Времяпролетный спектрометр быстрых нейтронов
Изобретение относится к технике диагностики термоядерной плазмы и может быть использовано, например, для измерения ионной температуры плазмы . Цель изобретения - увеличение отношения сигнал-шум - достигается уменьшением вклада фоновых событий, Времяпролетный спектрометр содержит коллиматор и два сцинтилляционных детектора - стартовый и столовый, а также электронную схему регистрации. Электронная схема регистрации включает входной пороговый формирователь сигналов и блок измерения временных интервалов. Стартовый детектор расположен за коллиматором на его оси Столовый детектор расположен под углом / к оси коллиматора на расстоянии 1 от стартового детектора. Увеличение отношения сигнал-шум достигается выполнением стартового детектора в пиде набора чередующихся пластин сцинтнллятора и поглотителя. Плоскости пластин расположены под углом 90° - I/ к оси коллиматора. Толщина каждой пластины сцинтиллятора равна h Aptg(arccos x), где Ярпробег протона отдачи, который рассеивается под углом (90° - с/) в сцинтилляторе, х Ер/Е ркоэффициент отбора полезных событий, где Ерэнергия протона отдачи, который рассеивается под углом (90 ° - оО , Е р - энергия протона отдачи, который рассеивается под углом 90°- ( t aresinx) . Толщина же пластины поглотителя равняется d }1Рсч2счАпо,л()„„/сч р плотность сцинтиллятора, ZCu зарядовый номер сцинтиллятора, Асцатомный номер сцннтиллятора, Рпбгл плотность поглотителя, Z ПОГА- зарядовый номер поглотителя, А атомный номе оглотителл, Е h- энергия нейтрона. Реализация изобретения позволяет примерно на три порядка повы- Јить отношение гигнал-шум времяпролетных спектрометров быстрых нейтронов . 1 ил. (Л & оо
ÄÄSUÄ 147 10
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУбЛИН (51) 5 G 01 Т 3/00 1/36
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (46) 23. 09. 90. Бюл. № 35 (21) 4321444/31-25 (22) 27.08. 87 (72) Ю.А.Кащук, М.ВяКириллов-Угрюмов и В.П,Прорвич (53) 539,1,074(088.8) (56) I.Kallne, T. F.levant, Neutron
time — of flight spectrometer for
diagnostics of D-T fusion plasma, 1985, 3oint t".uropean Torus, IFT-P(85)
03, 25ð.
Flevant T.,А neutron spectrometer
suitable for diagnostics of extended
fusion plasmas, Nuclear Instruments
and Methods 1981, v ° 185 № 2, р ° 313-320. (54) ВРЕМЯПРОЛЕТННЙ СГ!ЕКТРОИЕТР БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ (57) Изобретение относится к технике диагностики термоядерной плазмы и может быть использовано, например, для измерения ионной температуры плазмы. Цель изобретения — увеличение отношения сигнал-шум - достигается уменьшением вклада фоновых событий. .
Времяпролетный спектрометр содержит коллиматор и два сцинтилляционных детектора — стартовый и стоповый, а также электронную схему регистрации.
Электронная схема регистрации включает входной пороговый формирователь сигналов и блок измерения временных интервалов, Стартовый детектор распоI
Изобретение относится к технике диагностики термоядерной плазмы и может быть использовано, например для измерения ионной температуры плазмы ложен за коллиматором на его ocu.
Стоповый детектор расположен под уг" лом o(к оси коллиматора íà расстоянии 1 от стартового детектора. Увеличение отношения сигнал-шум достигается выполнением стартового детектора в виде набора чередующихся пластин сцинтиллятора и поглотителя. Плоскос" ти пластин расположены под углом
90. — к оси коллиматора. Толщина каждой пластины сцинтиллятора равна
h =.)Ip tg(arccos z), где Лр- пробег протона. отдачи, которь)й рассеивается под углом (90 — o() в сцинтилляторе, X = Е /Е р - коэффициент отбора полезных событий, где E p - энергия д протона отдачи, который рассеивается пол углом с90 — cI), E — энергия протона отдачп, который рассеивается поц углом 90 — (d t ясснгпя) . салмина же пластины поглотителя ранняетгде р, — плотность сцинтиллятора, »рр)а
Z «- зарядовый номер сцинтилляч.. а, ф»
A,„ - атомный номер сцинтиллятора, », 1 — плотность поглотителя, Е „,„„- зарядовый .номер поглотителя, А ))р „- атом.ный номе, оглотителя, Е > - энергия нейтрона. Реализация изобретения позволяет примерно на три порядка повы- М
Сить отношение сигнал-шум времяпролетных спектрометров быстрых нейтронон. 1 ил.
2 в установках с магнитным удержанием типа TOKAMAK.
Целью изобретения является увеличение отношения сигнал-шум путем
1477108
У сII, Zq Еп "Е 1. Рс Zcu,Ааогл Р1эО рЛ ЕретлА С и E р уменьшения вклада фоновых событий. На чертеже показана схема спектрометра, содержащего коллиматор 1, стартовый детектор 2, включающий в себя ФЭУ 3, пластины сцинтиллятора 4 и пластины поглотителя 5, стоповый .детектор 6, состоящий иэ сцинтиллято ра 7 и ФЭУ Э,электронную схему регистрации 8,в состав которой входят входные пороговые формирователи сигналов 9 и блок измерения 1Овременных интервалов.Показано также расстояние 1 от стартового детектора 2до стопового15 детектора 61 направление полета нейтронов и, рассеянных нейтронов и, протонов р. Стартовый детектор 2 расположен на оси коллиматора 1, у его выхода, и 20 выполнен в виде набора пластин сцинтиллятора 4, чередующихся с пластинами поглотителя 5, причем плоскости пластин составляют с осью коллимато. ра 1 угол 90 — d, а толщина каждой 25 пластины сцинтиллятора 4 выбрана иэ соотношения h = Л < tg(are.сов а), 30 где Л вЂ” пробег протона, рассеянного под углом 900- (в сцинтилляx= "Е „/Š— коэффициент отбора полезных событий; Е р — энергия протона отдачи, рассеянного под углом 90 — d, F. — энергия протона отдачи расP р сеянного под углом 90 — 40 «(д arising Толщина пластин поглотителя 5 d выбрана из условия где Z„,- зарядовый номер сцинтиллятора; Е„р,„- зарядовый номер поглатителя„ Ас — атомный номер сцинтиллятора, А„,„„- атомный номер поглотителя; - плотность сцинтиллятора; Р„„„" плотность поглотителя Е q — энергия нейтрона. Спектрометр работает следующим образом. После прохождения через коллиматор 1 нейтрон и с энергией F.„ попада» ет под углом 0 о в стартовый детектор 2, выполненный из набора пластин сцинтиллятора и поглотителя. Толщина каждой пластины сцинтиллятора 4 выбрана таким образом, что в ней полностью укладывается только пробег протонов р, вылетевших под углами 90 - (Ы are s in z ) . С вероятностью 6 нейтрон упруго рассеивается на ядре водорода, входящего в состав пластины сцинтиллятора 4 толщиной Ь, и вылетает и нод углом Л от 0 до 90 Под углом (900- Ы ) вылетает протон отдачи р, энергия которого равна Е Р = E„sin р, На выходе стартового детектора 2 возникает импульс, начало которого соответствует моменту регистрации нейтрона h в стартовом детекторе 2, а амплитуда пропорциональна F. . . Фоновые протоны отдачи, .вылетевшие под углами большими или меньо р шими 90 — (d + ar< sin л), попадают в палстину поглотителя 5 толщиной теряя там часть своей энергии. Толщина d пластины поглотителя 5 выбрана так, что. с учетом поглощенной в ней энергии фонового протона отдачи соответствующий электронный сигнал, пропорциональный поглощенной в пластинах сцинтиллятора 4 энергии, оказывается ниже порогового значения. Нейтрон n рассеянный в направлении стопового детектора .6, пролетает ðañстояние 1 и череэ время t, = 1 ю „!2К „ регистрируется стоповым детектором 6. Здесь m > — масса нейтрона, Е „— era энергия после рассеяния. Электрические сигналы стартового детектора 2 и стопового детектора 6 проходят через пороговые формирователи сигналов 9 в блок измерения 10 временных интервалов, где измеряется задержка между ними. В электронной схеме регистрации 8 происходит накопление информации и ее предварительная обработка перед подачей на ЭБМ. По измеренному t „E „, а / затем с. учетом угла с - начальная 1 энергия нейтрона по формуле Е „ = = Е„cos d. Суть предложения заключается в следующем. В стартовом детекторе 2 протоны отдачи р, соответствующие нейВремяпропетный спектрометр быстрых нейтронов, содержащий коплиматор, стартовый и ctolloDblll сцинтиппяцион- ньle детекторы и электронную схему регистрации, включак:щую входной пороговый формирователь сигналов и блок измерения временных интервалов, причем стартовый детектор расположен за колпиматором на его оси, а стоповый детектор Расположен на расстоянии 1 от стартового детектора под утлом 5 к оси коппиматора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с цепью увели5 1477 тронам и, попавшим в стоповый детектор 6, т.е. "полезным" событиям, рассеиваются под углами 90 -(o(rarcsin g ), так, что их пробеги полностью укладываются в пластине сцинтиллятора 4 толщиной h, и амплитуда сцинтилляции соответствует полной энергии "полезного" протона отдачи р. Толщина h пластины сцинтиллятора 4 выбрана из соотношения h =1< tg(atccоэх)» устанавливающего зависимость от заданного коэффициента отбора x= E /Е и учи P Р тывающего через разброс углов рассеяния нейтронов требуемое энергетическое разрешение спектрометра. Таким образом, "полезными" являются протоны Р» рассеянные под углами 90 — †(+arcsinx).В этом случае, если угол рассеяния протона отдачи не попадает в укаэанный интервал углов, рассеянный нетройн не попадает в стоповый детектор 6, т.е. является фоновым. Пробег фонового протона отдачи не укладывается полностью в пластине 25 сцинтилплтора 4 толщиной Ь, Фоновый протон отдачи попадает н пластину поглотитепя 6, теряя там часть своей энергии, затем попадает в пластину сцинтилпятора 4, теряя в ней часть 3д энергии, и т.д. в зависимости от его угла рассеяния и энергии. Толщина (3 пластины поглотнтспя 6 выбрана так, что энергия, оста ляемая фоновым протоном отдачи в пластине сцин35 типпятора 4, »е преньпиет энергию "полезного протона отдачи р. В результате амплитуда сцинтиюпяционного сигнала от любого фонового протона отдачи всегда меньше амплитуды сигнала от полезного протона. отдачи р, При установлении порога входного порогового формирователя сигналов .9, соответствующего Ер, все фоновые сигналы оказываются ниже порога и не вызывают срабатываний стартового канала ° В результате отношение сигнал/ фон существенно возрастает. Изобретение реализовано с использованием коппиматора из борированного 5 полиэтилена длиной 1 м с диаметром щели 30 мм. Стартовый детектор состоял из фотоумножителя ФЭУ типа ФЭУ-30 с диаметром фотокатода 50 мм и набоРа Равных по толщине 100 мкм пластин сцинтилпятора из полистирола и пластин погпотитепя из меди, Высота пластин равнялась 30 мм» ширина пластин 30 мм. Общее число пластин сцинтил108 6 лятора 4, равное числу пластик поглотителя 6, равнялось 150. Стоповый детектор состоял иэ ФЭУ типа ФЭУ"30 и сцинтиллятора 7 иэ полистирола диаметром 50 мм и высотой 50 мм. Столовый детектор 6 был расположен под о углом о = 45 к оси коллиматора 1 (с вершиной угла в стартовом детек- торе 2) и на расстоянии 5 м от стартового детектора 2. Привязка по фронту токового импульса ФЭУ 3 осуществлялась с точностью около 1 нс. Кв« либровка и испытание спектрометра осуществлялась на лазерном генераторе нейтронов с энергией 14 МэВ. Вцб" ранный угол ориентации плоскости пластин сцинтиллятора 4 и пластин поглотителя 6 (90 -45 45 ) соответствовал тому, что в данном случае под углом 45 относительно оси колпнматора 1 рассеивался протон р с энергией 7 МэВ, которыми„регистрировался как "полезное" событие. Проведенные измерения показали, что в наихудшем случае фоновый протон с энергией 14 МэВ(т.е. рассеянный под углом 0 ) оставляет в пластинах по- гпотитепя 6 энергию около 10 мэВ, а в пластинах сцинтиллятора 4 энергию около 4 МзВ. При выбранном пороговом интервале Энергий регистрации "IIOпезных" событий (6»5-7,5 МэВ) отношение сигнал-шум в стартовом детекто" ре 2 составило 1., известных спектрометрах при такой же геометрии измерений отношение сигнал-шум составляет величину - 10 Реализация изобретения позволяет, llo крайней мере, на три порядка повысить отношение сигнал-фон времяпролетных спектрометров быстрых нейтронов, Формула изобретения 1477108: I cu. Z cyAnern E n Е у Рлiогл Znern сц Е р.. Ъ *Л„ tg (агссов.к), где сц Асц P nant Z nar nera Е Составитель Т,Авчиева Редактор Т.Орловская Техред А.Кравчук Корректор Э.Лончакона Заказ 3331 Тираж 354 ° Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д-. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r..ужгород, ул. Гагарина,101 чения отношения сигнал/шум путем уменьшения вклада фоновых событий, стартовый детектор выполнен в виде набора пластин сцинтиллятара и поглотители, чередующихся между собой,: 5 плоскости пластин составляют с осью коллиматора угол 90 - Ы, причем толщина каждой сцинтилляцириной пластины выбрана иэ соотношения 10 где h - пробег протона отдачи, .расР, O сеянного под углом 90 — " 15 в сцинтилляторе, e*E „/Е - коэффициент отбора полезных событий; Е - энергия протона отдачи, о рассеянного под углом 9Π— Zp -(, Е - энергия протона отдачи, I рассеянного под углом 90 -(attагсsдпк), а толщина пластины поглотителя d выбрана из условия плотность сцинтиллятора, зарядовый номер сцинтиллятора, атомный номер сцинтиллятора, плотность поглотителя, зарядовый номер поглотителя, атомный номер поглотителя, энергия нейтрона.
