SU843572A1 - Устройство дл исследовани потоков нейтронов - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕ,ЦО- ВАНИЯ ПОТОКОВ НЕЙТРОНОВ, содержащее сцинтилл ционный датчик, включающий комбинированный сцинтилл тор, образованный сцинтилл ционным детектором тепловых и медленных нейтронов и окружаницим его прозрачным пластическим сцинтилл тором, фотоумножитель и подключенный к датчику электронный блок дл  разделени  сигналов от нейтронов, зар женных частиц и- гамма-квантов, о т л и ч а- ю щ ее с   ^-ем. Что, с целью определени  направлени  потоков нейтронов, повышени  чувствительности регистрации, -а также расширени  диапазона энергий регистрируемых нейтронов, пластический сцинтилл тор комбинированного сцинтилл тора выполнен в форме шара, разделенного на одинаковые элементы светонепроницаемыми перегородками, пересекающимис  в центре шара, причем в перегородке каждого из элементов установлен сцинтилл ционный детектор тепловых и медленных нейтронов, введенный в пластический сцинтилл тор на глубину, равную его. толщине, а на сферических поверхност х каждого элемента установлен фoтoyмнo^ житель.2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что,светонепроницаемые перегородки выполнены в виде двух пластин, разделенных поглотителем нейтронов.(Лэо-4^ •jQ 'Л VIN0

Description

Изобретение относитс  к области технической физики и мржет быть использовано дл  регистрации нейтронов в смешанных пол х нейтронов, зар женных частиц и гамма-квантов.

Дл  регистрации нейтронов в диапазоне энергий от тепловых до нескольких МэВ известны устройства, в которых детектор тепловых и медленых нейтронов окружен слоем замедлител . Дл  защиты от регистрации зар женных частиц используетс  i фосфич-зффект, а гамма-фон отдел етс  по амплитудам импульсов i

Такие устройства не обладают направленной чувствит;ельностью регистрации нейтронных потоков и, кроме того, чувствительность таких устройств к нейтронам различных.энегий зависит от размеров замедлителей . .

Известны также сцинтилл ционные детекторы быстрых нейтронов, обладащие направленной чувствительностью к нейтронным потокам вдоль заданного направлени , например вдоль своей оси, и выполненные в виде чередущихс  слоев или нитей из сцинтиллирующей и несцинтиллирующей пластмасс 2 . .

Эти детекторы обладают пониженно чувствительностью к гамма-фону, они предназначены только дл  .регистрации быстрых нейтронов.

Ближайшим к за вленному  вл етс  устройство дл  исследовани  потока нейтронов, содержащее сцинтилл ционный датчик, включающий комбини-: рованный сцинтилл тор, образованный сцинтилл ционным детектором тепловы и медленных нейтронов и окружающим его прозрачным пластическим сцинтилл тором , фотоумножитель и подключенный к датчику электронный блок дл  разделени  сигналов от нейтронов , зар женныхчастиц и гамма-квантов з .

В сЪстав датчика вход т фотоумно житель и комбинированный сцинтилл тор типа- фосфич, содержащий детектор тепловых и медленных не йтронов (кристалл Li3(fu)), размерами 30114 мм, окруженный пластическим сцинтилл тором в форме цилиндра. Последний предназначен дл  защиты антисовпадени ми при регистрации зар женных частиц. Замедлитель из полиэтилену, окружающий датчик одинаковым со всех сторон слоем, равным 7 см, необходим дл  увеличени  эффективности )егистрации быстрых нейтронов, так как L,i3(u) наиболее эффективно регистрирует тепловые и мед7 енные нейтроны.

Устройство предназначено дл  регистрации нейтронов в диапазоне энергий от 0,1 до 10 МэВ. Тепловые и медленные нейтроны регистрируютс 

менее эффективно, чем промежуточные и быстрые. Это св зано с тем, что веро тность прохождени  через замедлитель из Полиэтилена данной толщины дл нейтронов с энергией меньше 100 кэВ мала (.Цлина замедлени  дл  нейтронов с энергией 100 кэВ равна 3,5 см, а длина диффузии в полиэтилене - 2,5 см).

Кроме того, указанное устройство не позвол ет определ ть направление нейтронного потока, так как в нём отсутствуют коллиматоры, а кристалл L i Э (fu ) обладает изотропной чувствительностью регистрации нейтронов . Устройство обладает низкой чувствительнбстыр регистрации нейтронов ( 1 см) , что затрудн ет исследов ание слабых (лс1 ) потоков нейтронов.

Целью изобретени   вл етс  определение направлени  потоков нейтроно повьниение чувствительности регистрации , а также расширение диапазона энергий регистрируемых нейтронов.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в известном устройстве, содер-. жащем сцинтилл ционный датчик, включающий комбинированный сцинтилл тор, образованный сцинтилл ционным детектором тепловых и медленных нейтронов и окружающим его прозрачным плаютическим сцинтилл тором, фотоумножитель и подключенный К сцинтилл ционному датчику электронный блок дл  разделени  сигналов от нейтронов , зар женных частиц и гамма-квантов , пластический комбинированный сцинтилл тор выполнен в форме шара , разделенного на одинаковые элементы светонепроницаемыми перегородками , пересекающимис  в центре шара, причем в перегородке каждого из элементов установлен одИн сцинтилл ционный детектор тепловых и медленных нейтронов, введенный в пластический сцинтилл тор на глубину, равную его толщине, а на сферических поверхност х каждого элемента установлено по фотоумножителю, а также тем, что светонепроницаемые перегородки выполнены в виде двух пластин, разделенных поглотителем нейтронов.

Каждый элемент пластического сцинтилл тора с установленными в перегородке детекторами тепловых и медленных нейтронов и фотоумножитель образуют самосто тельный сцинтилл ционный датчик - модуль.

Возможность определени , направлени  нейтронного потока достигаетс  тем, что чувствительный элемент каждого модул , ш -  часть комбинированного сцинтилл тора, заэкранирован со всех сторон, кроме сферической поверхности, соседними част ми комбинированного сцинтилл тора. При размерах элемента пластического

сцинтилл тора, сравнимых с длиной замедлени  нейтронов U. (т .е. при Rygpg l) наиболее веро тна регистрци  нейтрона тем же модулем, в который он первоначально попал. Направление нейтронного потока можно определить из сравйени  скоростей счета нейтронов, зарегистрированных различными модул ми датчика.

Что касаетс  повышени  чувствительности регистрации нейтронов, то она больше чувствительности прототипа за счет того,.что при этом ж объеме; замедлител  использовано большее количество детекторов тепловых и медленных нейтронов. При этом расшир етс  диапазон энергий регистрируемых нейтронов, так как уменьшаетс  минимальна  толщина сло замедлител .

На фиг%1 представлена функцио нальна  схема устройства дл  исследовани  потоков нейтронов; на фиг.2 - датчик устройства при значени х m 8 и , где m - количество элементов пластического сцинтилл тора , П -коли чество перегородок .

Устройство состоит из датчика 1 и электронного блока 2, содержащего m одинаковых каналов и предназначенного дл  разделени  сигналов от регистрируемых нейтронов, гаммаквантов и зар женных частиц каждым модулем 3. Пластический сцинтилл то 4 разделен светонепроницаемыми перегородками 5 на одинаковые элементы 6, в гран х которых расположены детекторы 7 тепловых и медленных нейтронов. На сферической поверхности каждого элемента находитс  соответствующий фотоумножитель 8. Датчик помещен в светонепроницаемый кожух.

Работает устройство следующим образом.

На датчик падает поток нейтронов , гамма-квантов и зар женных частиц. Нейтроны замедл ютс , попада  в элемент пластического сцинтилл тора ,  вл ющегос  хорошим замедлителем из-за высокой концентрации водорода в сцинтиллирующей пластмассе. При размерах элемента, сравнимых с длиной замедлени  нейтронов , что достигаетс  при радиусе шара, равном или несколько превосход щем последнюю, они с высокой веро тностью регистрируютс  детекторами тепловых и медленных нейтронов наход щимис  в гран х того же элемента . Светова  вспышка от регистрации нейтрона через прозрачный пластический сцинтилл тор улавливаетс  соответствующим фотоумножителем.

Импульс тока с фотоумножител  поступает в электронный блок и

идентифицируетс  последним как акт регистрации нейтрона данным модулем.

При замедлении нейтронов возможен их переход в соседние элементы. Переход диффузионно-мигрирующих нейтронов через элемент мало, веро тен , так как при этом они должны пересечь не менее трех граней элементов с расположенными на них детекторами тепловых и медленных

нейтронов и слой водородсодержащего вещества. Следовательно, каждый элемент пластического сцинтилл тора с расположенными на гран х детекторами тепловых и медленных нейтронов

 вл етс  нейтронопоглощающим экраном дл  соседних модулей датчика. Из сравнени  скоростей счета нейтронов , зарегистрированных различными модул ми датчика, можно определить

направление падающего на датчик потока нейтронов, а по суммарному счету нейтронов во всех модул х можно найти величину потока нейтронов. При попсщании зар женной частицы в комбинированный сцинтилл тор последн   об зательно даст вспышку в одном или нескольких элементах пластического сцинтилл тора и может , дать вспышку в детекторах тепловых и медленных нейтронов. Такое событие идентифицируетс  электронным блоком как регистраци  зар женной частицы. .

Гамма-кванты, зарегистрированные детекторами тепловых и медленных

нейтронов, дают амплитуды импульсов, отличные от амплитуд импульсов от .регистрации нейтронов, и также выдел ютс  электронным блоком.

Чувствительность регистрации нейтронов предлагаемым устройством значительно больше чувствительности известного устройства за счет того, что при том же объеме замедлител  использовано большее количество детекторов тепловых и медленных нейтронов . Кроме того, чувствительность зависит также от размеров комбинированного сцинтилл тора, эффективности регистрации нейтронов детекторами и количества элементов.

Пластический сцинтилл тор  вл етс  замедлителем нейтронов перемен- , ной толщины (см.фиг.2) и предназначен также дл  активной защиты от зар женных частиц. Минимальна  толщина его составл ет величину пор дка 1 см. Веро тность поглощени  тепловых нейтронов при прохождении водородсодержащего замедлител  такой толщины мала, поэтому тепловые и

медленные нейтроны.

Чувствительность регистрации нейтронов предлагаемым устройством слабо зависит от энергии нейтронов, когда длина замедлени  их меньше или

пор дка радиуса пластического сцинтйлл тора , и начинает уменьшатьс , когда длина замедлен41Я становитс  больш радиуса последнего. Введение дополнительных поглотителей между элементами пластического сцинтилл тора увеличивает избиратель ность устройства к направлению падающего , потока, нейтронов, так как эти поглотители уменьшают веро тность взаимных переходов замедливших с  нейтронов между соседними элементами комбинированного сцинтилл тора. В реализованном устройстве в качестве сцинтилл ционных детекторов тепловых и медленных нейтронов использованы кристаллы (Си ) При радиусе пластического сцинтилл тора, равного 12 cM,Vvi 8 и 1 3 на каждой грани установлено по 4 кристалла, ; .размерами 30«5 мм. При этом чувствительность регистрации нейтронов всем устройством, т.е. сумма чунствительностей всех .восьми модулей,.составл ет 35 см и не зависит от углового распределени  нейтронного потока, .а чувствительность каждого отдельног модул  эайисит от этого-распределени . Так, при регистрации излучени  . - . . ; . - :

в точечного PQ - 6 источника скорость счета нейтронов, зарегистрированных в противоположно ориентированных относительно источника .модул х, отличаетс  приблизительно в три раза. Если светонепроницаемые перегородки выполнены в виде двух, пластин, разделенных поглотителем нейтронов , то отнршение указанных скоростей света возрастает до четырех. Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет определ ть направление потоков нейтронов с смешанных пол х зар женных частиц, нейтронов и гамма-квантов без.Использовани  дополнительных или внешних коллиматоров и изменени  положени  датчика в пространстве обладает значительно большей чувствительностью регистрации нейтронов при тех же размерах и позвол ет расширить диапазон энергии регистрируемых нейтронов , что особенно важно при иссле- ; довании потоков нейтронов и опредет лении их угловых характеристик в космическом .пространстве, например солнечных нейтронов и нейтронов альбедо.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОКОВ НЕЙТРОНОВ, содержащее сцинтилляционный датчик, включающий комбинированный сцинтиллятор, образованный сцинтилляционным детектором тепловых и медленных нейтронов и окружающим его прозрачным пластическим сцинтиллятором, фотоумножитель и подключенный к датчи•4 ку электронный блок для разделения сигналов от нейтронов, заряженных частиц и· гамма-квантов, отличают ее с я Тем, что, с целью определения направления потоков нейтронов, повышения чувствительности регистрации, а также расширения диапазона энергий регистрируемых нейтронов, пластический сцинтиллятор комбинированного сцинтиллятора выполнен в форме шара, разделенного на одинаковые элементы светонепроницаемыми перегородками, пересекающимися в центре шара, причем в перегородке каждого из элементов установлен сцинтилляционный детектор тепловых и медленных нейтронов, введенный в пластический сцинтиллятор на глубину, равную его. толщиа на сферических поверхностях установлен фотоумн по п.1, о т л и тем, что.свето не, каждого элемента житель.

2. Устройство чающееся непроницаемые перегородки выполнены в виде двух пластин, разделенных поглотителем нейтронов.

Фи» f