RU2290669C1 - Activation detector of neutrons - Google Patents
Activation detector of neutrons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2290669C1 RU2290669C1 RU2005125967/28A RU2005125967A RU2290669C1 RU 2290669 C1 RU2290669 C1 RU 2290669C1 RU 2005125967/28 A RU2005125967/28 A RU 2005125967/28A RU 2005125967 A RU2005125967 A RU 2005125967A RU 2290669 C1 RU2290669 C1 RU 2290669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- beryllium
- scintillator
- thickness
- hollow cylinders
- detector
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для регистрации ионизирующих излучений, в частности к активационным детекторам нейтронов.The invention relates to devices for detecting ionizing radiation, in particular to activation neutron detectors.
Активационный детектор нейтронов предназначен для регистрации быстрых нейтронов с энергией более 1,5 МэВ от импульсного источника за короткий период времени при помощи активационного преобразователя из бериллия.An activation neutron detector is designed to detect fast neutrons with an energy of more than 1.5 MeV from a pulsed source in a short period of time using an activation converter from beryllium.
Известен детектор нейтронного излучения СДИ17 (см. статью Г.Н.Игнатьев, С.В.Ильина, Ф.Х.Насыров и др. "Детекторы импульсного излучения с избирательной чувствительностью". Технический прогресс в атомной промышленности. Серия: Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении. - 1990. - Вып.10-11. - С.73) [1].The known neutron radiation detector SDI17 (see the article by G.N. Ignatyev, S.V. Ilyin, F.Kh. Nasyrov and others. "Detectors of pulsed radiation with selective sensitivity. Technical progress in the nuclear industry. Series: Organization of production and progressive technology in instrument making. - 1990. - Issue 10-11. - P.73) [1].
Детектор содержит активационный преобразователь из бериллия для регистрации нейтронов с порогом 1,5 МэВ; сцинтиллятор пластмассовый для преобразования энергии бета-излучения в световую; световод для передачи световых импульсов сцинтиллятора на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и электронную схему.The detector contains an activation converter from beryllium for detecting neutrons with a threshold of 1.5 MeV; plastic scintillator for converting beta radiation into light energy; optical fiber for transmitting scintillator light pulses to a photomultiplier tube (PMT) and an electronic circuit.
Принцип действия детектора заключается в следующем: нейтронное излучение, взаимодействуя с преобразователем из бериллия, активирует его по реакции 9Ве(n,α)6Не, продукты активации распадаются с испусканием бета-излучения. Отдельные бета-частицы, попадая в сцинтиллятор, дают световые вспышки, которые с помощью ФЭУ преобразуются в электрические импульсы.The detector’s principle of operation is as follows: neutron radiation, interacting with a beryllium transducer, activates it by the reaction 9 Be (n, α) 6 He, the activation products decay with the emission of beta radiation. Separate beta particles, falling into the scintillator, produce light flashes, which are converted into electrical impulses using a PMT.
Недостатком этого детектора в сравнении с предлагаемым изобретением является низкая чувствительность к быстрым нейтронам. Чувствительность детектора равна 2,2*10-4 отсчетов* см2/нейтрон.The disadvantage of this detector in comparison with the present invention is its low sensitivity to fast neutrons. The sensitivity of the detector is 2.2 * 10 -4 samples * cm 2 / neutron.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство "Импульсный нейтронный детектор" (см. Патент США №4814623, кл. G 01 Т 3/06, 21.03.1989) с регистрацией импульсов быстрых нейтронов (с энергией больше 1,5 МэВ) [2].The closest technical solution to the proposed is the device "Pulse neutron detector" (see US Patent No. 4814623, CL G 01 T 3/06, 03/21/1989) with the registration of pulses of fast neutrons (with an energy of more than 1.5 MeV) [2 ].
В изобретении используется активационный преобразователь из бериллия, который взаимодействует с быстрыми нейтронами, в результате чего имеет место ядерная реакция 9Be(n,α)6Не. В свою очередь изотоп гелия 6He имеет период полураспада около 800 мс и распадается на литий (7Li) и бета-частицу. Бета-частица с граничной энергией 3,5 МэВ попадает в органический сцинтиллятор (водородосодержащий материал), где энергия бета-частиц преобразуется в световую. В изобретении предлагается два варианта исполнения импульсного нейтронного детектора: в виде смежных пластин из органического сцинтиллятора и бериллия толщиной 1/4 дюйма (около 0,06 см) каждая и в виде цилиндрического стержня из бериллия около 1/4 дюйма в диаметре, окруженного водородосодержащим органическим материалом.The invention uses an activation converter from beryllium, which interacts with fast neutrons, resulting in a nuclear reaction of 9 Be (n, α) 6 He. In turn, the 6 He helium isotope has a half-life of about 800 ms and decays into lithium ( 7 Li) and the beta particle. A beta particle with a limiting energy of 3.5 MeV enters the organic scintillator (hydrogen-containing material), where the energy of the beta particles is converted into light. The invention provides two embodiments of a pulsed neutron detectors are in the form of adjacent plates of the scintillator and organic beryllium thickness 1/4 inch (about 0.06 cm) each in the form of a cylindrical rod made of beryllium about 1/4 inch in diameter, surrounded by an organic Hydrogenous material.
В первом варианте две бериллиевые пластины зажаты между тремя пластинами органического сцинтиллятора, во втором варианте бериллиевый стержень зажат в полом цилиндре из органического сцинтиллятора.In the first embodiment, two beryllium plates are sandwiched between three plates of an organic scintillator, in the second embodiment, a beryllium rod is clamped in a hollow cylinder of an organic scintillator.
Недостатками прототипа являются: недостаточно высокие соотношения сигнал/шум и сигнал/фон, что влияет на чувствительность детектора к быстрым нейтронам.The disadvantages of the prototype are: insufficiently high signal / noise and signal / background ratios, which affects the sensitivity of the detector to fast neutrons.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является увеличение чувствительности детектора к быстрым нейтронам. Чувствительность детектора равна 5·10-2 отсчетов см2/нейтрон.The technical result provided by the claimed invention is to increase the sensitivity of the detector to fast neutrons. The sensitivity of the detector is 5 · 10 -2 counts cm 2 / neutron.
Технический результат достигается тем, что активационный детектор нейтронов, содержащий бериллиевый преобразователь нейтронов, органический сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель и светозащитный корпус, в отличие от аналогичных известных технических решений дополнительно содержит световоды, кольцевые сцинтилляторы и поглощающий экран из висмута, при этом бериллиевый преобразователь нейтронов выполнен из диска с толщиной стенок, равной не более длины пробега бета-излучения в бериллии, и такой же толщины полых цилиндров, органический сцинтиллятор выполнен в виде набора полых цилиндров с толщиной стенок не менее 1/4 длины пробега бета-частиц в сцинтилляторе и высотой, равной высоте полых цилиндров бериллиевого преобразователя нейтронов, поглощающий экран из висмута выполнен в виде полого цилиндра, диска той же толщины, что и полый цилиндр и набора колец, кольцевые сцинтилляторы выполнены с толщиной, равной толщине полых цилиндров органического сцинтиллятора, полые цилиндры бериллиевого преобразователя нейтронов размещены соосно между полыми цилиндрами из органического сцинтиллятора, полые цилиндры органического сцинтиллятора расположены между цилиндрическими поверхностями световодов, кольца поглощающего экрана из висмута расположены между торцевой поверхностью полых цилиндров бериллиевого преобразователя нейтронов и входным окном фотоэлектронного умножителя, внешняя поверхность полого цилиндра последнего полого цилиндра бериллиевого преобразователя нейтронов окружена цилиндрической поверхностью полого цилиндра поглощающего экрана из висмута, диск бериллиевого преобразователя нейтронов размещен в торцовой части детектора между кольцами сцинтиллятора и поверхностью диска поглощающего экрана из висмута, торцевые поверхности полых цилиндров бериллиевого преобразователя нейтронов, обращенные к входу детектора, соединены с диском бериллиевого преобразователя нейтронов, а кольца сцинтилляторов оптически сопряжены с торцевыми поверхностями световодов.The technical result is achieved in that the activation neutron detector containing a beryllium neutron converter, an organic scintillator, a photomultiplier and a light-shielding housing, in contrast to similar known technical solutions, additionally contains optical fibers, ring scintillators and an absorbing screen made of bismuth, while the beryllium neutron converter is made of a disk with a wall thickness equal to not more than the mean free path of beta radiation in beryllium, and the same thickness of hollow cylinders, organic cue scintillator configured as a set of hollow cylinders with a wall thickness of not less than 1/4 of run-length beta-particles in the scintillator and a height equal to the height of the hollow cylinder beryllium neutron converter absorbing screen of bismuth is in the form of a hollow cylinder, a disc of the same thickness, and a hollow cylinder and a set of rings, ring scintillators are made with a thickness equal to the thickness of the hollow cylinders of the organic scintillator, the hollow cylinders of the beryllium neutron transducer are placed coaxially between the hollow cylinders of the organ scintillator, hollow cylinders of the organic scintillator are located between the cylindrical surfaces of the optical fibers, the rings of the bismuth absorption screen are located between the end surface of the hollow cylinders of the beryllium neutron converter and the input window of the photomultiplier tube, the outer surface of the hollow cylinder of the last hollow cylinder of the beryllium neutron converter is surrounded by the cylindrical surface of the beryllium neutron converter from bismuth, the beryllium converter disk is not thrones arranged in the end face of the detector between the rings and the surface of the scintillator disc absorbing screen of bismuth, the end surfaces of the hollow cylinders beryllium neutron converter facing the entry detector, coupled with the disk beryllium neutron converter, and the rings scintillators optically conjugate with the end faces of optical fibers.
Толщина стенок бериллиевого преобразователя должна быть равна не более длины пробега бета-частиц в бериллии. Если толщину стенок бериллиевого преобразователя взять больше, чем длина пробега бета-частиц в бериллии, то бета-частицы не будут выходить из бериллия. Если толщину стенок бериллия взять меньше, чем длина пробега бета-частиц в бериллии, это приводит к уменьшению чувствительности. Толщина стенок сцинтиллятора подобрана экспериментально. Толщины стенок органического сцинтиллятора выбираются не менее 1/4 длины пробега бета-частиц в сцинтилляторе, чтобы снизить влияние фоновых излучений на него, тем самым повысить отношения сигнал/шум и сигнал/фон соответственно. При выборе очень тонкого сцинтиллятора бета-частицы проходят сцинтиллятор, теряя незначительную энергию, вследствие чего полезный сигнал теряется в шумовом сигнале. При большей толщине сцинтиллятора повышается фон, так как фиксируются вспышки от фоновых излучений, поэтому уменьшается чувствительность. Тонкие органические сцинтилляторы окружены цилиндрическими световодами, которые служат для передачи световых вспышек к ФЭУ. Такая конструкция повышает чувствительность детектора к быстрым нейтронам, делая ее равной 5·10-2 отсчетов см2/нейтрон.The wall thickness of the beryllium transducer should be equal to not more than the mean free path of beta particles in beryllium. If the wall thickness of the beryllium transducer is taken to be greater than the mean free path of beta particles in beryllium, then the beta particles will not come out of beryllium. If the wall thickness of beryllium is taken less than the mean free path of beta particles in beryllium, this leads to a decrease in sensitivity. The scintillator wall thickness was selected experimentally. The thicknesses of the organic scintillator walls are selected for at least one quarter the length of run of beta particles in the scintillator in order to reduce the effect of background radiation on it, thereby increase the signal / noise and signal / background respectively. When choosing a very thin scintillator, beta particles pass through the scintillator, losing little energy, as a result of which the useful signal is lost in the noise signal. With a larger thickness of the scintillator, the background increases, since flashes from background radiation are fixed, so the sensitivity decreases. Thin organic scintillators are surrounded by cylindrical optical fibers, which serve to transmit light flashes to a PMT. This design increases the sensitivity of the detector to fast neutrons, making it equal to 5 · 10 -2 counts cm 2 / neutron.
Для защиты от фона чувствительный элемент детектора окружен висмутом. На чертеже приведена схема предлагаемого активационного детектора нейтронов, где: 1 - светозащитный корпус, 2 - полые цилиндры бериллиевого преобразователя, 3 - полые цилиндры органического сцинтиллятора, 4 - цилиндрические световоды, 5 - полый цилиндр из висмута, 6 - диск из висмута, 7 - бериллиевый преобразователь в виде диска, 8 - кольца из висмута, 9 - фотоэлектронный умножитель, 10 - сцинтилляторы в форме колец.To protect against the background, the sensitive element of the detector is surrounded by bismuth. The drawing shows a diagram of the proposed neutron activation detector, where: 1 - a light-shielding case, 2 - hollow cylinders of a beryllium transducer, 3 - hollow cylinders of an organic scintillator, 4 - cylindrical optical fibers, 5 - a hollow cylinder of bismuth, 6 - a disk of bismuth, 7 - a beryllium converter in the form of a disk, 8 - bismuth rings, 9 - a photomultiplier, 10 - scintillators in the form of rings.
Активационный детектор нейтронов содержит размещенные внутри светозащитного корпуса 1: полые цилиндры бериллиевого преобразователя 2, окруженный полыми цилиндрами органический сцинтиллятор 3, световод 4 и поглощающий экран из висмута, выполненный в виде полого цилиндра 5 и такой же толщины диска 6; при этом бериллиевый преобразователь выполнен из диска 7 и такой же толщины N-числа полых цилиндров 2, размещенных соосно между полыми цилиндрами из органического сцинтиллятора 3, высота которых равна высоте цилиндров бериллиевого преобразователя 2, расположенными между цилиндрическими поверхностями световодов 4, высота которых равна сумме высот бериллиевого преобразователя 2 и висмутового кольца 8 за вычетом толщины кольцевых сцинтилляторов 10. Каждое из висмутовых колец 8 расположено между торцевой поверхностью соответствующего полого цилиндра бериллиевого преобразователя 2 и входным окном фотоэлектронного умножителя 9; внешняя поверхность полого цилиндра последнего бериллиевого преобразователя 2 окружена цилиндрической поверхностью полого цилиндра из висмута 5, а торцевые поверхности полых цилиндров бериллиевого преобразователя 2, обращенные к входу детектора, соединены с диском бериллиевого преобразователя 7, размещенным в торцовой части детектора, между кольцами сцинтиллятора 10 и поверхностью диска поглощающего экрана из висмута 6, толщина которого равна толщине поглощающего цилиндра из висмута 5. Толщина колец сцинтиллятора 10 равна толщине стенок полых цилиндров органического сцинтиллятора 3, при этом первые оптически соединены с торцевыми поверхностями световодов 4.The activation neutron detector contains inside the light-shielding housing 1: hollow cylinders of the beryllium transducer 2, an organic scintillator 3 surrounded by hollow cylinders, a light guide 4 and an absorbing screen made of bismuth, made in the form of a hollow cylinder 5 and the same thickness of the disk 6; wherein the beryllium converter is made of a disk 7 and the same thickness of the N-number of hollow cylinders 2, placed coaxially between the hollow cylinders of the organic scintillator 3, the height of which is equal to the height of the cylinders of the beryllium converter 2, located between the cylindrical surfaces of the optical fibers 4, the height of which is equal to the sum of the heights beryllium transducer 2 and bismuth ring 8 minus the thickness of the annular scintillators 10. Each of the bismuth rings 8 is located between the end surface of the corresponding hollow a beryllium converter cylinder 2 and an input window of a photoelectronic multiplier 9; the outer surface of the hollow cylinder of the last beryllium transducer 2 is surrounded by the cylindrical surface of the hollow cylinder of bismuth 5, and the end surfaces of the hollow cylinders of the beryllium transducer 2 facing the input of the detector are connected to the disk of the beryllium transducer 7 located in the end of the detector, between the rings of the scintillator 10 and the surface the disk of the absorbing screen of bismuth 6, the thickness of which is equal to the thickness of the absorbing cylinder of bismuth 5. The thickness of the rings of the scintillator 10 is equal to the thickness of the wall hollow cylinders organic scintillator 3, wherein the first optically connected with the end faces of optical fibers 4.
Устройство работает следующим образом: при взаимодействии быстрых нейтронов с цилиндром бериллиевого преобразователя 2 и диском бериллиевого преобразователя 7 происходит преобразование нейтронного излучения в бета-излучение, так как протекает ядерная реакция 9Be(n,α)6Не. Изотоп гелия (6He) распадается на литий и бета-частицу. С помощью тонкого органического сцинтиллятора 3 бета-частицы, образовавшиеся в результате взаимодействия быстрых нейтронов с бериллием, регистрируются. Вспышки от полых цилиндров органического сцинтиллятора 3 попадают в световоды 4, далее световые импульсы регистрируются ФЭУ 9. ФЭУ 9 преобразует световые импульсы в электрические. Цилиндр из висмута 5 и диск из висмута 6 защищают детектор от внешних гамма- и бета-излучений, которые ухудшают чувствительность, вызывая вспышки цилиндрических сцинтилляторов 3, 10. Кольца из висмута 8 служат для защиты ФЭУ 9 от бета-излучения бериллиевого преобразователя 1. Все детали помещены в светозащитный корпус 1. Световоды 4 увеличивают площадь светосбора и тем самым способствуют повышению чувствительности детектора, а также исключению активации стекла ФЭУ 9. Световоды 4 находятся в оптическом контакте со сцинтилляторами 3 и с ФЭУ 9. Конструкция чувствительной области детектора выбрана в виде соосных цилиндров, из чередующихся слоев бериллия, органического сцинтиллятора, световода. Это позволяет: во-первых, снизить образование вторичных взаимодействий, тем самым повысить отношение сигнал/шум; во-вторых, при увеличении чувствительного объема детектора повысить эффективность регистрации детектора. Толщина активационного материала из бериллия определена пробегом бета-частиц в нем и приборной чувствительностью.The device operates as follows: when fast neutrons interact with the cylinder of the beryllium transducer 2 and the disk of the beryllium transducer 7, the neutron radiation is converted to beta radiation, since the nuclear reaction 9 Be (n, α) 6 He proceeds. The helium isotope ( 6 He) decays into a lithium and beta particle. Using a thin organic scintillator, 3 beta particles formed as a result of the interaction of fast neutrons with beryllium are recorded. The flashes from the hollow cylinders of the organic scintillator 3 fall into the optical fibers 4, then the light pulses are detected by a PMT 9. The PMT 9 converts the light pulses into electric ones. A cylinder made of bismuth 5 and a disk made of bismuth 6 protect the detector from external gamma and beta radiation, which impair sensitivity, causing flashes of cylindrical scintillators 3, 10. Rings from bismuth 8 serve to protect the PMT 9 from beta radiation of beryllium transducer 1. All the parts are placed in a light-protective housing 1. The optical fibers 4 increase the light collection area and thereby contribute to increasing the sensitivity of the detector, as well as the exclusion of activation of PMT 9 glass. The optical fibers 4 are in optical contact with scintillators 3 and with PMTs 9. Cons The structure of the sensitive region of the detector is selected in the form of coaxial cylinders from alternating layers of beryllium, an organic scintillator, and a fiber. This allows: firstly, to reduce the formation of secondary interactions, thereby increasing the signal-to-noise ratio; secondly, with an increase in the sensitive volume of the detector, increase the detection efficiency of the detector. The thickness of the activation material from beryllium is determined by the range of beta particles in it and the instrument sensitivity.
Источники информацииInformation sources
1. Г.Н.Игнатьев, С.В.Ильина, Ф.Х.Насыров и др. "Детекторы импульсного излучения с избирательной чувствительностью". Технический прогресс в атомной промышленности. Серия: Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении. - 1990. - Вып.10-11. - С.73.1. G.N. Ignatiev, S.V. Ilyina, F.Kh. Nasyrov and others. "Detectors of pulsed radiation with selective sensitivity." Technological progress in the nuclear industry. Series: Organization of production and advanced technology in instrument making. - 1990. - Iss. 10-11. - S. 73.
2. Патент США №4814623, G 01 Т 3/06, 21.03.1989 (прототип).2. US patent No. 4814623, G 01 T 3/06, 03/21/1989 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005125967/28A RU2290669C1 (en) | 2005-08-15 | 2005-08-15 | Activation detector of neutrons |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005125967/28A RU2290669C1 (en) | 2005-08-15 | 2005-08-15 | Activation detector of neutrons |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2290669C1 true RU2290669C1 (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=37759912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005125967/28A RU2290669C1 (en) | 2005-08-15 | 2005-08-15 | Activation detector of neutrons |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2290669C1 (en) |
-
2005
- 2005-08-15 RU RU2005125967/28A patent/RU2290669C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5231402B2 (en) | Neutron and gamma ray monitors | |
| EP2705386B1 (en) | Neutron spectrometer | |
| JP2006524327A (en) | Detector element for spatially resolved detection of gamma rays | |
| EA038969B1 (en) | Gamma and neutron radiation detection unit | |
| Vitullo et al. | Developing and testing a miniature fiber-coupled scintillator for in-core neutron counting in CROCUS | |
| US4814623A (en) | Pulsed neutron detector | |
| JP5846960B2 (en) | Radiation detector | |
| RU2189057C2 (en) | Scintillation detector of neutron and gamma radiation | |
| RU2290669C1 (en) | Activation detector of neutrons | |
| JPH09197050A (en) | Radiation detector | |
| RU2308056C1 (en) | Scintillation detector | |
| CN116047576A (en) | Neutron detector and preparation method thereof | |
| CN114488256A (en) | Novel multi-particle ray radiation detector | |
| CN112114345B (en) | Device and method for directly measuring radioactivity in soil | |
| KR100680595B1 (en) | Phoswich detector for simultaneous detection of alpha and beta rays in a pipe | |
| RU2190240C2 (en) | Scintillation detector | |
| RU56003U1 (en) | DETECTOR OF NEUTRONS AND GAMMA QUANTUM | |
| KR20160103711A (en) | Cherenkov neutron detector and detection method | |
| RU2371740C1 (en) | Hodoscope | |
| EP3444639A1 (en) | Fast neutron detector based on proton recoil detection in a composite scintillator with embedded wavelength-shifting fibers | |
| RU2272301C1 (en) | Scintillating neutron detector | |
| RU2751761C1 (en) | Neutron detector with polylayer structure | |
| RU2814061C1 (en) | Scintillation detector of neutron and gamma radiation | |
| RU2217777C2 (en) | Device for evaluating concentration of radioactive materials | |
| RU119131U1 (en) | SCINTILLATION DETECTOR OF ELECTRONS AND BETA RADIATION |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20100915 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110816 |