RU2300121C1 - Mode of detection of direction to the source of fast neutrons - Google Patents

Mode of detection of direction to the source of fast neutrons Download PDF

Info

Publication number
RU2300121C1
RU2300121C1 RU2005129790/28A RU2005129790A RU2300121C1 RU 2300121 C1 RU2300121 C1 RU 2300121C1 RU 2005129790/28 A RU2005129790/28 A RU 2005129790/28A RU 2005129790 A RU2005129790 A RU 2005129790A RU 2300121 C1 RU2300121 C1 RU 2300121C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
source
neutrons
radiation
fast neutrons
fiber
Prior art date
Application number
RU2005129790/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Бармаков (RU)
Юрий Николаевич Бармаков
Евгений Петрович Боголюбов (RU)
Евгений Петрович Боголюбов
Виталий Иванович Микеров (RU)
Виталий Иванович Микеров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
Priority to RU2005129790/28A priority Critical patent/RU2300121C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2300121C1 publication Critical patent/RU2300121C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: the invention is used for detection of direction to the source of fast neutrons.
SUBSTANCE: the essence is in using a fiber-optical screen -transformation out of longitudinal fibers with a phosphor mask marked in a chess order on one of its end-face surfaces for registration of thermal neutrons, the changing of quantity of photons from one side of the fiber-optical screen-transformation to another is registered and according to calibration values of a light signal received under different angles of dropping of a beam of penetrating radiation or the plane on which the source of fast neutrons is defined according to the value a signal's gradient between opposite sides of the fiber-optical screen-transformer and for definition of direction to the source it is necessary to turn the fiber-optical screen-transformer so that its longitudinal axle be perpendicular to early found plane and repeatedly measure the direction of the gradient indicating in this case to the source of radiation. At that according to the value of the ratio of signals from thermal neutrons and fast neutrons identification of the source of radiation is carried out.
EFFECT: definition of the direction to the source of fast neutrons, identification of the source of radiation, exposure of nuclear substances and articles from them camouflaged in neutron retarding mediums.
2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования и/или анализа материалов путем определения их физических свойств, конкретно к обнаружению радиоактивных материалов.The invention relates to the field of research and / or analysis of materials by determining their physical properties, specifically to the detection of radioactive materials.

Известен способ анализа многокомпонентных материалов, согласно которому исследуемый образец помещают между источником γ-излучения и детектором. Далее γ-кванты регистрируют, импульсы детектора усиливают и через счетчик направляют в вычислительное устройство (контроллер), после обработки информацию выводят на дисплей. Патент Великобритании №2088050, G01N 23/08, 1998 г.A known method of analysis of multicomponent materials, according to which the test sample is placed between the source of γ-radiation and the detector. Next, γ-quanta are recorded, the detector pulses are amplified and sent through a counter to a computing device (controller), after processing, the information is displayed. UK patent No. 2088050, G01N 23/08, 1998

Недостатком изобретения является необходимость использовать источник радиоактивного излучения и детектор с высоким энергетическим разрешением.The disadvantage of the invention is the need to use a radiation source and a detector with high energy resolution.

Известен способ обнаружения контрабанды на основе полиэнергетического источника γ-излучения и спектрометрических оценок γ-излучения. Патент Российской Федерации №2161299, МПК: G01N 23/08, 2000 г.A known method for detecting contraband based on a polyenergy source of γ-radiation and spectrometric estimates of γ-radiation. Patent of the Russian Federation №2161299, IPC: G01N 23/08, 2000

Недостатком изобретения являются трудности определения состава скрытого материала, поскольку величина альбедо (показателя отражения) широкого пучка γ-излучения не позволяет связать интенсивность регистрируемого γ-излучения с атомным номером или плотностью отражающего вещества и, следовательно, не позволяет идентифицировать характер скрытой закладки. Недостатком изобретения является также необходимость использовать источник радиоактивного излучения и детектор с высоким энергетическим разрешением.The disadvantage of the invention is the difficulty in determining the composition of the hidden material, since the albedo (reflection index) of a wide beam of γ-radiation does not allow us to relate the intensity of the detected γ-radiation to the atomic number or density of the reflecting substance and, therefore, does not allow us to identify the nature of the hidden bookmark. A disadvantage of the invention is the need to use a radiation source and a high energy resolution detector.

Известен способ определения проникающего излучения и ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество. Импульсами протонов длительностью 5-50 нс облучают сборку, временное распределение гамма-квантов регистрируют в течение 200-2000 нс после прохождения через исследуемый объект облучающего импульса, вызывающего в делящихся материалах эмиссию запаздывающих гамма-квантов. Для каждого зарегистрированного гамма-кванта измеряют его энергию, запоминают время регистрации. Патент Российской Федерации №2130653, G21С 17/06, Бюл. №14, 1999 г.A known method of determining penetrating radiation and nuclear-physical parameters and elemental composition of the assembly containing fissile material. Proton pulses of 5-50 ns duration irradiate the assembly, the temporal distribution of gamma rays is recorded for 200-2000 ns after passing through the object under study an irradiation pulse that causes the emission of delayed gamma rays in fissile materials. For each registered gamma-ray, its energy is measured, and the registration time is stored. Patent of the Russian Federation No. 2130653, G21C 17/06, Bull. No. 14, 1999

Изобретение основано на методике сравнения с калибровочными данными при регистрации запаздывающих гамма-квантов и применимо только в условиях сложной стационарной установки.The invention is based on a comparison method with calibration data when registering delayed gamma rays and is applicable only in complex stationary installations.

Известен способ, в котором тяжелые заряженные частицы с энергией 5-6 МэВ в виде коротких импульсов и МГц-частотой повторения, конвертируют, получая слабонаправленный поток быстрых нейтронов, формируют пучок нейтронов карандашного типа, направляют его на инспектируемый объект и перемещают по поверхности объекта. Активируют по микрообъемам вещество объекта (закладку, контрабанду), регистрируют характеристические гамма-кванты элементов, входящих в состав этого вещества. Патент США №5076993, МПК: G21G 1/06, 1991 г.A method is known in which heavy charged particles with an energy of 5-6 MeV in the form of short pulses and a MHz repetition rate are converted to receive a weakly directed fast neutron flux, a pencil-type neutron beam is formed, directed to an inspected object, and moved along the surface of the object. The substance of an object (bookmark, contraband) is activated by microvolumes, characteristic gamma-quanta of the elements that make up this substance are recorded. U.S. Patent No. 5076993, IPC: G21G 1/06, 1991

В данном способе для отображения содержимого объекта на мониторах применяют времяпролетный анализ для построения трехмерного изображения внутреннего содержимого объекта.In this method, time-of-flight analysis is used to display the contents of an object on monitors to construct a three-dimensional image of the internal contents of an object.

Способ не применим для инспекции ядерных материалов, сокрытых в средах нейтронозамедляющих легкоэлементных веществ (типа воды, нефти, спирта и т.п.) или прикрытых защитными экранами из веществ большого атомного номера Z. Способ не применим в условиях производства и полевых условиях.The method is not applicable for the inspection of nuclear materials hidden in the environment of neutron-slowing element elements (such as water, oil, alcohol, etc.) or covered with protective shields from substances of large atomic number Z. The method is not applicable in the production and field conditions.

Известен способ обнаружения проникающего излучения в виде потока нейтронов с помощью волоконного блока из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, основанный на рождении протонов отдачи в материале волокна, преобразовании энергии протонов отдачи в световое излучение и регистрации излучения позиционно-чувствительным фотоприемником. Патент Российской Федерации №2119178, МПК: G01Т 3/06, Бюл. №26, 1998 г. Прототип.A known method of detecting penetrating radiation in the form of a neutron flux using a fiber block of layers of polymer scintillating optical fibers, based on the creation of recoil protons in the fiber material, the conversion of recoil proton energy into light radiation and registration of radiation by a position-sensitive photodetector. Patent of the Russian Federation No. 2119178, IPC: G01T 3/06, Bull. No. 26, 1998. Prototype.

Недостатки прототипа заключаются в том, что указанный способ позволяет регистрировать только быстрые нейтроны и не позволяет идентифицировать излучение, определить направление излучения. Данный способ не применим при энергии нейтронов, пробег протонов отдачи от которых меньше сечения волокна.The disadvantages of the prototype are that this method allows you to register only fast neutrons and does not allow to identify radiation, determine the direction of radiation. This method is not applicable for neutron energy, the path of recoil protons from which is less than the fiber cross section.

Настоящее изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.The present invention eliminates the disadvantages of analogues and prototype.

Техническим результатом изобретения является определение направления на источник быстрых нейтронов и идентификация источника излучения, выявление закамуфлированных в нейтронозамедляющих средах ядерных веществ и изделий из них.The technical result of the invention is the determination of the direction to the source of fast neutrons and the identification of the radiation source, the identification of nuclear substances camouflaged in neutron-slowing media and their products.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения источника быстрых нейтронов с помощью полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, основанном на замедлении быстрых нейтронов, рождении протонов отдачи в материале волокна, преобразовании энергии протонов отдачи в световое излучение и регистрации излучения позиционно-чувствительным фотоприемником, используют волоконно-оптический экран преобразователь из продольных волокон с нанесенной в шахматном порядке на одной из его торцевых поверхностей маской люминофора для регистрации тепловых нейтронов, регистрируют изменение количества фотонов от одной стороны волоконно-оптического экрана преобразователя к другой и по калибровочным значениям светового сигнала, полученным при различных углах падения пучка проникающего излучения или по значению градиента сигнала между противоположными сторонами ВОЭП, определяют плоскость в которой лежит источник быстрых нейтронов, а для определения направления на источник необходимо повернуть ВОЭП так, чтобы его продольная ось была перпендикулярна найденной ранее плоскости и повторно измерить направление градиента, указывающего в этом случае на источник излучения. По величине отношения сигналов от тепловых нейтронов и быстрых нейтронов проводят идентификацию источника излучения.The technical result is achieved by the fact that in the method of detecting a source of fast neutrons using polymer scintillating optical fibers, based on the deceleration of fast neutrons, the production of recoil protons in a fiber material, the conversion of recoil proton energy into light radiation and the detection of radiation by a position-sensitive photodetector, fiber optical screen transducer of longitudinal fibers staggered on one of its end surfaces with a phosphor mask for registration of thermal neutrons, register the change in the number of photons from one side of the fiber-optic screen of the transducer to the other and the calibration values of the light signal obtained at different angles of incidence of the penetrating radiation beam or the value of the signal gradient between the opposite sides of the VEP, determine the plane in which the source of fast neutrons, and to determine the direction to the source, it is necessary to rotate the WEPP so that its longitudinal axis is perpendicular to that found previously plane and re-measure the direction of the gradient, indicating in this case the radiation source. The magnitude of the ratio of signals from thermal neutrons and fast neutrons carry out the identification of the radiation source.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1-6.The invention is illustrated in figures 1-6.

На фиг.1 схематично представлен регистратор ионизирующих излучений в виде блока волоконно-оптического экрана-преобразователя (ВОЭП), гдеFigure 1 schematically shows the recorder of ionizing radiation in the form of a block of fiber optic screen-converter (VOEP), where

1 - позиционно-чувствительный фотоприемник,1 - position-sensitive photodetector,

2 - сборка из полистирольного сцинтиллирующего водородосодержащего волокна, выполненная в виде цилиндра (усеченного конуса, усеченная пирамида),2 - assembly of polystyrene scintillating hydrogen-containing fiber, made in the form of a cylinder (truncated cone, truncated pyramid),

3 - маска для регистрации тепловых нейтронов в виде слоя люминофора, расположенного в шахматном порядке на одной из торцевых поверхностей жгута 2,3 - mask for recording thermal neutrons in the form of a phosphor layer, staggered on one of the end surfaces of the tow 2

4 - пучок ионизирующего излучения, например быстрых нейтронов, φ-угол между пучком и нормалью к оси экранного блока. Система азимутальных перемещений, выполненная, например, на основе шарового шарнира, на фигурах не показана.4 - a beam of ionizing radiation, such as fast neutrons, φ-angle between the beam and the normal to the axis of the screen unit. The azimuthal displacement system, made, for example, based on a ball joint, is not shown in the figures.

На фиг.2 представлено пространственное распределение фотонов от быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ, а именно зависимости сигнала от расстояния до центральной плоскости ВОЭП при различных углах падения φ.Figure 2 shows the spatial distribution of photons from fast neutrons with an energy of 14 MeV, namely, the dependence of the signal on the distance to the central plane of the WEP at various incidence angles φ.

На фиг.3 представлено пространственное распределение фотонов на выходе ВОЭП, обусловленных быстрыми нейтронами различного спектра, при падении пучка первичных нейтронов перпендикулярно оси волокон (φ=0, пучок нейтронов падает справа).Figure 3 shows the spatial distribution of photons at the VEP exit, due to fast neutrons of various spectra, when the primary neutron beam is incident perpendicular to the fiber axis (φ = 0, the neutron beam falls to the right).

На фиг.4 представлено пространственное распределение фотонов на поверхности ВОЭП, обусловленных тепловыми нейтронами, при падении пучка первичных нейтронов различного спектра перпендикулярно оси волокон (φ=0, пучок нейтронов падает справа).Figure 4 shows the spatial distribution of photons on the surface of the VEP due to thermal neutrons when a primary neutron beam of a different spectrum is incident perpendicular to the fiber axis (φ = 0, the neutron beam falls on the right).

На фиг.5 представлено пространственное распределение отношения фотонов от тепловых и быстрых нейтронов при различных углах φ (пучок нейтронов падает справа) для различных источников быстрых нейтронов.Figure 5 shows the spatial distribution of the ratio of photons from thermal and fast neutrons at various angles φ (the neutron beam falls on the right) for various sources of fast neutrons.

На фиг.6 схематично в два этапа представлено определение направления на источник нейтронов.Figure 6 schematically in two stages presents the determination of the direction to the neutron source.

Способ обнаружения проникающего излучения заключается в получении двухмерных изображений пространственных распределений быстрых и тепловых нейтронов с помощью ВОЭП, волоконный жгут 2 которого с маской 3 и позиционно-чувствительным фотоприемником 1 служит одновременно замедлителем быстрых нейтронов, детектором как быстрых, так и тепловых нейтронов. Для этого жгут 2 выполнен из сцинтиллирующих под действием быстрых нейтронов волокон. На торец жгута 2 нанесена люминесцентная маска 3 для регистрации тепловых нейтронов, возникающих в результате замедления быстрых нейтронов или излучаемых внешним источником 4.A method for detecting penetrating radiation is to obtain two-dimensional images of the spatial distributions of fast and thermal neutrons using VOEP, a fiber bundle 2 of which with a mask 3 and a position-sensitive photodetector 1 serves simultaneously as a moderator of fast neutrons, a detector of both fast and thermal neutrons. For this, the tow 2 is made of fibers scintillating under the action of fast neutrons. A luminescent mask 3 is applied to the end of the bundle 2 to detect thermal neutrons resulting from the deceleration of fast neutrons or emitted by an external source 4.

Быстрые нейтроны (пучок ионизирующего излучения 4) замедляются в жгуте 2 из полистирольных сцинтиллирующих волокон и при упругом рассеянии нейтронов на ядрах водорода теряют свою энергию, рождают протоны отдачи, которые и вызывают сцинтилляции. Свет от сцинтилляционных вспышек распространяется по волокнам жгута 2 к ее торцам. Для увеличения количества собираемого света (фотонов) волокна покрыты светоотражающей оболочкой.Fast neutrons (beam of ionizing radiation 4) are slowed down in a bundle 2 of polystyrene scintillating fibers and, when neutrons are scattered elastically on hydrogen nuclei, lose their energy, produce recoil protons, which cause scintillations. Light from scintillation flashes propagates through the fibers of the tow 2 to its ends. To increase the amount of light (photons) collected, the fibers are coated with a reflective sheath.

Люминесцентная маска 3 для тепловых нейтронов нанесена в виде слоя люминофора (светосостава) Li6F+ZnS в шахматном порядке на одну из торцевых поверхностей жгута 2. Этот слой может быть выполнен и в виде прозрачной пластины, накладываемой на торец жгута 2 и содержащей люминофор, расположенный в шахматном порядке.The luminescent mask 3 for thermal neutrons is deposited in the form of a phosphor layer (light composition) Li 6 F + ZnS in a checkerboard pattern on one of the end surfaces of the bundle 2. This layer can also be made in the form of a transparent plate superimposed on the end of the bundle 2 and containing a phosphor, staggered.

Тепловые нейтроны, образовавшиеся в жгуте 2 в результате замедления, вытекают наружу через поверхность жгута 2. Для их регистрации на торцы волокон, суммарной площадью от нескольких миллиметров до нескольких сотен миллиметров и нанесен (например, в шахматном порядке) люминофор, излучающий свет при захвате теплового нейтрона. Этот свет захватывается соответствующими волокнами и переносится на позиционно-чувствительный фотоприемник 1. Поскольку волокна с нанесенным на них люминофором также регистрируют и быстрые нейтроны, сигнал только от тепловых нейтронов определяется разницей сигналов в смежных областях маски 3, предназначенных для регистрации быстрых и тепловых нейтронов. Для увеличения сигнала от быстрых нейтронов участки поверхности маски 3, не покрытые люминофором, покрыты светоотражающим материалом.Thermal neutrons formed in the bundle 2 as a result of deceleration escape outward through the surface of the bundle 2. To register them on the ends of the fibers, with a total area of several millimeters to several hundred millimeters, a phosphor is emitted (for example, in a checkerboard pattern) that emits light when the heat is captured neutron. This light is captured by the corresponding fibers and transferred to a position-sensitive photodetector 1. Since fibers with a phosphor deposited on them also detect fast neutrons, the signal only from thermal neutrons is determined by the difference in signals in adjacent areas of mask 3, designed to detect fast and thermal neutrons. To increase the signal from fast neutrons, sections of the surface of the mask 3, not covered with a phosphor, are coated with reflective material.

Обнаружение источника тепловых или быстрых нейтронов происходит при превышении величины сигнала, регистрируемого позиционно-чувствительным фотоприемником 1, уровня фонового сигнала с учетом его стандартного отклонения (сигнал плюс два или три стандартных отклонения).The detection of a source of thermal or fast neutrons occurs when the signal recorded by the position-sensitive photodetector 1 exceeds the level of the background signal taking into account its standard deviation (signal plus two or three standard deviations).

Направление на источник определяют по направлению быстрейшего роста двухмерного сигнала быстрых нейтронов и находят как вектор между областями ВОЭП, используемыми для регистрации быстрых нейтронов, симметричными относительно оси ВОЭП, для которого значение функцииThe direction to the source is determined by the direction of the fastest growth of the two-dimensional signal of fast neutrons and is found as a vector between the regions of the WEP used for detecting fast neutrons, symmetric about the axis of the WEP, for which the value of the function

F(θ)=ln(S1/S2)/r1-2 F (θ) = ln (S 1 / S 2 ) / r 1-2

максимально, где:maximally, where:

S1 и S2 - усредненные сигналы от быстрых нейтронов в ячейках, распложенных симметрично относительно центра изображения;S 1 and S 2 - averaged signals from fast neutrons in cells arranged symmetrically relative to the center of the image;

r1-2 - расстояние между центрами выбранных ячеек.r 1-2 is the distance between the centers of the selected cells.

Схематичное определение направления на источник нейтронов показано на фиг.6.A schematic definition of the direction to the neutron source is shown in Fig.6.

Направление быстрейшего роста сигналов, регистрируемых с помощью позиционно-чувствительного фотоприемника 1 на выходе ВОЭП, является проекцией направления на источник на основание ВОЭП. Ориентация этого вектора позволяет определить угол φ между плоскостью, в которой лежит источник быстрых нейтронов, и осью Х (этап 1). Для определения направления на источник необходимо повернуть ВОЭП так, чтобы его продольная ось была перпендикулярна найденной ранее плоскости (этап 2).The direction of the fastest growth of the signals recorded using the position-sensitive photodetector 1 at the VOEP output is the projection of the direction to the source on the VEP basis. The orientation of this vector makes it possible to determine the angle φ between the plane in which the source of fast neutrons lies and the X axis (step 1). To determine the direction to the source, it is necessary to turn the VOEP so that its longitudinal axis is perpendicular to the previously found plane (step 2).

Определенное из второго измерения направление быстрейшего роста сигналов дает возможность определить азимутальный угол θ и, тем самым, определить направление на источник быстрых нейтронов.The direction of the fastest signal growth determined from the second measurement makes it possible to determine the azimuthal angle θ and, thereby, determine the direction to the source of fast neutrons.

Из графиков на фиг.2 видно, что при нормальном падении 14 МэВ нейтронов количество фотонов уменьшается от одного края ВОЭП к другому приблизительно в 2,2 раза. При меньших энергиях нейтронов эта зависимость более резкая. Количество фотонов уменьшается от одного края ВОЭП к другому в 5,4 раза для нейтронов с энергией 3 МэВ и в 7,9 раз для спектра деления.From the graphs in figure 2 it is seen that with a normal incidence of 14 MeV neutrons, the number of photons decreases from one edge of the VEP to another approximately 2.2 times. At lower neutron energies, this dependence is sharper. The number of photons decreases from one edge of the WEP to the other by 5.4 times for neutrons with an energy of 3 MeV and 7.9 times for the fission spectrum.

Из приведенных зависимостей на фиг.2, 3, 4 видно, что направление на источник выявляют по направлению, соответствующему наибольшему отношению количества фотонов от быстрых нейтронов на противоположных сторонах ВОЭП.From the above dependencies in figure 2, 3, 4 shows that the direction to the source is detected in the direction corresponding to the largest ratio of the number of photons from fast neutrons on opposite sides of the WEP.

Направление на источник находится в плоскости, определяемой осью ВОЭП и линией, соответствующей наибольшему спаду сигнала между противоположными сторонами ВОЭП. При повороте ВОЭП так, чтобы его ось стала перпендикулярна этой плоскости, вновь полученная линия, соответствующая наибольшему спаду сигнала, прямо указывает на источник.The direction to the source is in the plane defined by the axis of the VEP and the line corresponding to the largest decay of the signal between the opposite sides of the VEP. When the VOEP is rotated so that its axis becomes perpendicular to this plane, the newly obtained line corresponding to the largest decay of the signal directly indicates the source.

Идентифицируют спектр падающих нейтронов по следующим критериям:The spectrum of incident neutrons is identified by the following criteria:

- по пространственному распределению оптического сигнала от быстрых нейтронов в ВОЭП (фиг.3);- according to the spatial distribution of the optical signal from fast neutrons in VOEP (figure 3);

- по пространственному распределению оптического сигнала от тепловых нейтронов, образовавшихся в результате термализации быстрых нейтронов в ВОЭП и вытекающих через одну из его торцевых поверхностей (фиг.4);- according to the spatial distribution of the optical signal from thermal neutrons formed as a result of thermalization of fast neutrons in VOEP and flowing through one of its end surfaces (figure 4);

- по пространственному распределению отношения оптических сигналов от тепловых и быстрых нейтронов (фиг.5).- the spatial distribution of the ratio of optical signals from thermal and fast neutrons (figure 5).

ВОЭП выполнен из волокон полистирола ⌀15 см и высотой 10 см. На одну из торцевых поверхностей ВОЭП в шахматном порядке нанесен люминофор, предназначенный для регистрации вытекающих из ВОЭП тепловых нейтронов, например Li6F+ZnS:Ag.VOEP is made of ⌀15 cm polystyrene fibers and 10 cm high. A phosphor is staggered on one of the end surfaces of the VEPP, designed to detect thermal neutrons emanating from the VEPP, for example, Li 6 F + ZnS: Ag.

Быстрые нейтроны регистрируют полистирольными волокнами, проходящими между торцами ВОЭП.Fast neutrons are recorded with polystyrene fibers passing between the ends of the VOEP.

На фиг.3 наблюдается равномерный спад сигнала от быстрых нейтронов с расстоянием. Величина сигнала определяется произведением количества образовавшихся протонов отдачи и их средней энергией. При уменьшении энергии нейтронов количество протонов отдачи растет из-за увеличения сечения рассеяния. Однако этот эффект значительно меньше эффекта, связанного с уменьшением энергии, средней по спектру протонов отдачи. Сигнал падает с уменьшением энергии нейтронов за счет уменьшения их количества и средней энергии, несмотря на увеличение сечения рождения протонов отдачи. Различие в сечениях проявляется в величине отношения сигналов на боковых границах ВОЭП. Значение отношения падает при увеличении энергии первичных нейтронов.Figure 3 shows a uniform decay of the signal from fast neutrons with distance. The magnitude of the signal is determined by the product of the number of generated recoil protons and their average energy. With a decrease in neutron energy, the number of recoil protons increases due to an increase in the scattering cross section. However, this effect is much smaller than the effect associated with a decrease in the energy average over the spectrum of recoil protons. The signal decreases with decreasing neutron energy due to a decrease in their number and average energy, despite an increase in the proton production cross section for recoil. The difference in cross sections is manifested in the magnitude of the ratio of signals at the lateral boundaries of the VEP. The value of the ratio decreases with increasing primary neutron energy.

Величина отношения для первичных нейтронов с энергией 14 МэВ составляет примерно 2,2. Для нейтронов с энергией 3 МэВ величина отношения составляет 5,4. Для нейтронов спектра деления Pu239 величина отношения составляет 7,9.The ratio for primary neutrons with an energy of 14 MeV is approximately 2.2. For neutrons with an energy of 3 MeV, the ratio is 5.4. For neutrons in the fission spectrum of Pu 239, the ratio is 7.9.

На фиг.3 пространственное распределение фотонов на выходе ВОЭП обусловлено быстрыми нейтронами, при падении пучка первичных нейтронов перпендикулярно оси волокон (φ=0, пучок нейтронов падает справа).In Fig. 3, the spatial distribution of photons at the VOEP output is due to fast neutrons, when the primary neutron beam is incident perpendicular to the fiber axis (φ = 0, the neutron beam is incident on the right).

Сигнал от тепловых нейтронов образован замедлившимися в ВОЭП быстрыми нейтронами. Величина сигнала падает при увеличении энергии первичных нейтронов из-за того, что нейтроны более высоких энергий термализуются менее эффективно. Для идентификации источника используют заранее измеренные для различных источников быстрых нейтронов двумерные распределения сигналов тепловых и быстрых нейтронов и величина Кn, являющаяся отношением сигналов от тепловых и быстрых нейтронов, просуммированных по всей площади позиционно-чувствительного фотоприемника 1. В табл.1 представлены максимальные и минимальные значения Кn при варьировании углов φ и θThe signal from thermal neutrons is formed by fast neutrons that are slowed down in the WEP. The magnitude of the signal decreases with increasing primary neutron energy due to the fact that neutrons of higher energies are thermalized less efficiently. To identify the source, two-dimensional distributions of thermal and fast neutron signals previously measured for various sources of fast neutrons are used and the value of K n , which is the ratio of signals from thermal and fast neutrons summed over the entire area of the position-sensitive photodetector 1. Table 1 shows the maximum and minimum K n values with varying angles φ and θ

Нейтронные источникиNeutron sources Kn (φ=-90°)K n (φ = -90 °) Kn (φ=90°)K n (φ = 90 °) 14 МэВ14 MeV 1,21,2 1,41.4 3 МэВ3 MeV 10,210,2 8,88.8 252Cf 252 C f 19,519.5 18,618.6 Ra-BeRa-be 5,85.8 6,86.8 240Pu 240 Pu 22,922.9 21,921.9 235U 235 U 22,922.9 21,621.6 239Pu 239 Pu 21,721.7 207207

Из таблицы видно, что рассмотренные источники нейтронов можно разбить на четыре группы по величине Kn:The table shows that the considered neutron sources can be divided into four groups according to the value of K n :

- генератор 14 МэВ нейтронов;- 14 MeV neutron generator;

- генератор 3 МэВ нейтронов;- 3 MeV neutron generator;

- изотопные источники на основе реакций Ве9(α, n)С12;- isotopic sources based on Be9 (α, n) C12 reactions;

- источник нейтронов спонтанного деления.- source of spontaneous fission neutrons.

Отличие в величине Kn между этими группами превышает 50%, что значительно больше изменения Kn при изменении ориентации ВОЭП относительно источника нейтронов. В группе источников нейтронов деления выделяются источник 252Cf, Kn для которого примерно на 20% ниже, чем для нейтронов деления других изотопов.The difference in the value of K n between these groups exceeds 50%, which is significantly larger than the change in K n with a change in the orientation of the EPEC relative to the neutron source. In the group of fission neutron sources, a 252 Cf source is distinguished, K n for which is approximately 20% lower than for fission neutrons of other isotopes.

Тип источника устанавливается путем определения Kn при произвольном положении ВОЭП и сравнения с величиной Kn из банка данных. В случае неоднозначного определения типа источника при произвольном положении ВОЭП проводится дополнительное измерение, в котором ВОЭП устанавливается так, чтобы пучок нейтронов падал на торец ВОЭП с детектором тепловых нейтронов. При такой ориентации ВОЭП уменьшается диапазон возможных значений, коэффициента Кn для данного типа источника. Для увеличения надежности идентификации источника проводят сравнение измеренных в этом положении двумерных распределений сигналов от быстрых и тепловых нейтронов с ранее измеренными для различных типов источников. В качестве критерия используют отношение величин сигналов на краях ВОЭП.The type of source is established by determining K n at an arbitrary position of the VEP and comparing it with the value of K n from the data bank. In the case of ambiguous determination of the type of source at an arbitrary position of the VEP, an additional measurement is carried out in which the VEP is set so that the neutron beam falls on the end of the VEP with a thermal neutron detector. With this orientation VOEP decreases the range of possible values, the coefficient K n for this type of source. To increase the reliability of source identification, two-dimensional distributions of signals from fast and thermal neutrons measured in this position are compared with previously measured for various types of sources. As a criterion, the ratio of the values of the signals at the edges of the VEP is used.

Пространственное распределение тепловых нейтронов (фиг.4) имеет колоколообразный вид. Расстояние до поверхности падения, на котором наблюдают максимум потока тепловых нейтронов, тем меньше, чем меньше энергия первичного нейтрона. Максимум распределения наблюдается на расстоянии 1-2 см от центральной плоскости ВОЭП. Положение максимума используют как дополнительный критерий при установлении типа источника. Для идентификации источника быстрых нейтронов, исходя из пространственных зависимостей, представленных на фиг.3 и 4, проводят калибровочные измерения для конкретного типа фотоприемного устройства с различными типами источников.The spatial distribution of thermal neutrons (figure 4) has a bell-shaped appearance. The distance to the incidence surface, at which the maximum of the thermal neutron flux is observed, is the smaller, the lower the energy of the primary neutron. The distribution maximum is observed at a distance of 1-2 cm from the central plane of the VEP. The maximum position is used as an additional criterion in establishing the type of source. To identify the source of fast neutrons, based on the spatial dependences presented in figures 3 and 4, carry out calibration measurements for a specific type of photodetector with various types of sources.

Лучшим критерием для идентификации источника быстрых нейтронов является отношение сигналов от тепловых нейтронов, зарегистрированных слоем Li6F+ZnS и быстрых нейтронов (фиг.5). Величина этого отношения практически не зависит от положения источника.The best criterion for identifying a source of fast neutrons is the ratio of signals from thermal neutrons recorded by a Li 6 F + ZnS layer and fast neutrons (Fig. 5). The magnitude of this ratio is practically independent of the position of the source.

Величина отношения сигналов отличается, примерно на порядок, при переходе от первичных нейтронов с энергией 14 МэВ к нейтронам с энергией 3 МэВ и при переходе от нейтронов с энергией 3 МэВ к нейтронам спектра деления.The magnitude of the signal ratio differs, by approximately an order of magnitude, in the transition from primary neutrons with an energy of 14 MeV to neutrons with an energy of 3 MeV and in the transition from neutrons with an energy of 3 MeV to neutrons in the fission spectrum.

Разница между величиной отношения для первичных нейтронов с энергией 3 МэВ и первичных нейтронов спектра деления, несмотря на сравнительно малую разницу в средних энергиях нейтронов, вызвана присутствием в спектре деления значительной части нейтронов с энергией менее 3 МэВ.The difference between the ratio for primary neutrons with an energy of 3 MeV and primary neutrons in the fission spectrum, despite the relatively small difference in the average neutron energies, is caused by the presence of a significant part of neutrons with an energy of less than 3 MeV in the fission spectrum.

Идентификация источника излучения, основанная на измерении отношения оптических сигналов: от тепловых и быстрых нейтронов, позволяет обходиться без угловых перемещений ВОЭП.Identification of the radiation source, based on measuring the ratio of optical signals: from thermal and fast neutrons, allows you to do without angular displacements VOEP.

Таким образом, характер поведения отношения количества фотонов от быстрых и тепловых нейтронов решает задачу идентификации спектра первичных нейтронов.Thus, the behavior of the ratio of the number of photons from fast and thermal neutrons solves the problem of identifying the spectrum of primary neutrons.

Направление градиента оптического сигнала, регистрируемого с помощью матричного фотоприемника на выходе ВОЭП, позволяет определить плоскость, в которой находится источник быстрых нейтронов.The direction of the gradient of the optical signal recorded with the matrix photodetector at the output of the VOEP allows us to determine the plane in which the source of fast neutrons is located.

Эта плоскость для мононаправленного пучка в любом случае проходит через ось ВОЭП. Для определения направления на источник достаточно повернуть ВОЭП вокруг направления градиента на 90 градусов и провести дополнительное измерение. Определенное из второго измерения направление градиента непосредственно указывает на источник быстрых нейтронов.In any case, this plane for a unidirectional beam passes through the VOEP axis. To determine the direction to the source, it is enough to turn the WEPP around the gradient direction by 90 degrees and conduct an additional measurement. The direction of the gradient determined from the second dimension directly indicates the source of fast neutrons.

Claims (2)

1. Способ обнаружения направления на источник быстрых нейтронов с помощью полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, основанный на замедлении быстрых нейтронов, рождении протонов отдачи в материале волокна, преобразовании энергии протонов отдачи в световое излучение и регистрации излучения позиционно-чувствительным фотоприемником, отличающийся тем, что используют волоконно-оптический экран-преобразователь (ВОЭП) из продольных волокон с нанесенной в шахматном порядке на одной из его торцевых поверхностей маской люминофора для регистрации тепловых нейтронов, регистрируют изменение количества фотонов от одной стороны волоконно-оптического экрана преобразователя к другой и по калибровочным значениям светового сигнала, полученным при различных углах падения пучка проникающего излучения или по значению градиента сигнала между противоположными сторонами ВОЭП, определяют плоскость, в которой лежит источник быстрых нейтронов, а для определения направления на источник необходимо повернуть ВОЭП так, чтобы его продольная ось была перпендикулярна найденной ранее плоскости, и повторно измерить направление градиента, указывающего в этом случае на источник излучения.1. A method for detecting the direction of a fast neutron source using polymer scintillating optical fibers, based on the slowing down of fast neutrons, the production of recoil protons in a fiber material, the conversion of recoil proton energy into light radiation, and the detection of radiation by a position-sensitive photodetector, characterized in that they use fiber -optical screen-converter (VOEP) made of longitudinal fibers staggered on one of its end surfaces with a phosphor mask for p thermal neutron scattering, register the change in the number of photons from one side of the fiber-optic screen of the transducer to the other and using the calibration values of the light signal obtained at different angles of incidence of the penetrating radiation beam or the value of the signal gradient between the opposite sides of the WEP, determine the plane in which the source lies fast neutrons, and to determine the direction to the source, it is necessary to rotate the WEPP so that its longitudinal axis is perpendicular to the previously found plane sharpness, and re-measure the direction of the gradient, indicating in this case the radiation source. 2. Способ обнаружения проникающего излучения по п.1, отличающийся тем, что по величине отношения сигналов от тепловых нейтронов и быстрых нейтронов проводят идентификацию источника излучения.2. The method of detecting penetrating radiation according to claim 1, characterized in that according to the magnitude of the ratio of signals from thermal neutrons and fast neutrons, the radiation source is identified.
RU2005129790/28A 2005-09-28 2005-09-28 Mode of detection of direction to the source of fast neutrons RU2300121C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005129790/28A RU2300121C1 (en) 2005-09-28 2005-09-28 Mode of detection of direction to the source of fast neutrons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005129790/28A RU2300121C1 (en) 2005-09-28 2005-09-28 Mode of detection of direction to the source of fast neutrons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2300121C1 true RU2300121C1 (en) 2007-05-27

Family

ID=38310786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005129790/28A RU2300121C1 (en) 2005-09-28 2005-09-28 Mode of detection of direction to the source of fast neutrons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2300121C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361773A (en) * 2019-06-05 2019-10-22 中国辐射防护研究院 A method of positioning unknown power spectrum Neutron Radiation Field neutron source position

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361773A (en) * 2019-06-05 2019-10-22 中国辐射防护研究院 A method of positioning unknown power spectrum Neutron Radiation Field neutron source position
CN110361773B (en) * 2019-06-05 2023-09-15 中国辐射防护研究院 Method for positioning neutron source position of neutron radiation field of unknown energy spectrum

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6989541B2 (en) Coincident neutron detector for providing energy and directional information
US7804072B2 (en) Heterogeneous capture-gated neutron spectrometer
US9557427B2 (en) Thin gap chamber neutron detectors
CN110361773B (en) Method for positioning neutron source position of neutron radiation field of unknown energy spectrum
KR20190058193A (en) Muon detector and muon detecting system having the same
CN112997102A (en) Radiation detection system and method
Mascarenhas et al. Development of a neutron scatter camera for fission neutrons
Luo et al. Development and commissioning of a compact Cosmic Ray Muon imaging prototype
Bravar et al. Design and testing of a position-sensitive plastic scintillator detector for fast neutron imaging
RU2300121C1 (en) Mode of detection of direction to the source of fast neutrons
Ghadiri et al. Studying the response of a plastic scintillator to gamma rays using the Geant4 Monte Carlo code
RU2308740C1 (en) Method of detecting source of penetrating radiation
De Vita et al. A large surface neutron and photon detector for civil security applications
Worstell et al. Development of a high-resolution PET detector using LSO and wavelength-shifting fibers
Anzivino et al. Recent developments in quartz fibre calorimetry
RU2119178C1 (en) Neutron detector
EP3444639A1 (en) Fast neutron detector based on proton recoil detection in a composite scintillator with embedded wavelength-shifting fibers
RU166127U1 (en) POSITIVE-SENSITIVE DETECTOR
Ahlen et al. High resolution Cherenkov and range detectors for balloon-borne cosmic-ray experiment
Peel et al. Development of a directional scintillating fiber detector for 14 MeV neutrons
RU2502986C1 (en) Neutron radiography method
RU2574322C1 (en) Spectrometric position-sensitive detector
RU51425U1 (en) RECORDER OF IONIZING RADIATIONS
RU2300120C1 (en) Ionizing radiation registering device
Bogolubov et al. Specific features of 3-D detection arrays of plastic scintillators

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110929