru) * | 1993-07-05 | 1996-06-20 | Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского | ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ СЧЕТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ УРОВНЕЙ α -РАДИОАКТИВНОСТИ |
| RU9977U1 (ru) * | 1998-07-06 | 1999-05-16 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Пропорциональный счетчик |
| EP3042222B1 (fr) * | 2013-09-06 | 2019-10-02 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Système et procédé de détection de rayonnements neutron, gamma et muon avec des scintillateurs plastiques contigus |
| EP3365708B1 (fr) * | 2015-10-20 | 2020-04-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Systeme de detection de neutrons et procede de detection associe |
| CN109613600A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-12 | 中国辐射防护研究院 | 一种掺镓玻璃测量中子的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Розов С. В. и др. Система мониторинга потока тепловых нейтронов в эксперименте по поиску темной материи EDELWEISS-II //Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2010, Т. 74, N. 4, с. 500-502. S.R Hashemi-Nezhad, L.S Peak, Limitation on the response of 3He counters due to intrinsic alpha emission, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 416, Issue 1, 1998, Pages 100-108, ISSN 0168-9002, https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)00565-8. А.Г. Липсон и др., Аномальное поглощение тепловых нейтронов в меди в присутствии сильных механических напряжений, Физика твердого тела, 1998, том 40, N2, c. 254-259. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Manalaysay et al. | Spatially uniform calibration of a liquid xenon detector at low energies using K83mr | |
| Andersson et al. | A neutron rem counter | |
| Ito et al. | Large solid angle spectrometer for the measurements of differential (n, charged-particle) cross sections | |
| Yang et al. | A multi-cell fission chamber for fission cross-section measurements at the Back-n white neutron beam of CSNS | |
| CN112904403A (zh) | 一种宽能谱中子注量在线监测系统 | |
| RU226117U1 (ru) | Компактный низкофоновый счетчик нейтронов на основе гелий-3 | |
| JP2006194625A (ja) | 中性子検出器 | |
| Stern et al. | Ion chambers for fluorescence and laboratory EXAFS detection | |
| Perlow | Recoil Type Neutron Spectrometer for 0.05 to 1 Mev | |
| Woźnicka | Review of Neutron Diagnostics Based on Fission Reactions Induced by Fusion Neutrons | |
| Tepper et al. | A compressed xenon ionization chamber X-ray/gamma-ray detector incorporating both charge and scintillation collection | |
| Gao et al. | First experiment on neutron resonance radiography with a Micromegas detector at the Back-n white neutron source | |
| Kern et al. | Li 6 (n, t) He 4 Cross Section for 12.5-to 18.3-Mev Neutrons | |
| CN103424767A (zh) | 一种测定U-Pu混合物中235U和239Pu含量的方法 | |
| Friesenhahn et al. | MEASUREMENTS OF THE | |
| Als-Nielsen et al. | Precision measurement of thermal neutron beam densities using a 3He proportional counter | |
| Seufert et al. | A Method for Absolute Determination of 238U Capture Rates in Fast Zero-Power Reactors | |
| Nesenevich et al. | A comparative analysis of the sensitivity of CsI (Tl), ZnO (Ga), and YAG (Ce) scintillators to the plasma background radiation under operating conditions of the ITER tokamak reactor | |
| Shibata et al. | A low background neutron measuring system and its application to the detection of neutrons produced by the D2O electrolysis | |
| Lakosi et al. | Determination of the production rate of low intensity isomeric transitions | |
| Antolković et al. | Applications of time measurements to charged particle detection in reactions with 14.4 MeV neutrons | |
| Ōbu et al. | Gamma-ray discrimination in a proton-recoil spectrometer for a fast reactor spectrum measurement | |
| Hochel et al. | Background reduction and noise discrimination in the proportional counting of tritium using pulse-shape analysis | |
| CN118797213A (zh) | 一种基于多探测器的元素检测限计算方法及装置 | |
| Barfoot et al. | The analysis of air particulate deposits using 2 MeV protons |