RU2615709C1 - Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов - Google Patents
Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615709C1 RU2615709C1 RU2016100750A RU2016100750A RU2615709C1 RU 2615709 C1 RU2615709 C1 RU 2615709C1 RU 2016100750 A RU2016100750 A RU 2016100750A RU 2016100750 A RU2016100750 A RU 2016100750A RU 2615709 C1 RU2615709 C1 RU 2615709C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detectors
- protons
- neutron
- detector
- power plant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
- G01T3/08—Measuring neutron radiation with semiconductor detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области ядерного приборостроения. Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов содержит замедлитель нейтронов, блок питания и два параллельно расположенных полупроводниковых детектора с нанесенным на чувствительную область каждого детектора конвертером нейтронов, при этом чувствительные области детекторов с нанесенными на них конверторами обращены по направлению друг к другу, при этом между детекторами расположена пластина из органического материала, а сигналы с детекторов, проходящие через отдельные для каждого детектора каналы регистрации, состоящие из зарядочувствительного предусилителя, устройства селекции сигналов по амплитуде и формирователя временной отметки, подаются на устройство временной селекции, работающее по схеме антисовпадений. Технический результат – измерение плотности потока нейтронов в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при создании измерителей плотности потока нейтронов, излучаемых ядерной энергетической установкой, размещенной на космическом аппарате.
Важнейшей характеристикой устройства детектирования для контроля плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки, размещенной на космическом аппарате, является его устойчивость к внешним дестабилизирующим факторам, таким как гамма-излучение самой энергетической установки и космические высокоэнергетические заряженные частицы - протоны и электроны.
При воздействии на детектор нейтронов потока заряженных частиц в нем могут возникнуть сигналы, по амплитуде неотличимые от импульсов, обусловленных нейтронами. Для устранения этой компоненты фона обычно используют экранировку детектора нейтронов дополнительным счетчиком или группой счетчиков, фиксирующих прохождение заряженных частиц, а также осуществляют дискриминацию выходных сигналов по форме или используют разностную регистрацию сигналов от счетчиков с различной эффективностью регистрации нейтронов.
В качестве примера экранировки детектором нейтронов группой счетчиков можно привести детектор, разработанный для спутника OSO - F [1]. В состав детектора входит гелиевый пропорциональный счетчик, а в качестве замедлителя используется сцинтиллирующая пластмасса. Замедлитель окружен 22 пропорциональными счетчиками заряженных частиц, подключенными вместе с гелиевым счетчиком на устройство отбора антисовпадений. Пластический сцинтиллятор замедлителя вместе с фотоэлектронным умножителем образовывает дополнительный счетчик, который вместе с гелиевым счетчиком связан с устройством отбора совпадений. Быстрый нейтрон, попадая в замедлитель, создает несколько протонов отдачи, которые регистрирует дополнительный счетчик. Одновременное срабатывание гелиевого и дополнительного сцинтилляционного счетчиков идентифицируются как случаи регистрации быстрых нейтронов.
Примером разностной регистрации сигналов от счетчиков с различающейся эффективностью регистрации нейтронов служит устройство, содержащее две группы одинаковых борных пропорциональных счетчиков с низкой эффективностью регистрации фонового гамма-излучения и различной эффективностью регистрации нейтронов. В одной группе счетчики наполняли BF3 с бором, обогащенным изотопом 10B до 96%, а в другой группе - с естественным бором (изотоп 10B около 12%) [2]. Отношение эффективности регистрации нейтронов в таком детекторе равно восьми при одинаковой эффективности детектирования заряженных частиц и гамма-квантов.
Известно устройство для регистрации плотности потока нейтронов, представляющее собой моноблок, содержащий нейтронный детектор, изготовленный на основе монокристалла LiCaAlF6 активированного церием (Се), и блок импульсной дискриминации [3]. Устройство различает нейтронное и гамма-излучение за счет различий в форме импульса световых сигналов от сцинтиллятора, возникающих при регистрации различных типов излучения, эта задача решается с помощью устройства дискриминации по форме сигналов.
Однако использование такого устройства на космическом аппарате для измерения плотности потока нейтронов от ядерной энергетической установки не представляется возможным. Это связано с тем, что форма импульсов от взаимодействия протонов и нейтронов с материалами сцинтиллятора практически одинакова, так как нейтроны в детекторе регистрируются по протонам отдачи, и космические протоны будут регистрироваться как полезный сигнал от протонов отдачи.
Например, плотность потока фоновых космических протонов с энергией выше 25 МэВ за защитой массовой толщиной 0,5 г/см2 достигает значения 1,2×105 частиц/(см2⋅сек). При вероятности регистрации таких частиц, близкой к 100%, указанная плотность потока создает такое значение фонового сигнала на детекторе, по сравнению с которым значение полезного сигнала от гамма-излучения ядерной энергетической установки будет пренебрежимо мало. Следовательно, величина плотности потока нейтронов, вычисляемая устройством, будет состоять только из фоновой компоненты.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство ПДТН-001, предназначенное для непрерывного измерения плотности потока тепловых нейтронов [4]. Для регистрации нейтронов спектра деления наземной ядерной энергетической установки устройство ПДТН-001 крепится к полиэтиленовому замедлителю, выполненному в виде полусферы с радиусом 10 см. Нейтроны спектра деления, испускаемые установкой, замедляются в полиэтилене до энергий тепловых нейтронов и регистрируются устройством.
ПДТН-001 состоит из узла детекторов, узла усилителя и узла комбинированного. Схема устройства приведена на фиг. 1. Узел детектирования, прикрепленный к полиэтиленовому замедлителю (1), представляет собой моноблок с одним измерительным каналом, содержащим два включенных параллельно кремниевых ионно-имплантированных детектора (2, 3). Каждый кремниевый детектор площадью 250 мм2 крепится на отдельной печатной плате. На чувствительную область каждого детектора нанесена пленка конвертера (4, 5). Конвертер изготовлен в виде пленки толщиной около 5 мкм из материала Li6F. Детекторы регистрируют заряженные частицы, образовавшиеся в результате взаимодействия нейтронов с ядрами атомов Li6, содержащихся в пленке конвертеров. Детекторы размещены один за другим в корпусе из алюминия (6) толщиной 0,5 мм. Выходной сигнал каждого из детекторов поступает на вход одного общего для них узла усиления (7), состоящего из зарядочувствительного предусилителя и квазигауссовского усилителя-формирователя. Затем через амплитудный селектор и магистральный импульсный усилитель (8) сигнал поступает на внешний блок обработки информации. Питание устройства осуществляется от блока питания (9).
Работает ПДТН-001 следующим образом. Кремниевые детекторы преобразуют энергию заряженных частиц, вылетающих из конвертора, в электрический заряд, который усиливается и преобразуется в импульс напряжения. Этот импульсный сигнал подается на селектор амплитуды. На выходе селектора сигнал формируется по длительности и амплитуде, затем усиливается магистральным усилителем по мощности и поступает на выходной разъем устройства ПДТН-001.
Основным недостатком устройства ПДТН-001 является отсутствие возможности его использования на космических объектах, оснащенных ядерной энергетической установкой, для проведения радиометрического контроля плотности потока излучаемых нейтронов. Это обусловлено высокой чувствительностью устройства к регистрации протонов и электронов.
Целью изобретения является создание устройства для измерения плотности потока нейтронов, создаваемого ядерной энергетической установкой, размещенной на космическом аппарате, в условиях фоновой помехи от гамма-квантов ядерной энергетической установки и высокоэнергетичных космических электронов и протонов.
Поставленная цель достигается за счет следующих конструктивных особенностей.
Предложено устройство, схема которого приведена на фиг. 2. Для регистрации нейтронов спектра деления ядерной энергетической установки устройство прикрепляется к замедлителю (9), в котором нейтроны спектра деления замедляются до энергий тепловых нейтронов. Устройство содержит полупроводниковые детекторы (10, 11), помещенные в защитный корпус (12). Полупроводниковые детекторы крепятся на отдельных печатных платах и размещены в защитном корпусе так, чтобы чувствительные стороны детекторов с нанесенными на них конвертерами (13, 14) были обращены по направлению друг к другу. Между детекторами устанавливается пластина (15), выполненная из органического материала. Выход каждого полупроводникового детектора подан на отдельный, соответствующий этому детектору, зарядочувствительный предусилитель с квазигауссовским формирователем (16). Выход каждого предусилителя соединен с входом соответствующего устройства селекции сигналов по амплитуде (17). Выход каждого устройства селекции соединен с входом соответствующего формирователя временной отметки (18). Выходы каждого формирователя соединены с входом устройства временной селекции (19), осуществляющим отбор сигналов по схеме антисовпадений. Информация с выхода устройства временной селекции поступает на внешний блок обработки информации для вычисления численного значения плотности потока нейтронов. Питание устройства осуществляется от блока питания (20). Устройство работает следующим образом.
Нейтроны, замедленные до тепловых энергий, попадают в конвертер, размещенный на каждом полупроводниковом детекторе, и вызывают ядерную реакцию Li6(n, α)Н3, в результате которой в конвертере рождаются две заряженные частицы: альфа-частица и тритон Н3. Замедлитель нейтронов, как и в прототипе, может быть выполнен в виде полусферы из полиэтилена радиусом 10 см.
Заряженные частицы при рождении разлетаются строго в противоположные стороны, их траектории по отношению друг к другу направлены под углом 180°. Заряженные частицы, вылетевшие из конвертера в сторону детектора, которому он принадлежит, преобразуются в электрический заряд, который усиливается зарядочувствительным усилителем, преобразуется в импульс напряжения и подается на селектор амплитуд, а затем на формирователь временной отметки.
В качестве полупроводниковых детекторов могут выступать детекторы, выполненные из кремния. Для повышения радиационной стойкости устройства вместо кремниевых детекторов можно использовать детекторы ионизирующего излучения на основе алмаза.
Заряженные частицы, вылетевшие из конвертера в сторону детектора, которому он не принадлежит, поглощаются в пленке из органического материала, следовательно, не долетают до другого детектора и не регистрируются им. В качестве материала для пленки может использоваться полиэтилен толщиной 0,5 мм.
Таким образом, моменты формирования сигналов в каждом из двух полупроводниковых детекторах при регистрации нейтронов не совпадают между собой. Следовательно, сигналы от каждого детектора, поданные на устройство временной селекции, работающего в режиме антисовпадений, поступают на блок обработки информации без искажений.
Низкоэнергетичное фоновое излучение электронов, протонов и гамма-квантов поглощается защитным корпусом. Толщина и материал корпуса должна быть достаточны для исключения попадания на детекторы низкоэнергетичных гамма-квантов от ядерной энергетической установки и низкоэнергетичных космических заряженных частиц. В качестве материала для защитного корпуса может использоваться сталь толщиной не менее 17 мм.
Высокоэнергетичное фоновое излучение, образованное космическими электронами и протонами, а также комптоновскими электронами, возникающими при взаимодействии высокоэнергетичных гамма-квантов ядерной энергетической установки с защитным корпусом и конструктивными элементами устройства детектирования, пронизывают оба детектора, и в них одновременно формируются электрические сигналы. Импульсы, возникающие одновременно на выходе двух детекторов, при регистрации высокоэнергетического фонового излучения, исключаются устройством временной селекции, работающим по схеме антисовпадений.
Таким образом, совокупность отличительных признаков позволяет выполнить поставленную задачу по измерению плотности потока нейтронов, создаваемого ядерной энергетической установкой, размещенной на космическом аппарате, в условиях фоновой помехи от гамма-квантов ядерной энергетической установки и высокоэнергетичных космических электронов и протонов.
Литература
1. Lockwood J.A., Chupp E.L., and Jenkins R.W., IEEE Trans. Geoscience Electron GE-7, №2.88 (1969).
2. Martin J.P., Witten L.J., Geophis. Res., G6, 2613, (1963).
3. Устройство детектирования плотности потока нейтронов, Патент США 2013181137, опубл. 2013-07-18.
4. Узел детектирования ПДТН-001. Руководство по эксплуатации. СНАТ.418264.018 РЭ, ООО «СНИИП-Плюс», 2012 г.
Claims (1)
- Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов, содержащее замедлитель нейтронов, блок питания и два параллельно расположенных полупроводниковых детектора с нанесенным на чувствительную область каждого детектора конвертером нейтронов, отличающееся тем, что чувствительные области детекторов с нанесенными на них конверторами обращены по направлению друг к другу, при этом между детекторами расположена пластина из органического материала, а сигналы с детекторов, проходящие через отдельные для каждого детектора каналы регистрации, состоящие из зарядочувствительного предусилителя, устройства селекции сигналов по амплитуде и формирователя временной отметки, подаются на устройство временной селекции, работающее по схеме антисовпадений.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100750A RU2615709C1 (ru) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100750A RU2615709C1 (ru) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2615709C1 true RU2615709C1 (ru) | 2017-04-07 |
Family
ID=58506745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016100750A RU2615709C1 (ru) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2615709C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204784U1 (ru) * | 2020-12-23 | 2021-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Универсальный полупроводниковый спектрометр для детектирования корпускулярных космических излучений |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5002720A (en) * | 1989-06-30 | 1991-03-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electret enabled thermal neutron flux detection and measurement |
SU897018A1 (ru) * | 1980-07-11 | 1992-09-30 | Предприятие П/Я А-3603 | Устройство дл измерени плотности потока нейтронного излучени |
RU2102775C1 (ru) * | 1995-03-29 | 1998-01-20 | Московский государственный инженерно-физический институт | Устройство для регистрации потоков нейтронов |
-
2016
- 2016-01-11 RU RU2016100750A patent/RU2615709C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU897018A1 (ru) * | 1980-07-11 | 1992-09-30 | Предприятие П/Я А-3603 | Устройство дл измерени плотности потока нейтронного излучени |
US5002720A (en) * | 1989-06-30 | 1991-03-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electret enabled thermal neutron flux detection and measurement |
RU2102775C1 (ru) * | 1995-03-29 | 1998-01-20 | Московский государственный инженерно-физический институт | Устройство для регистрации потоков нейтронов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Узел детектирования ПДТН-001. Руководство по эксплуатации, ООО "СНИИП-Плюс", 2012. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204784U1 (ru) * | 2020-12-23 | 2021-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Универсальный полупроводниковый спектрометр для детектирования корпускулярных космических излучений |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10107934B2 (en) | Device and method for detecting neutrons and gamma rays | |
US10670739B2 (en) | Gamma radiation and neutron radiation detector | |
US8232530B2 (en) | Solid state neutron detector | |
Streicher et al. | Special nuclear material characterization using digital 3-D position sensitive CdZnTe detectors and high purity germanium spectrometers | |
RU2615709C1 (ru) | Устройство для измерения плотности потока нейтронов ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от гамма-квантов и высокоэнергетичных космических электронов и протонов | |
Fallot | The detection of reactor antineutrinos for reactor core monitoring: an overview | |
US8115178B2 (en) | Large dynamic range radiation detector and methods thereof | |
JP2012242369A (ja) | 放射線検出器 | |
RU56003U1 (ru) | Детектор нейтронов и гамма-квантов | |
Pöllänen et al. | Detection of fast neutrons from shielded nuclear materials using a semiconductor alpha detector | |
Trombetta et al. | Sensitive detection of special nuclear materials for rpm applications based on gamma-fast neutron coincidence counting | |
RU2347241C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
Finocchiaro et al. | Field tests of the MICADO monitoring detectors in real radwaste storages | |
Matsumoto et al. | Development of a Neutron Detection System using an LGB Scintillator for Precise Measurements of Epi-Thermal Neutrons | |
Paulus et al. | Enhancement of peak-to-total ratio in gamma-ray spectroscopy | |
Bross et al. | Advanced Radiation Panel design for applications in National Security and Food Safety | |
Chiles et al. | Multi-energy neutron detector for counting thermal neutrons, high-energy neutrons, and gamma photons separately | |
Tanaka et al. | Data acquisition system for the PoGOLite astronomical hard X-ray polarimeter | |
RU2527664C1 (ru) | Устройство для измерения мощности дозы гамма-излучения ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от высокоэнергетичных космических электронов и протонов | |
Lintereur et al. | Coated fiber neutron detector test | |
Randall | Development of Directional Detector System for Localisation in Mixed Field Environments | |
Guo | Project on Radon Dosimetry | |
Tancioni et al. | Gamma dose rate monitoring using a Silicon Photomultiplier-based plastic scintillation detector | |
RU2231809C2 (ru) | Детектор нейтронного и гамма-излучений | |
Mikhalko et al. | A mobile complex to record several secondary cosmic rays components |