Позиционно-чувствительный детектор нейтронов

 

Использование: детектирование элементарных частиц, исследование конденсированных сред методом малоуглового рассеяния нейтронов. Сущность изобретения: детектор содержит сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным окном; волоконно-оптические световоды, соединенные входами с соответствующим сцинтиллятором и выходами - с входами фотоумножителей. Выход каждого фотоумножителя подключен к входу соответствующегоусилителя-формирователя , подсоединенного выходами к соответствующим входам декодировщика. Выходдекодировщика соединен с входами временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам ЭВМ Сцинтиллягоры размещены в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения. Между сцинтилляторами введена прослойка из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллятора. Толщина d прослойки выбирается из условия d (1 -Ј)/ сг, где омакроскопическое сечение поглощения нейтронов в материале прослойки; F- эффективность поглощения нейтронов прослойкой.2 ил.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 Т 3/06, 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4822500/25 (22) 03.05.90 (46) 23,06.92. Бюл. N 23 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Л.П.Черненко (53) 539.1,074.83 (088.8) (56) G.Melchart et all. Position sensitive

neutron detector. NucI,Instr. and Meth. 1981, 186(3), р. 613 — 620, Roald А. Schrack. Amlcrochannel plate

neutron detector. Nucl, Instr, and Meth. 1984, 222, р, 499-506.

N.Niirnura et all. Position sensitive .

neutron detektor using 6Li glass scintillators

and fibre optic encoding.. Nucl. Instr. and

Meth, 1983, 211, р. 203 — 208, (54) ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ

ДЕТЕКТОР НЕЙТРОНОВ (57) Использование: детектирование элементарных частиц, исследование конденсированных сред методом малоуглового рассеяния нейтронов. Сущность изобретения: детектор содержит сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для детектирования элементарных частиц, и может быть использовано при исследовании конденсированных сред методами малоуглового рассеяния нейтронов.

Известно устройство для детектирования нейтронов, содержащее пропорциональную камеру, наполненную аргоном при атмосферном давлении и имеющую гадолиниевый конвертор во входном окне. Электроны от реакции захвата нейтрона окном; волоконно-оптические световоды, соединенные входами с соответствующим сцинтиллятором и выходами — с входами фотоумножителей. Выход каждого фотоумножителя подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя, подсоединенного выходами к соответствующим входам декодировщика. Выходдекодировщика соединен с входами временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам Э BM.

Сцинтилляторы размещены в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения, Между сцинтилляторами введена прослойка из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллятора, Толщина d прослойки выбирается из условия d = -(In(1 — я))/ а, где cr — макроскопическое сечение поглощения нейтронов в материале прослойки; F. — эффективность поглощения нейтронов прослойкой. 2 ил, конверторсм регистрируются камерой и позволяют достичь- разрешения 0,7 мм.

Недостатком такого устройства является невысокая эффективность детектирования 20/о)

Известен позиционно-чувствительный детектор нейтронов на основе микроканальной пластины, Детектор содержит в качестве чувствительного к нейтронам элемента пластину из сцинтилляционного стекла, содержащего Li. Пластина с помощью оптической смазки соединена с во1742757

30

55 локонно-оптической шайбой, передающей иэображение сцинтилляционной вспышки на микроканальную пластину, в которой свет возбуждает электроны, усиливаемые в ней за счет процесса умножения. Усиленная лавина электронов собирается на плоском резистивном аноде. Деление токов на резистивном аноде дает информацию о координате на сцинтилляционной пластине, в которой произошел захват нейтрона.

Для нейтронов с длиной волны > 1,7 А и при толщине сцинтилляционной пластины

0,5 мм получено наилучшее координатное разрешение ЬХ 0,75 мм, при этом эффективность регистрации составила 607.

Требованию повышения эффективности регистрации в данном детекторе соответствует увеличение толщины сцинтилляционной пластины. Однако наилучшее пространственное разрешение достигается при уменьшении толщины сцинтилляционной пластины. Поэтому для такого детектора требование высокой эффективности и высокого разрешения по координате противоречит друг другу.

Недостатком данного детектора является снижение эффективности регистрации нейтронов при достижении предельного разрешения, а также низкое предельное ко ординатное разрешение 0,75 мм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является позиционно-чувствительный детектор, содержащий .; интилляторы в виде призм из лить::;:ого стекла, размещенные в обойме с входным окном, волоконно-оптические световоды, подсоединенные вводами к сцинтилляторам и выводами к фотоумножителям, выходы которых подключены к входам усилителейформирователей, подсоединенных выходами к соответствующим входам декодировщика, выход которого соединен с входами временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами к первому и второму входам ЭВМ.

В детекторе с целью сокращения числа используемых фотоумножителей (ФЭУ) применено оптическое кодирование. Отдельный сцинтиллятор просматривается несколькими ФЭУ за счет разводки света волоконно-оптическим световодом. У детектора волоконно-оптические световоды, просматривающие сцинтиллятор, разводятся в несколько отдельных ветвей, каждая для своего ФЭУ, При этом разводка волоконнооптических световодов обеспечивает равномерное разделение света от сцинтилляционной вспышки на все ветви.

Число и используемых ФЗУ при разветвлении волоконно-оптического световода íà j ветвей от каждого из N сцинтилляторов при кодировании определяется по формуле

nl г т >т

В детекторе 84 сцинтиллятора просматриваются девятью ФЭУ при разветвлении света с одного сцинтиллятора на три ветви.

При декодировке номера сцинтиллятора, а значит, и определении координаты используется совпадение сигналов от трех соответствующих ФЭУ. Выработка информации о координате на основе совпадения сигналов

ФЭУ позволяет подавить уровень шумовой загрузки ФЭУ на выходе детектора в 3000 раз.

Суммарные затраты времени на обработку сигналов ФЭУ в детекторе определяют его "мертвое" время равным 1 мкс, Это обеспечивает высокую загрузочную способность детектора, Недостатком детектора является невысокое к<.ординатное разрешение, определяемое поперечными размерами сцинтиллятора.

Цель изобретения — увеличение пространственного разрешения при сохранении требуемой эффективности регистрации нейтронов.

Поставленная цель достигается тем, что в детекторе, содержащем сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным окном, волоконно-оптические световоды, соединенные вводами с соответствующим сцинтиллятором и выводами с входами фотоумножителей, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя, подсоединенных выходами к соответствующим входам декодировщика, выход которого соединен с входом временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам электронно-вычислительной машины, сцинтилляторы размещены в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения, а между сцинтилляторами введена прослойка из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллятора, при этом толщина d прослойки поглотителя выбирается из условия

d = — 1и (1 — е), 1 где о - макроскопическое сечени =. поглощения нейтронов в материале поглотителя;

1742757

55

e — эффективность поглощения нейтронов поглотителем, На фиг. 1 представлена конструктивная схема входной части позиционно-чувствительного детектора нейтронов; на фиг. 2 — 5 электронная часть детектора.

Входная часть позиционно-чувствительного детектора содержит (фиг, 1) сцинтилляторы 1 с прослойками 2 из поглотителя нейтронов, закрепленные в обойме с вход- 10 ным окном 3, и волоконно-оптические световоды 4, подсоединенные вводами к соответствующим сцинтилляторам 1.

Электронная часть позиционно-чувствительного детектора содержит (фиг. 2) фо- 15 тоумножители (ФЭ У) 5, усилители-формирователи 6, декодировщик

7, временной анализатор 8, регистратор 9 позиции и ЭВM 10.

Выводы волоконно-оптических светово- 20 дов 4 соединены с входами соответствующих ФЭУ 5, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя 6. Выходы усилителей-формирователей 6 подключены к 25 соответствующим входам декодировщика 7, выход которого соединен с входами временного анализатора 8 и регистратора 9 позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам 30

ЭВМ 10, Позиционно-чувствительный детектор нейтронов работает следующим образом.

Нейтроны, попадая на выступы сцинтиллятора 1 через входное окно 3, проника- 35 ют в него и захватываются компонентой LI его материала. Б реакции захвата нейтрона

6 ядром LI выделяется заряженная частица, вызывающая сцинтилляции, которые дают общее количество света - 5000 фото- 40 нов/нейтрон, Свет от сцинтилляционной вспышки передается с последующей оптической кодировкой волоконно-оптическим световодом 4 ФЭУ 5, преобразуясь в электрический сигнал, Усилители-формировате- 45 ли 6, стандартизируя сигнал и пропуская сигналы, превышающие порог регистрации, подают их на вход декодировщика 7, который дешифрирует номер позиции сцинтиллятора 1. Далее сигнал кода позиции заносится в регистратор 9 позиции, а во временной анализатор 8 поступает сигнал временной отметки пришедшего сигнала.

Конечная стадия фиксации информации сосредоточена в ЭВМ 10, в памяти которой формируется блок многомерных спектров (время — код позиции).

Нейтроны, не зарегистрированные в сцинтилляторе 1 и прошедшие через него без поглощения, попадают в прослойку 2 и поглощаются в ней, не проникая далее в следующий сцинтиллятор 1. Сцинтиллятор 1 и следующая за ним прослойка 2 жестко фиксированы между собой, образуя пару, Эти пары, установленные параллельно входному окну 3, образуют чувствительные выступы, обеспечивающие разрешение Л Х в диапазоне 0,1-10 мм.

Предлагаемый позиционно-чувствительный детектор обеспечивает повышение пространственного разрешения до 0,1 мм при сохранении эффективности регистрации, близкой к 100о .

Формула изобретения

Позиционно-чувствительный детектор нейтронов, содержащий сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным окном, волоконно-оптические световоды, соединенные вводами с соответствующим сцинтиллятором и выходами — с входами фотоумножителей, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя, подсоединенных выходами к соответствующим входам декодировщика, выход которого соединен с входами временного анализатора и регистратора позицли, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам электронно-вычислительной машины, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения пространственного разрешения при сохранении требуемой эффективности регистрации нейтронов, сцинтилляторы размещены в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения, а между сцинтилляторами введена прослойка из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллятора, при этом толщина d прослойки выбирается из условия

d = — — In(1 — е), 1 где cr — макроскопическое сечение поглощения нейтронов в материале прослойки;

e — эффективность поглощения нейтронов прослойкой, 1742757

1742757

Составитель В.Костюхин

Техред М,Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор Н.Тупица

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2283 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5