Устройство для регистрации быстрых нейтронов

Изобретение относится к области детектирования ядерных излучений, в частности, быстрых нейтронов. Технический результат - повышение эффективности и надежности регистрации нейтронов различных энергий, удешевление и упрощение конструкции детектора. В схему обработки сигналов введены: амплитудные дискриминаторы, схема совпадений, сумматор сигналов и амплитудный анализатор, пластины органического сцинтиллятора выполнены с различной толщиной, толщина приемной пластины равна половине пробега наиболее энергичного протона отдачи, а толщина нижней пластины равна длине пробега наиболее энергичного протона отдачи, пластины разделены светонепроницаемым материалом, снаружи обе пластины покрыты светоотражающим материалом, а затем светонепроницаемым материалом. 4 ил.

 

Изобретение относится к области детектирования ядерных излучений, в частности, быстрых нейтронов. Предназначено для анализа спектра быстрых нейтронов по амплитудному распределению сигнала от протонов отдачи в условиях высокого уровня рентгеновского и гамма фоновых излучений. Может применяться для мониторирования потока 14 МэВ нейтронов на фоне нейтронов спектра деления, рентгеновского и гамма-излучений.

Известно сцинтилляционное детектирующее устройство, включающее сцинтилляционный детектор, состоящий из одинаковых верхнего и нижнего полуцилиндров неорганического сцинтиллятора, прилегающих к ним одинаковых соответственно верхней и нижней пластин органического сцинтиллятора, фотоэлектронный умножитель, соединенный своим оптическим окном со сцинтилляционным детектором, а также узел фильтрации. Внешние поверхности пластин органического сцинтиллятора покрыты слоями защитного материала, свободно пропускающими α, β, γ и нейтронное излучения.

Патент Российской Федерации №2296352, МПК G01T 1/20, 2007 г.

Известно устройство для измерения корреляций в распаде нейтрона, в котором детекторы протонов и электронов выполнены из трех независимых частей, причем первая и вторая части детекторов выполнены в виде двух плоских мозаичных наборов сцинтилляторов, расположенных выше и ниже пучка нейтронов вблизи точки его максимального приближения к вертикальной оси системы. Третья часть детекторов выполнена в виде сэндвича из двух совмещенных идентичных пластин сцинтилляторов с промежуточным отражающим экраном.

Патент Российской Федерации №2323454, МПК G01T 3/00, 2008 г.

И аналог, и прототип имеют сложное конструктивное выполнение, имеют сравнительно большие размеры.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности регистрации нейтронов различных энергий в присутствии фоновых излучений, удешевление и упрощение конструкции детектора.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для регистрации быстрых нейтронов, содержащем пластины сцинтиллятора, внешние поверхности которых покрыты слоями защитного материала, приемник оптического излучения, схему обработки сигналов, схема обработки сигналов выполнена двухканальной, содержит амплитудные дискриминаторы, схему совпадений, сумматор сигналов и амплитудный анализатор, пластины органического сцинтиллятора выполнены с различной толщиной, толщина приемной пластины равна половине пробега наиболее энергичного протона отдачи, а толщина второй пластины равна длине пробега наиболее энергичного протона отдачи, между пластинами установлен разделяющий слой, выполненный из светонепроницаемого материала, снаружи обе пластины покрыты светоотражающим материалом, а затем светонепроницаемым материалом.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1, 2, 3, 4.

На фиг.1 схематично представлена структура детектора, где: 1 - приемная пластина, 2 - разделяющий слой, 3 - вторая сцинтиллирующая пластина, 4 - направление падения быстрых нейтронов, 5 - фотоприемники, а в качестве примера реализации при одном разделяющем слое 2 представлена блок-схема, где: 5 и 5¹ - фотоприемники, 6 и 6¹ - аналоговые усилители, 7 и 7¹ - аналоговые выходы, 8 и 8¹ - дискриминаторы с установленным порогом, 9 - схема совпадений, логический выход ЭСЛ.

На Фиг.2 показана зависимость эффективности регистрации быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ и нейтронов спектра деления от порога дискриминации для различных толщин разделяющего слоя 2, выполненного из алюминиевой фольги.

Эффективность регистрации энергии 14 МэВ нейтронов, в отличие от нейтронов спектра деления, слабо зависит от порога дискриминации и толщины фольги.

На Фиг.3 приведена зависимость отношения эффективности регистрации энергии 14 МэВ нейтронов к эффективности регистрации нейтронов спектра деления от порога дискриминации и толщины алюминиевой фольги. При толщине алюминиевой фольги 50 мкм отношение эффективностей достигает 800 раз.

На фиг.4 для примера представлена полная действующая электронная схема.

Устройство работает следующим образом.

Толщина приемной пластины 1 (верхней) со стороны направления падения быстрых нейтронов 4 составляет половину пробега наиболее энергичного протона отдачи; толщина второй (нижней) сцинтиллирующей пластины 3 составляет длину пробега наиболее энергичного протона отдачи. Для нейтронов с энергией 14 МэВ эти толщины составляют 1 мм и 2 мм соответственно.

Потери энергии протоном отдачи в приемной пластине 1 для моноэнергетических нейтронов не превышают половины максимальной потери энергии в обеих пластинах. Ограничение толщины приемной пластины 1 обеспечивает уменьшение загрузки электронной схемы устройства, подключенной к этой пластине 1.

Светонепроницаемый материал 2 служит для предотвращения попадания сцинтилляционной вспышки, возникшей в одной из пластин 1 или 3, в другую, а также для поглощения части энергии, проходящих через этот светонепроницаемый материал 2 протонов отдачи. Снаружи обе сцинтиллирующие пластины 1 и 3 покрыты светоотражающим материалом (на чертеже не показаны), а затем светонепроницаемым материалом.

Первый служит для уменьшения потерь света, падающего на поверхность сцинтиллирующих пластин 1 и 3; второй - для предотвращения попадания в сцинтиллирующие пластины 1 и 3 наружного света.

Нейтроны образуют в сцинтиллирующих пластинах 1 и 3 протоны отдачи. Эти протоны отдачи производят на свом пути сцинтилляционные вспышки, которые регистрируют фотоприемники 5 и 5¹, например кремниевые фотоумножители. Время высвечивания составляет несколько наносекунд.

Сигналы с фотоприемников 5 и 5¹ (кремниевых фотоумножителей) поступают на аналоговые усилители 6 и 6¹, после которых аналоговые сигналы поступают на дискриминаторы 8 и 8¹ с регулируемыми порогами дискриминации. Логические сигналы с дискриминаторов 8 и 8¹ идут на схему совпадений 9. В случае, если на обоих входах схемы совпадений 9 появляются сигналы, схема совпадений 9 вырабатывает сигнал, который хранится в выходном регистре схемы.

Внешний контроллер (на фигурах не показан) опрашивает выходные регистры схемы совпадений 9 и в случае наличия в них сигнала (запроса) осуществляет считывание сигналов с аналоговых выходов 7 и 7¹ для их передачи в компьютер, дальнейшей оцифровки и суммирования, и направляют в амплитудный анализатор, в котором накапливают амплитудный спектр.

Амплитудный спектр по окончании регистрации анализируют и с помощью компьютерной программы производят восстановление спектра излучения быстрых нейтронов.

Все логические схемы выполнены в стандарте ЭСЛ. В качестве дискриминаторов 8 и 8¹ использована микросхема AD 96687 ВР, а в качестве схемы совпадений 9 использована микросхема HEL (MC10LD1). Для уменьшения времени проведения измерений и повышения точности измерений восстановление спектра быстрых нейтронов измерения проводят с набором детекторов, отличающихся толщиной разделяющего слоя 2 из алюминия.

Устройство для регистрации быстрых нейтронов, содержащее пластины сцинтиллятора, внешние поверхности которых покрыты слоями защитного материала, приемник оптического излучения, схему обработки сигналов, отличающееся тем, что схема обработки сигналов выполнена двухканальной, содержит амплитудные дискриминаторы, схему совпадений, сумматор сигналов и амплитудный анализатор, пластины органического сцинтиллятора выполнены с различной толщиной, толщина приемной пластины равна половине пробега наиболее энергичного протона отдачи, а толщина второй пластины равна длине пробега наиболее энергичного протона отдачи, между пластинами установлен разделяющий слой, выполненный из светонепроницаемого материала, снаружи обе пластины покрыты светоотражающим материалом, а затем светонепроницаемым материалом.