RU2593433C1 - Method and device for measurement of neutron beam(s) profile - Google Patents

Method and device for measurement of neutron beam(s) profile Download PDF

Info

Publication number
RU2593433C1
RU2593433C1 RU2015119429/28A RU2015119429A RU2593433C1 RU 2593433 C1 RU2593433 C1 RU 2593433C1 RU 2015119429/28 A RU2015119429/28 A RU 2015119429/28A RU 2015119429 A RU2015119429 A RU 2015119429A RU 2593433 C1 RU2593433 C1 RU 2593433C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strips
neutron
strip
profilometer
plane
Prior art date
Application number
RU2015119429/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Быстрицкий
Вячеслав Михайлович Слепнев
Николай Иванович Замятин
Original Assignee
Объединенный Институт Ядерных Исследований
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 Объединенный Институт Ядерных Исследований filed Critical Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority to RU2015119429/28A priority Critical patent/RU2593433C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2593433C1 publication Critical patent/RU2593433C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: radiation technology.
SUBSTANCE: invention relates to radiation technologies, as well as to research, development, and operation of nuclear installations and accelerators. Method for measurement of neutron beam(s) profile in plane perpendicular to its / their dedicated direction consists in that fast neutron beam(s) are directed to detection plane of profile meter located perpendicular to its / their direction(s), surface of which plane is set of parallel isolated strips; signals from each strip, generated as result of interaction between neutron and strip substance, are transmitted to recording electronic unit, executing reception and analysis of detected events using software for determination of neutron beam(s); detection plane of profile meter is double-sided strip silicon detector, one side therein is set of X strips, and second side is set of Y strips perpendicular to the X strips; at that, charged particles are recorded formed in each specific strip as result of reactions with emission of protons and alpha-particles in neutron capture on silicon nuclei 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg; at that, by receiving electric signals from corresponding X and Y strips, coordinates X and Y of interaction points of neutrons with substance of any strip in profile meter, at that, on basis of unique communication numbers of simultaneously actuated X and Y strips, connected to match; at that, based on set of events on each of X and Y strips in profile meter, time and amplitude analysis of detected events is automatically executed.
EFFECT: technical result is increased accuracy of determining axes directions of labelled beams, simplified procedure of measuring characteristics of beams, as well as faster measurement.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиационных технологий, а также к исследованиям, созданию и эксплуатации ядерных установок и ускорителей и может быть использовано для измерения пространственного распределения потоков нейтронов, а также для измерений профиля пучка (пучков) меченых нейтронов.The invention relates to the field of radiation technology, as well as to the research, development and operation of nuclear facilities and accelerators and can be used to measure the spatial distribution of neutron fluxes, as well as to measure the profile of the beam (s) of tagged neutrons.

Известен способ определения координаты X и Y точек пересечения осей каждого из меченых пучков нейтронов на определенных расстояниях от источника нейтронов с плоскостью, перпендикулярной направлению меченых пучков нейтронов (прототип) с помощью устройства [1, 2] для измерения распределения меченых нейтронов в плоскости, перпендикулярной направлению распространения нейтронного потока, содержащего: сцинтилляционный стриповый профилометр; регистрирующую электронику сбора и предварительного анализа сигналов со стрипов сцинтилляционного профилометра и с пикселей альфа-детектора, установленного вблизи нейтронного источника; блоков питания профилометра и регистрирующей электроники, при этом в качестве источника меченых нейтронов используется портативный нейтронный генератор НГ (мечение нейтронов осуществляется с помощью многопиксельного кремниевого альфа-детектора, регистрирующего альфа-частицы, образующиеся в реакции dt-альфа+n (14.1 МэВ), вылетающие из тритиевой мишени в направлении, противоположном направлению вылета нейтрона и расположенного внутри НГ). При этом угловое распределение нейтронов практически изотропно в телесном угле 4π, поэтому число меченых пучков нейтронов определяется числом пикселей альфа-детектора, расположенного внутри НГ. Используя совпадение сигналов с определенного пикселя альфа-детектора НГ и с одного из стрипов сцинтилляционного профилометра (если стрипы профилометра расположены вдоль осей X и Y плоскости, перпендикулярной к направлению нейтронного пучка, то в дальнейшем они будут называться X- и Y-стрипами, соответственно), мы получаем информацию о профиле каждого из меченых пучков нейтронов вдоль осей X и Y (информация о распределении пучков меченых нейтронов вдоль осей X и Y извлекается из анализа данных, полученных в измерениях с профилометром в двух его взаимно-перпендикулярных положениях сцинтилляционных стрипов относительно направления меченого пучка нейтронов). Проводя измерения на двух различных расстояниях от источника нейтронов, измеряются координаты X и Y точек пересечения осей каждого из меченых пучков нейтронов на данных расстояниях с плоскостью, перпендикулярной направлению меченых пучков нейтронов.A known method for determining the X and Y coordinates of the intersection points of the axes of each of the labeled neutron beams at certain distances from the neutron source with a plane perpendicular to the direction of the labeled neutron beams (prototype) using the device [1, 2] for measuring the distribution of labeled neutrons in the plane perpendicular to the direction propagation of a neutron flux comprising: scintillation strip profilometer; recording electronics for collecting and preliminary analysis of signals from strips of a scintillation profilometer and from pixels of an alpha detector installed near a neutron source; power units of the profilometer and recording electronics, while a portable neutron generator of NG is used as a source of labeled neutrons (neutrons are tagged using a multi-pixel silicon alpha detector that detects alpha particles generated in the dt-alpha + n reaction (14.1 MeV) from the tritium target in the direction opposite to the neutron emission direction and located inside the NG). In this case, the angular distribution of neutrons is almost isotropic in a solid angle of 4π; therefore, the number of labeled neutron beams is determined by the number of pixels of the alpha detector located inside the NG. Using the coincidence of signals from a specific pixel of the NG alpha detector and from one of the strips of the scintillation profilometer (if the strips of the profilometer are located along the X and Y axes of the plane perpendicular to the direction of the neutron beam, then they will be called X- and Y-strips, respectively) , we obtain information on the profile of each of the labeled neutron beams along the X and Y axes (information on the distribution of labeled neutron beams along the X and Y axes is extracted from the analysis of data obtained in measurements with a profilometer in two mutually perpendicular positions of scintillation strips relative to the direction of the labeled neutron beam). Carrying out measurements at two different distances from the neutron source, the X and Y coordinates of the intersection points of the axes of each of the labeled neutron beams are measured at given distances with a plane perpendicular to the direction of the labeled neutron beams.

Способ измерения профиля нейтронного пучка можно описать, ссылаясь на принцип работы профилометра-прототипа, который состоит из многоанодного фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), стрипов прямоугольной формы из пластического сцинтиллятора, светоизолированых друг от друга световодов (файберов), с помощью которых световая вспышка, возникающая в каком-либо стрипе профилометра в результате упругого рассеяния нейтрона на ядрах водорода, входящего в состав пластического сцинтиллятора (С14Н12), передается на соответствующий анод многоанодного ФЭУ.The method for measuring the profile of a neutron beam can be described, referring to the principle of operation of the prototype profilometer, which consists of a multi-anode photomultiplier tube (PMT), square-shaped strips of plastic scintillator, light-guiding fibers (fibers) that are isolated from each other by means of which a light flash arises in any resulting strip profilometer neutron elastic scattering with hydrogen nuclei constituting the plastic scintillator (C 14 H 12) is transmitted to the corresponding anode mnogoanodnog PMT.

Сигналы с выхода ФЭУ с определенной амплитудой, соответствующей определенному номеру сработавшего стрипа, в котором произошло взаимодействие нейтрона с веществом сцинтиллятора, подаются на блок регистрирующей электроники для анализа с целью установления номеров сработавших X- и отдельно Y-стрипов, а следовательно, и X и Y координат точек пересечения осей каждого из меченых нейтронных пучков с X-Y плоскостью профилометра.The signals from the output of the PMT with a certain amplitude corresponding to a certain number of firing strips in which the neutron interacted with the scintillator substance are fed to the recording electronics block for analysis in order to determine the numbers of fired X- and separately Y-strips, and therefore, X and Y coordinates of the intersection points of the axes of each of the labeled neutron beams with the XY plane of the profilometer.

Недостатками способа-прототипа являются следующие:The disadvantages of the prototype method are as follows:

1. Для измерения распределения пучков нейтронов вдоль осей X и Y в плоскости, перпендикулярной направлению пучков меченых нейтронов, падающих на данную плоскость, необходимо выполнить два последовательных измерения с горизонтальным и вертикальным расположением сцинтилляционных стрипов профилометра, при этом требуется устройство, с помощью которого производится поворот плоскости сцинтилляционных стрипов профилометра на 90° относительно друг друга.1. To measure the distribution of neutron beams along the X and Y axes in a plane perpendicular to the direction of the labeled neutron beams incident on this plane, it is necessary to perform two consecutive measurements with horizontal and vertical arrangement of scintillation strips of the profilometer, and a device is needed to rotate it plane scintillation strips profilometer 90 ° relative to each other.

2. Получение регистрируемого электрического сигнала с каждого стрипа при взаимодействии нейтрона происходит в два этапа: энергия преобразуется в свет (сцинтиллятор), затем свет преобразуется в электрический сигнал (ФЭУ), при этом на каждом этапе преобразования возникает своя неточность.2. Obtaining a recorded electrical signal from each strip during neutron interaction occurs in two stages: energy is converted into light (scintillator), then light is converted into an electric signal (PMT), and at each stage of conversion there is an inaccuracy.

3. Использование многоанодных ФЭУ приводит к наличию «crosstalk» (эффект перекрестных наводок в двух соседних Х- (или Y-) стрипах), что в свою очередь приводит к появлению дополнительной неопределенности в измерении координат нейтронов.3. The use of multi-anode PMTs leads to the presence of a “crosstalk” (the effect of crosstalk in two adjacent X- (or Y-) strips), which in turn leads to the appearance of additional uncertainty in the measurement of neutron coordinates.

4. Достаточно сложная технология светоизоляции стрипов друг от друга, а также передачи световой вспышки от каждого стрипа к аноду многоканального фотоэлектронного умножителя.4. A rather sophisticated technology for the light insulation of strips from each other, as well as the transmission of a light flash from each strip to the anode of a multi-channel photoelectronic multiplier.

5. Требуется сложная процедура амплитудной калибровки сцинтилляционного спектрометра с использованием стандартных гамма-источников Cs-137, Со-60 и космического излучения для определения коэффициентов, с помощью которых производится пересчет к равновеликой эффективности регистрации по каждому из 16 стрипов.5. A complex procedure of amplitude calibration of a scintillation spectrometer with the use of standard gamma sources Cs-137, Co-60 and cosmic radiation is required to determine the coefficients with the help of which the conversion to equal detection efficiency for each of the 16 strips is made.

6. Ограничение координатой точности профилометра, обусловленное большой шириной сцинтилляционных стрипов (7.5 мм).6. Limitation by the coordinate of the accuracy of the profilometer due to the large width of the scintillation strips (7.5 mm).

7. Применение сцинтилляционных стрипов толщиной 5 мм приводит к большому уровню фона, обусловленного случайной их загрузкой за счет космического излучения и перерассеяния нейтронов в веществе стрипов с последующей их регистрацией рядом расположенными стрипами.7. The use of scintillation strips with a thickness of 5 mm leads to a high level of background due to their random loading due to cosmic radiation and the rescattering of neutrons in the material of the strips with their subsequent registration by adjacent strips.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения следующих технических задач:The present invention is intended to solve the following technical problems:

- определение пространственного распределения плотности нейтронного потока в пределах размеров X-Y плоскости профилометра;- determination of the spatial distribution of the neutron flux density within the dimensions of the X-Y plane of the profilometer;

- повышение координатной точности измерения пространственного распределения плотности нейтронного потока в пределах размеров X-Y плоскости профилометра;- increasing the coordinate accuracy of measuring the spatial distribution of the neutron flux density within the dimensions of the X-Y plane of the profilometer;

- определение профиля и направления осей меченых пучков нейтронов;- determination of the profile and direction of the axes of the labeled neutron beams;

- сокращение времени измерений.- reduction of measurement time.

Поставленные задачи решаются следующим образом:The tasks are solved as follows:

Пучок (пучки) быстрых нейтронов падает на детектирующую плоскость профилометра, перпендикулярно расположенную к его (их) направлению (направлениям), а в качестве детектирующей плоскости профилометра используют двусторонний стриповый кремниевый детектор, одна сторона которого представляет набор X-стрипов, а вторая - набор Y-стрипов, перпендикулярных к Х-стрипам, и регистрируют заряженные частицы, образующиеся в объеме детектора в результате протекания реакций с эмиссией протонов и альфа-частиц при захвате нейтрона на ядрах кремния 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg, при этом путем снятия электрических сигналов с соответствующих X- и Y-стрипов определяют координаты X и Y точек взаимодействия нейтронов с кремнием детектора, на основании однозначной связи номеров одновременно сработавших X- и Y-стрипов, включенных на совпадения, затем, после набора событий по каждому из Х- и Y-стрипов профилометра, измеряется пространственное распределение нейтронов, падающих в плоскости профилометра.A beam (beams) of fast neutrons falls on the detecting plane of the profilometer perpendicular to its direction (s), and a two-sided silicon strip detector is used as the detecting plane of the profilometer, one side of which is a set of X-strips, and the other is a set of Y -strips perpendicular to the X-strips and register charged particles formed in the detector volume as a result of reactions with emission of protons and alpha particles during neutron capture on 28 Si (n, p) 2 silicon nuclei 8 Al, 28 Si (n, α) 25 Mg; in this case, by removing electrical signals from the corresponding X- and Y-strips, the X and Y coordinates of the neutron interaction points with the silicon of the detector are determined based on the unique relationship of the numbers of simultaneously triggered X- and Y -strips included in coincidences, then, after a set of events for each of the X- and Y-strips of the profilometer, the spatial distribution of neutrons incident in the plane of the profilometer is measured.

В случае использования меченых нейтронов способ заключается в том, что на детектирующую плоскость двухстороннего стрипового кремниевого детектора направляют перпендикулярно к ней пучки меченых нейтронов, формируемые в нейтронном генераторе с расположенным внутри него многоэлементным (многопиксельным) альфа-детектором (мечение нейтронов осуществляется путем регистрации альфа-частицы одним из элементов (пикселем) альфа-детектора, образующейся в бинарной ядерной дейтерий-тритиевой реакции), производят анализ событий, одновременно зарегистрированных соответствующими X- и Y-стрипами двустороннего кремниевого профилометра, в совпадениях с сигналом от соответствующего пикселя альфа-детектора.In the case of using labeled neutrons, the method consists in sending beams of labeled neutrons formed in a neutron generator with a multi-element (multi-pixel) alpha detector located perpendicularly to the detection plane of a double-sided silicon strip detector (neutron tagging is carried out by detecting alpha particles one of the elements (pixel) of the alpha detector, which is formed in the binary nuclear deuterium-tritium reaction), analyze events, simultaneously for egistrirovannyh respective X- and Y-strips bilateral silicon profilometer, in coincidence with the signal from the corresponding pixel alpha detector.

Устройство для измерения профиля нейтронного пучка (пучков) содержит детектирующую плоскость, которая может состоять из одного или нескольких детектирующих элементов, блока высоковольтного питания для детектирующей плоскости, блока питания для регистрирующей аппаратуры, блока регистрирующей электроники сбора и анализа данных, где в качестве детектирующего элемента используется двухсторонний стриповый кремниевый детектор, представляющий собой кремниевый кристалл с р+ и n+ стрипами, расположенными на противоположных сторонах, при этом Х-стрипы на одной стороне кристалла параллельны друг другу и перпендикулярны к направлению Y-стрипов на другой стороне кристалла.A device for measuring the profile of a neutron beam (s) contains a detecting plane, which may consist of one or more detecting elements, a high-voltage power supply for the detecting plane, a power supply for recording equipment, a data acquisition and analysis electronics block, where the detector is used as a detecting element a double-sided strip silicon detector, which is a silicon crystal with p + and n + strips located on opposite sides, while m X-strips on one side of the crystal are parallel to each other and perpendicular to the direction of Y-strips on the other side of the crystal.

Детектирующая плоскость профилометра также может состоять из группы отдельных одинаковых детектирующих плоскостей (детектирующих элементов), каждая из которых представляет собой двусторонний стриповый кремниевый детектор, при этом количество детектирующих элементов, составляющих детектирующую плоскость, определяется из условия ΣS(эл)≥S(пучка), где ΣS(эл) - суммарная площадь всех детектирующих элементов, составляющих детектирующую плоскость, S(пучка) - площадь поверхности, ограниченной размерами измеренного нейтронного потока (потоков) в плоскости расположения профилометра, находящегося на определенном расстоянии от источника нейтронов.The detecting plane of the profilometer can also consist of a group of separate identical detecting planes (detecting elements), each of which is a two-sided strip silicon detector, while the number of detecting elements that make up the detecting plane is determined from the condition ΣS (el) ≥S (beam), where ΣS (el) is the total area of all detecting elements making up the detecting plane, S (beam) is the surface area limited by the dimensions of the measured neutron flux (fluxes) in the plane of the profilometer located at a certain distance from the neutron source.

В случае измерения профиля меченых пучков нейтронов, создаваемых нейтронным генератором с альфа-детектором, устройство, реализующее предложенный способ, содержит профилометр на основе двухстороннего стрипового кремниевого детектора с регистрирующей электроникой приема и анализа сигналов, поступающих с X- и Y-стрипов, организующей совпадение данных сигналов с сигналами от соответствующих пикселей альфа-детектора НГ, а также систему питания профилометра.In the case of measuring the profile of labeled neutron beams generated by a neutron generator with an alpha detector, a device that implements the proposed method contains a profilometer based on a double-sided silicon strip detector with recording electronics for receiving and analyzing signals from X- and Y-strips, organizing data matching signals with signals from the corresponding pixels of the alpha detector NG, as well as the power system of the profilometer.

Отличительными признаками предлагаемого способа от известного, принятого за прототип, являются:Distinctive features of the proposed method from the well-known adopted for the prototype are:

Нейтронный пучок направляют перпендикулярно детектирующей плоскости, в качестве детектирующей плоскости профилометра используют двусторонний стриповый кремниевый детектор, одна сторона которого представляет набор X-стрипов, а вторая - набор Y-стрипов, перпендикулярных к Х-стрипам, при этом регистрируют заряженные частицы, образующиеся в результате протекания реакций с эмиссией протонов и альфа-частиц при захвате нейтронов на ядрах кремния 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg, при этом путем снятия электрических сигналов с соответствующих X- и Y-стрипов определяют координаты X и Y точек взаимодействия нейтронов с веществом данного стрипа профилометра, при этом на основании однозначной связи номеров одновременно сработавших X- и Y-стрипов, включенных на совпадения, при этом после набора событий по каждому из X- и Y-стрипов профилометра автоматически производится временной и амплитудный анализ зарегистрированных событий.The neutron beam is directed perpendicular to the detecting plane, a two-sided silicon strip detector is used as the detecting plane of the profilometer, one side of which is a set of X-strips, and the other is a set of Y-strips perpendicular to X-strips, while charged particles resulting from this are recorded reactions with the emission of protons and alpha particles during neutron capture on silicon nuclei 28 Si (n, p) 28 Al, 28 Si (n, α) 25 Mg, while removing electrical signals from the corresponding X- and Y-strips determine the coordinates X and Y of the points of interaction of neutrons with the substance of a given strip of the profilometer, while on the basis of an unambiguous relationship between the numbers of simultaneously triggered X- and Y-strips included in coincidence, moreover, after a set of events for each of the X- and Y-strips of the profilometer time and amplitude analysis of recorded events is performed.

На детектирующую плоскость профилометра из кремния направляют перпендикулярно к ней пучки меченых быстрых нейтронов, формируемые с помощью нейтронного генератора с расположенным внутри него многоэлементным (многопиксельным) альфа-детектором (мечение нейтронов осуществляется путем регистрации альфа-частицы одним из элементов (пикселем) альфа-детектора, образующейся в бинарной ядерной дейтерий-тритиевой реакции, вылет которой из мишени практически противоположен направлению вылета нейтрона), производят анализ событий, одновременно зарегистрированных соответствующими X- и Y-стрипами двустороннего кремниевого профилометра, в совпадениях с сигналом от соответствующего пикселя альфа-детектора, при этом измеряется пространственное распределение нейтронов в детектирующей плоскости X-Y, соответствующих каждому из меченых пучков нейтронов.Beams of labeled fast neutrons are formed perpendicularly to the detecting plane of the silicon profilometer, formed by a neutron generator with a multi-element (multi-pixel) alpha detector located inside it (neutron tagging is carried out by registering an alpha particle with one of the elements (pixel) of an alpha detector, generated in a binary nuclear deuterium-tritium reaction, the emission of which from the target is practically opposite to the direction of neutron emission), an analysis of events is performed, simultaneously aregistrirovannyh respective X- and Y-strips bilateral silicon profilometer, in coincidence with the signal from the corresponding pixel alpha detector, wherein the measured spatial distribution of neutrons in detecting X-Y plane corresponding to each of the tagged neutron beams.

Поясним, что в устройстве, реализующем заявленный способ, в качестве детектирующей плоскости используется двусторонний стриповый кремниевый детектор, представляющий собой две одинаковые по форме и содержанию детектирующие X и Y плоскости, размещенные на обеих сторонах полупроводникового кремниевого кристалла с р-n переходами, при этом Х-стрипы на одной стороне кристалла параллельны друг другу и перпендикулярны к направлению Y-стрипов на другой стороне детектора, каждый X- и Y-стрипы непосредственно электрически связаны через усилители сигналов с блоком регистрирующей электроники сбора и анализа событий, при этом обратное смещение на детектор подается от блока высоковольтного питания для детектирующей плоскости.Let us explain that in a device that implements the claimed method, a two-sided silicon strip detector is used as a detecting plane, which is two identical in shape and content detecting X and Y planes located on both sides of a semiconductor silicon crystal with pn junctions, while X -strips on one side of the crystal are parallel to each other and perpendicular to the direction of the Y-strips on the other side of the detector, each X- and Y-strips are directly electrically connected through amplifiers with latter is present with the readout electronics block collection and event analysis, the reverse bias is applied to the detector from the HVPS for the detection plane.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность:Using the invention provides the opportunity:

- уменьшить время измерений пространственного распределения нейтронов в плоскости Х- и Y-координат за счет применения двухстороннего стрипового кремниевого детектора, позволяющего сразу определять две координаты точки взаимодействия нейтрона в объеме детектора;- reduce the time of measuring the spatial distribution of neutrons in the plane of X- and Y-coordinates due to the use of a double-sided strip silicon detector, which allows you to immediately determine the two coordinates of the neutron interaction point in the detector volume;

- повысить точность пространственного распределения потока нейтронов в плоскости Х- и Y-координат за счет уменьшения шага стрипов кремниевого детектора и за счет прямого преобразования энергии ионизации в электрический сигнал в кремниевом детекторе;- increase the accuracy of the spatial distribution of the neutron flux in the plane of the X- and Y-coordinates by reducing the step of the strips of the silicon detector and by directly converting the ionization energy into an electrical signal in a silicon detector;

- существенно понизить уровень фона, определяемый малой толщиной кремниевого детектора (300-500 мкм), за счет уменьшения перерассеяния нейтронов в веществе детектора, что снижает вероятность появления сигналов от одного рассеянного нейтрона сразу на двух соседних стрипах.- significantly reduce the background level, determined by the small thickness of the silicon detector (300-500 μm), by reducing the neutron rescattering in the detector material, which reduces the likelihood of signals from one scattered neutron immediately on two adjacent strips.

Благодаря наличию данных отличительных признаков по сравнению с прототипом достигаются следующие технические результаты:Due to the presence of these distinctive features in comparison with the prototype, the following technical results are achieved:

- Предлагаемый способ предназначен для получения информации о пространственном распределении пучков меченых нейтронов в плоскости X-Y профилометра и определения размера области взаимодействия пучков меченых нейтронов с кремниевой детектирующей плоскостью профилометра. Это достигается применением двухстороннего стрипового кремниевого детектора, состоящего из Х- и Y-стрипов, расположенных ортогонально на разных сторонах детектора. При взаимодействии быстрых нейтронов с веществом кристалла кремниевого детектора в результате протекания реакций с эмиссией протонов и альфа-частиц при захвате нейтрона на ядрах кремния 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg происходит ионизация кремния образовавшимися заряженными частицами (р и α). В результате сбора (дрейфа) заряда ионизации в электрическом поле, созданном в объеме детектора, на соответствующих X- и Y-стрипах одновременно индуцируются электрические сигналы, которые поступают на входы электроники считывания.- The proposed method is intended to obtain information about the spatial distribution of labeled neutron beams in the XY plane of the profilometer and to determine the size of the interaction region of labeled neutron beams with a silicon detecting plane of the profilometer. This is achieved by using a double-sided silicon strip detector, consisting of X- and Y-strips located orthogonally on different sides of the detector. In the interaction of fast neutrons with the substance of a crystal of a silicon detector as a result of reactions with the emission of protons and alpha particles during neutron capture on silicon nuclei 28 Si (n, p) 28 Al, 28 Si (n, α) 25 Mg, silicon is ionized by the charged particles (p and α). As a result of the collection (drift) of the ionization charge in the electric field created in the detector volume, electrical signals are simultaneously induced on the corresponding X- and Y-strips, which are fed to the inputs of the readout electronics.

- Возможность одновременного получения Х- и Y-координат нейтронов, которые в результате ядерной реакции с кремнием дают электрический сигнал одновременно в Х- и Y-стрипах детектора.- The ability to simultaneously obtain the X- and Y-coordinates of neutrons, which as a result of a nuclear reaction with silicon give an electrical signal simultaneously in the X- and Y-strips of the detector.

- Более простой и надежный съем электрических сигналов с X- и Y-стрипов кремниевого профилометра по сравнению с оптическим съемом сцинтилляционного профилометра.- A simpler and more reliable removal of electrical signals from the X- and Y-strips of a silicon profilometer in comparison with the optical removal of a scintillation profilometer.

- Отсутствие практически эффекта перекрестных наводок ("crosstalk") в двух соседних Х- (или Y-) стрипах повышает точность определения координат нейтронов.- The absence of practically the effect of crosstalk ("crosstalk") in two adjacent X- (or Y-) strips increases the accuracy of determining the coordinates of neutrons.

Перечень чертежей:The list of drawings:

1. На фиг. 1 (приложение 1) изображен вариант общей схемы устройства.1. In FIG. 1 (Appendix 1) shows a variant of the General scheme of the device.

2. На фиг. 2 (приложение 1) изображен один из вариантов схемы профилометра быстрых нейтронов на основе двухсторонних стриповых кремниевых детекторов.2. In FIG. 2 (Appendix 1) one of the variants of the fast neutron profilometer circuitry based on double-sided strip silicon detectors is shown.

3. На фиг. 3 (приложение 2) приведен спектр потерь энергии заряженных частиц, образовавшихся в результате реакций взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами кремния, измеренный с помощью прототипа профилометра на основе кремниевого детектора.3. In FIG. Figure 3 (Appendix 2) shows the spectrum of energy losses of charged particles resulting from the reactions of the interaction of fast neutrons with silicon nuclei, measured using a prototype profilometer based on a silicon detector.

На фиг. 1 изображена общая схема устройства, которое реализует предложенный способ.In FIG. 1 shows a General diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство содержит детектирующую плоскость 1, предназначенную для измерения пространственного распределения пучков меченых нейтронов и состоящую из 4-х одинаковых двухсторонних стриповых кремниевых детекторов 2; блока регистрирующей электроники 3; блока питания 4 детектирующей плоскости 1 и регистрирующей электроники 3. На этом же чертеже изображены: нейтронный генератор 5 с многопиксельным альфа-детектором 6, расположенным внутри него, формирующем меченые пучки нейтронов; тритиевая мишень 7; блок управления нейтронного генератора 8.The device comprises a detecting plane 1 intended for measuring the spatial distribution of labeled neutron beams and consisting of 4 identical double-sided strip silicon detectors 2; block recording electronics 3; power supply 4 of the detecting plane 1 and the recording electronics 3. The same drawing shows: a neutron generator 5 with a multi-pixel alpha detector 6 located inside it, forming labeled neutron beams; tritium target 7; neutron generator control unit 8.

На фиг. 2 в качестве примера приведена схема включения двухстороннего стрипового кремниевого детектора с усилителями считывания сигналов со стрипов. Шаг Х- и Y-стрипов профилометра составляет - 2 мм, длина стрипов - 60 мм, толщина детектора - 0.3 мм.In FIG. Figure 2 shows an example of the inclusion of a double-sided silicon strip detector with amplifiers for reading signals from strips. The pitch of the X- and Y-strips of the profilometer is 2 mm, the length of the strips is 60 mm, the thickness of the detector is 0.3 mm.

На фиг. 3 приведен спектр потерь энергии заряженных частиц, образовавшихся в результате реакций взаимодействия нейтронов (En=14.1 МэВ) с ядрами кремния в объеме кремниевого детектора. Данный спектр получен при прохождении нейтронов через кремниевый детектор с чувствительной площадью 0.64 см2 и толщиной чувствительной области 300 мкм. Число нейтронов, прошедших через детектор, равняется 2.62×107, число зарегистрированных сигналов (нейтронов) кремниевым детектором с площадью 0.64 см2 и толщиной 300 мкм равняется 5.2×103 при пороге регистрации 1 МэВ. Из полученных экспериментальных результатов определена эффективность регистрации быстрых нейтронов (En=14.1 МэВ) кремниевым детектором, которая составляет 3.1×10-4 см-2/300 мкм/1 МэВ. Полученная величина эффективности регистрации нейтронов имеет следующий физический смысл: кремниевый детектор с активной площадью 1 см2 и толщиной 300 мкм при прохождении через него 104 быстрых нейтронов (En=14.1 МэВ) зарегистрирует 3.1 нейтронных сигнала при энергетическом пороге электроники в 1 МэВ.In FIG. Figure 3 shows the energy loss spectrum of charged particles resulting from neutron interaction reactions (E n = 14.1 MeV) with silicon nuclei in the volume of a silicon detector. This spectrum was obtained by passing neutrons through a silicon detector with a sensitive area of 0.64 cm 2 and a thickness of the sensitive region of 300 μm. The number of neutrons passing through the detector is 2.62 × 10 7 , the number of recorded signals (neutrons) by a silicon detector with an area of 0.64 cm 2 and a thickness of 300 μm is 5.2 × 10 3 at a detection threshold of 1 MeV. From the obtained experimental results, the detection efficiency of fast neutrons (E n = 14.1 MeV) by a silicon detector was determined, which is 3.1 × 10 -4 cm -2 / 300 μm / 1 MeV. The obtained value of the neutron detection efficiency has the physical meaning of the following: silicon detector with an active area of 1 cm 2 and 300 microns thick while passing therethrough April 10 fast neutron (E n = 14.1 MeV) neutron signal register 3.1 at an energy threshold in the electronics 1 MeV.

Предлагаемый способ может эффективно применяться для решения задач нейтронографии при исследовании внутренней структуры объекта, находящегося между источником нейтронов и профилометром. Вещества, входящие в состав исследуемого объекта, обладают разной степенью ослабления потока нейтронов при проходе через них (разной степенью поглощения нейтронов), что, в свою очередь, приводит к уменьшению числа нейтронов, зарегистрированных стрипами X и Y, которые «затенены» областью в объекте, занимаемой веществами с большим сечением поглощения нейтронов, по сравнению со всеми другими областями объекта, заполненными другими веществами, входящими в состав облучаемого объекта.The proposed method can be effectively used to solve neutron diffraction problems in the study of the internal structure of an object located between a neutron source and a profilometer. The substances that make up the object under study have a different degree of attenuation of the neutron flux when passing through them (different degrees of neutron absorption), which, in turn, leads to a decrease in the number of neutrons recorded by strips X and Y that are “obscured” by a region in the object occupied by substances with a large neutron absorption cross section, compared with all other areas of the object filled with other substances that make up the irradiated object.

ЛитератураLiterature

1. В.М. Быстрицкий, Н.И. Замятин и др., Сборник докладов Международной научно-технической конференции "Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе", с. 547, ВНИИА, Москва, 2013.1. V.M. Bystritsky, N.I. Zamyatin et al., Collection of reports of the International scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them", p. 547, VNIIA, Moscow, 2013.

2. В.М. Быстрицкий, Н.И. Замятин и др., Сборник докладов Международной научно-технической конференции "Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе", с. 572, ВНИИА, Москва, 2013.2. V.M. Bystritsky, N.I. Zamyatin et al., Collection of reports of the International scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them", p. 572, VNIIA, Moscow, 2013.

Claims (2)

1. Способ измерения профиля нейтронного пучка (пучков) в плоскости, перпендикулярной выделенному его (их) направлению, заключающийся в том, что пучок (пучки) быстрых нейтронов направляют на детектирующую плоскость профилометра, перпендикулярно расположенную к его (их) направлению (направлениям), поверхность которой представляет собой совокупность параллельно расположенных изолированных стрипов, сигналы с каждого из стрипов, появившиеся в результате взаимодействия нейтрона с веществом стрипа, поступают на блок регистрирующей электроники, производящей прием и анализ зарегистрированных событий с использованием программного обеспечения для определения профиля нейтронного пучка (пучков), отличающийся тем, что в качестве детектирующей плоскости профилометра используют двусторонний стриповый кремниевый детектор, одна сторона которого представляет набор X-стрипов, а вторая - набор Y-стрипов, перпендикулярных к Х-стрипам, при этом регистрируют заряженные частицы, образующиеся в каждом конкретном стрипе в результате протекания реакций с эмиссией протонов и альфа-частиц при захвате нейтронов на ядрах кремния 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg, при этом путем снятия электрических сигналов с соответствующих X- и Y-стрипов определяют координаты X и Y точек взаимодействия нейтронов с веществом данного стрипа профилометра, при этом на основании однозначной связи номеров одновременно сработавших X- и Y-стрипов, включенных на совпадения, при этом после набора событий по каждому из X- и Y-стрипов профилометра автоматически производится временной и амплитудный анализ зарегистрированных событий.1. The method of measuring the profile of a neutron beam (beams) in a plane perpendicular to the direction selected (their) direction, namely, that the beam (beams) of fast neutrons are sent to the detecting plane of the profilometer perpendicular to its (their) direction (directions), the surface of which is a collection of parallel isolated strips, the signals from each of the strips, resulting from the interaction of a neutron with the substance of the strip, are fed to the recording electronics unit and, receiving and analyzing recorded events using software for determining the profile of a neutron beam (beams), characterized in that a two-sided strip silicon detector is used as the detecting plane of the profilometer, one side of which is a set of X-strips, and the other is a set of Y -strips perpendicular to the X-strips, in this case, charged particles formed in each specific strip are recorded as a result of reactions with the emission of protons and alpha particles during ahvate neutrons by nuclei of silicon 28 Si (n, p) 28 Al, 28 Si (n, α) 25 Mg, wherein by removing electrical signals from the respective X- and Y-coordinates of the strips define X and Y points of neutron interactions with the substance of the profiler strip, in this case, based on the unambiguous relationship of the numbers of simultaneously triggered X- and Y-strips included in coincidence, in this case, after a set of events for each of the X- and Y-stripes of the profilometer, time and amplitude analysis of the recorded events is automatically performed. 2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что на детектирующую плоскость профилометра из кремния направляют перпендикулярно к ней пучки меченых быстрых нейтронов, формируемые с помощью нейтронного генератора с расположенным внутри него многоэлементным (многопиксельным) альфа-детектором (мечение нейтронов осуществляется путем регистрации альфа-частицы одним из элементов (пикселем) альфа-детектора, образующейся в бинарной ядерной дейтерий-тритиевой реакции, вылет которой из мишени практически противоположен направлению вылета нейтрона), производят анализ событий, одновременно зарегистрированных соответствующими X- и Y-стрипами двустороннего кремниевого профилометра, в совпадениях с сигналом от соответствующего пикселя альфа-детектора, при этом измеряется пространственное распределение нейтронов в детектирующей плоскости X-Y, соответствующих каждому из меченых пучков нейтронов. 2. The method according to claim 1, characterized in that beams of labeled fast neutrons are formed perpendicularly to the detecting plane of the profilometer from silicon. They are formed using a neutron generator with a multi-element (multi-pixel) alpha detector located inside it (neutron tagging is carried out by detecting alpha particles by one of the elements (pixel) of the alpha detector, which is formed in the binary nuclear deuterium-tritium reaction, the emission of which from the target is practically opposite to the direction of neutron emission), analysis of events that lead simultaneously registered corresponding X- and Y-strips bilateral silicon profilometer, in coincidence with the signal from the corresponding pixel alpha detector, wherein the measured spatial distribution of neutrons in detecting X-Y plane corresponding to each of the tagged neutron beams.
RU2015119429/28A 2015-05-25 2015-05-25 Method and device for measurement of neutron beam(s) profile RU2593433C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015119429/28A RU2593433C1 (en) 2015-05-25 2015-05-25 Method and device for measurement of neutron beam(s) profile

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015119429/28A RU2593433C1 (en) 2015-05-25 2015-05-25 Method and device for measurement of neutron beam(s) profile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2593433C1 true RU2593433C1 (en) 2016-08-10

Family

ID=56612753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015119429/28A RU2593433C1 (en) 2015-05-25 2015-05-25 Method and device for measurement of neutron beam(s) profile

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2593433C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040007671A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-15 Metorex International Oy. Imaging X-ray detector based on direct conversion
US20040065838A1 (en) * 1996-02-02 2004-04-08 Tumer Tumay O. Method and apparatus for radiation detection
RU114369U1 (en) * 2011-11-25 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" PORTABLE DEVICE FOR IDENTIFICATION OF HIDDEN SUBSTANCES (OPTIONS)
RU2476907C2 (en) * 2011-06-08 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" Multichannel semiconductor detector for detecting alpha-particles in static vacuum neutron generator and detecting element for said detector
US20140110592A1 (en) * 2012-05-31 2014-04-24 Robert Sigurd Nelson Compton camera detector systems for novel integrated compton-Pet and CT-compton-Pet radiation imaging

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040065838A1 (en) * 1996-02-02 2004-04-08 Tumer Tumay O. Method and apparatus for radiation detection
US20040007671A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-15 Metorex International Oy. Imaging X-ray detector based on direct conversion
RU2476907C2 (en) * 2011-06-08 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" Multichannel semiconductor detector for detecting alpha-particles in static vacuum neutron generator and detecting element for said detector
RU114369U1 (en) * 2011-11-25 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" PORTABLE DEVICE FOR IDENTIFICATION OF HIDDEN SUBSTANCES (OPTIONS)
US20140110592A1 (en) * 2012-05-31 2014-04-24 Robert Sigurd Nelson Compton camera detector systems for novel integrated compton-Pet and CT-compton-Pet radiation imaging

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8785864B2 (en) Organic-scintillator compton gamma ray telescope
US6989541B2 (en) Coincident neutron detector for providing energy and directional information
Bartoli et al. Detection of thermal neutrons with the PRISMA-YBJ array in extensive air showers selected by the ARGO-YBJ experiment
US8232530B2 (en) Solid state neutron detector
Luo et al. Development and commissioning of a compact Cosmic Ray Muon imaging prototype
CN103245680A (en) Fast neutron imaging method and system based on time-of-flight method
US8648314B1 (en) Fast neutron imaging device and method
Mazzitelli et al. A high resolution tpc based on gem optical readout
Zamyatin et al. Neutron beam profilometer on the base of double-sided silicon strip detectors
CN112285757B (en) Radiation monitoring device and method
Sharan et al. Measurement of cosmic-ray muon flux in the underground laboratory at UCIL, India, using plastic scintillators and SiPM
Qin et al. A CsI (Tl) hodoscope on CSHINE for Bremsstrahlung γ-rays in heavy ion reactions
RU2593433C1 (en) Method and device for measurement of neutron beam(s) profile
Koga et al. Development of the fiber neutron monitor for the energy range 15–100 MeV on the International Space Station (ISS)
Taiuti et al. Measurement of the response of long plastic scintillator bars for the large angle electromagnetic shower calorimeter for CLAS
Ruskov et al. TANGRA multidetector systems for investigation of neutron-nuclear reactions at the JINR Frank Laboratory of Neutron Physics
RU2371740C1 (en) Hodoscope
EP3270186B1 (en) Neutron detector with a tracking unit
Al Hamrashdi et al. Design and Optimisation of a Three Layers Thermal Neutron, Fast Neutron and Gamma-Ray Imaging System
RU2505801C1 (en) Neutron radiography apparatus
Tanaka Evaluation of positioning and density profiling accuracy of muon radiography by utilizing a 15-ton steel block
Bravar et al. FNIT: the fast neutron imaging telescope for SNM detection
Azimi et al. Compact Beta-Gamma Radioxenon Detection System with Improved Energy Resolution Using PIPS Detector
RU71451U1 (en) TWO-ORDER RADIATION DETECTOR
RU183777U1 (en) DEVICE FOR REGISTRATION OF FAST NEUTRONS OF SPACE RADIATION