Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Наука с нейтронами
Neutron.svg
Фонды
Рассеяние нейтронов
Другие приложения
Инфраструктура
Нейтронные объекты
  • Америка: HFIR  · LANSCE  · NIST CNR - SNS
  • Австралия: OPAL
  • Азия: J-PARC  · HANARO
  • Европа: BER II  · FRM II  · ILL  · Источник нейтронов и мюонов ISIS  · ОИЯИ  · LLB  · PINS  · SINQ
  • Исторический: IPNS  · HFBR
  • В стадии строительства: ESS
  • v
  • т
  • е

Обнаружение нейтронов - это эффективное обнаружение нейтронов, попадающих в хорошо расположенный детектор . Есть два ключевых аспекта эффективного обнаружения нейтронов: аппаратное и программное обеспечение. Аппаратное обеспечение обнаружения относится к типу используемого детектора нейтронов (наиболее распространенным сегодня является сцинтилляционный детектор ) и к электронике, используемой в установке обнаружения. Кроме того, аппаратная установка также определяет ключевые экспериментальные параметры, такие как расстояние источник-детектор, телесный угол и экранирование детектора. Программное обеспечение для обнаружения состоит из инструментов анализа, которые выполняют такие задачи, как графический анализ для измерения количества и энергии нейтронов, попадающих в детектор.

Основы физики [ править ]

Сигнатуры, с помощью которых можно обнаружить нейтрон [ править ]

Атомные и субатомные частицы обнаруживаются по сигнатуре, которую они создают при взаимодействии с окружающей средой. Взаимодействия являются результатом фундаментальных характеристик частиц.

  • Заряд: нейтроны являются нейтральными частицами и не ионизируются напрямую; следовательно, их труднее обнаружить напрямую, чем заряженные частицы. Кроме того, на их траекторию движения электрические и магнитные поля слабо влияют.
  • Масса: нейтронная масса 1.008 664 9156 (6)  u [1] не может быть обнаружен напрямую, но влияет на реакции, посредством которых он может быть обнаружен.
  • Реакции: нейтроны реагируют с рядом материалов через упругое рассеяние с образованием ядра отдачи, неупругое рассеяние с образованием возбужденного ядра или поглощение с трансмутацией образовавшегося ядра. Большинство подходов к обнаружению основаны на обнаружении различных продуктов реакции.
  • Магнитный момент: Хотя нейтроны имеют магнитный момент в-1,913 0427 (5)  μ N , методы для обнаружения магнитного момента слишком нечувствительными , чтобы использовать для обнаружения нейтронов.
  • Электрический дипольный момент: предсказано, что нейтрон будет иметь только крошечный электрический дипольный момент , который еще не обнаружен. Следовательно, это не жизнеспособная сигнатура обнаружения.
  • Распад: Вне ядра, свободные нейтроны нестабильны и имеют среднюю продолжительность жизни в885,7 ± 0,8 с (около 14 минут 46 секунд). [1] Свободные нейтроны распадаются с испусканием электрона и электронного антинейтрино, чтобы стать протоном, процесс, известный как бета-распад : [2]

п0
 →
п+
 +
е-
 +
ν
е.
Хотя
п+
 и
е-
 вызванные распадом нейтрона, можно обнаружить, скорость распада слишком мала, чтобы служить основой для практической детекторной системы.

Классические варианты обнаружения нейтронов [ править ]

В результате этих свойств обнаружение нейтронов делится на несколько основных категорий: [3]

  • Абсорбционные реакции с быстрыми реакциями - нейтроны низкой энергии обычно обнаруживаются косвенно через реакции поглощения. Типичные используемые материалы поглотителя имеют высокое поперечное сечение поглощения нейтронов и включают гелий-3 , литий-6 , бор-10 и уран-235 . Каждый из них реагирует испусканием ионизированных частиц высокой энергии, ионизационный след которых может быть обнаружен с помощью ряда средств. Обычно используемые реакции включают 3 He (n, p) 3 H, 6 Li (n, t) 4 He, 10 B (n, α) 7 Li и деление урана. [3]
  • Процессы активации. Нейтроны могут быть обнаружены при взаимодействии с поглотителями в результате радиационного захвата , расщепления или аналогичной реакции с образованием продуктов реакции, которые затем распадаются через некоторое время с выделением бета-частиц или гамма-излучения . Выбранные материалы (например, индий , золото , родий , железо ( 56 Fe (n, p)  56 Mn), алюминий ( 27 Al (n, α) 24 Na),  ниобий ( 93 Nb (n, 2n)  92m Nb), & кремний ( 28 Si (n, p)28 А1)) имеют чрезвычайно большие сечения захвата нейтронов в очень узком диапазоне энергий. Использование нескольких образцов поглотителя позволяет характеризовать энергетический спектр нейтронов. Активация также позволяет воссоздать историческое нейтронное облучение (например, судебно-медицинское воссоздание нейтронного облучения во время аварийной критичности ). [3]
  • Реакции упругого рассеяния (также называемые отдачей протона). Нейтроны высоких энергий обычно обнаруживаются косвенно через реакции упругого рассеяния . Нейтроны сталкиваются с ядрами атомов в детекторе, передавая энергию этим ядрам и создавая ионы, которые обнаруживаются. Поскольку максимальная передача энергии происходит, когда масса атома, с которым сталкивается нейтрон, сравнима с массой нейтрона, водородсодержащие [4] материалы часто являются предпочтительной средой для таких детекторов. [3]

Типы нейтронных детекторов [ править ]

Пропорциональные детекторы газа [ править ]

Пропорциональные детекторы газа могут быть адаптированы для обнаружения нейтронов. Хотя нейтроны обычно не вызывают ионизацию , добавление нуклида с высоким нейтронным поперечным сечением позволяет детектору реагировать на нейтроны. Обычно для этой цели используются нуклиды гелий-3 , литий-6 , бор-10 и уран-235 . Поскольку эти материалы, скорее всего, будут реагировать с тепловыми нейтронами (то есть нейтронами, которые замедлились до равновесия с окружающей их средой), они обычно окружены замедляющими материалами, чтобы уменьшить их энергию и повысить вероятность обнаружения.

Обычно необходимы дальнейшие уточнения, чтобы отличить нейтронный сигнал от эффектов других типов излучения. Поскольку энергия теплового нейтрона относительно мала, реакции заряженных частиц являются дискретными (т. Е. По существу моноэнергетическими и лежат в узком диапазоне энергий), в то время как другие реакции, такие как гамма-реакции, охватывают широкий диапазон энергий, можно различать источники.

Детекторы ионизации газа как класс измеряют количество ( скорость счета ), а не энергию нейтронов.

Газонаполненные пропорциональные детекторы 3 He [ править ]

Изотоп гелия, 3 He, обеспечивает эффективный материал для детектора нейтронов, поскольку 3 He реагирует путем поглощения тепловых нейтронов, образуя ион 1 H и 3 H. Его чувствительность к гамма-излучению незначительна, что делает его очень полезным детектором нейтронов. К сожалению, поставки 3 He ограничиваются его производством в качестве побочного продукта распада трития (период полураспада которого составляет 12,3 года); тритий производится либо в рамках оружейных программ в качестве ускорителя для ядерного оружия, либо как побочный продукт работы реактора.

Газонаполненные пропорциональные извещатели BF 3 [ править ]

Поскольку элементарный бор не является газообразным, нейтронные детекторы, содержащие бор, могут альтернативно использовать трифторид бора (BF 3 ), обогащенный до 96% бор-10 (природный бор составляет 20% 10 B, 80% 11 B). [5] Трифторид бора очень токсичен. Чувствительность этого детектора составляет около 35-40 имп / с / нВ, тогда как чувствительность борона составляет около 4 сП / нВ. Это связано с тем, что в футеровке бором n реагирует с бором и, следовательно, образует ионные пары внутри слоя. Следовательно, произведенные заряженные частицы (альфа и литий) теряют часть своей энергии внутри этого слоя. Заряженные частицы низкой энергии не могут достичь газовой среды ионизационной камеры. Следовательно, количество ионизаций, производимых в газе, также меньше.

В то время как в BF3, заполненном газом, N реагирует с B в газе. а полностью энергичные Альфа и Ли способны производить больше ионизаций и давать больше импульсов.

Пропорциональные детекторы с борной футеровкой [ править ]

С другой стороны, заполненные бором пропорциональные счетчики, заполненные газом, реагируют так же, как и пропорциональные детекторы BF 3, заполненные газом, за исключением того, что стенки покрыты 10 B. В этой конструкции, поскольку реакция происходит на поверхности, только один из две частицы попадут в пропорциональный счетчик.

Сцинтилляционные нейтронные детекторы [ править ]

Сцинтилляционные детекторы нейтронов включают жидкие органические сцинтилляторы, [6] кристаллы, [7] [8] пластмассы, стекло [9] и сцинтилляционные волокна. [10]

Нейтронно-чувствительные сцинтилляционные детекторы из стекловолокна [ править ]

Сцинтилляционное стекло 6 Li для обнаружения нейтронов впервые было описано в научной литературе в 1957 году [11], а основные достижения были сделаны в 1960-х и 1970-х годах. [12] [13] Сцинтилляционное волокно было продемонстрировано Atkinson M. et al. в 1987 году [14], а в конце 1980-х - начале 1990-х годов были достигнуты значительные успехи в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, где она была разработана как секретная технология. [15] [16] [17] [18] [19] Он был рассекречен в 1994 году и впервые получил лицензию Oxford Instruments в 1997 году, после чего в 1999 году был передан Nucsafe. [20] [21] [22]Волоконно-оптические детекторы в настоящее время производятся и продаются компанией Nucsafe, Inc. [23]

Сцинтилляционные стеклянные волокна работают за счет включения 6 Li и Ce 3+ в объемную композицию стекла. 6 Li имеет высокое сечение поглощения тепловых нейтронов через 6 Li (п, & alpha ; ) реакции. Поглощение нейтронов производит ион трития, альфа-частицу и кинетическую энергию. Альфа-частица и тритон взаимодействуют со стеклянной матрицей, вызывая ионизацию, которая передает энергию ионам Ce 3+ и приводит к испусканию фотонов с длиной волны 390 нм - 600 нм в качестве возбужденного состояния Ce 3+.ионы возвращаются в основное состояние. Событие приводит к вспышке света в несколько тысяч фотонов на каждый поглощенный нейтрон. Часть сцинтилляционного света распространяется через стекловолокно, которое действует как волновод. Концы волокон оптически соединены с парой фотоумножителей (ФЭУ) для обнаружения всплесков фотонов. Детекторы могут использоваться для обнаружения как нейтронов, так и гамма-излучения, которые обычно распознаются с помощью дискриминации по высоте импульса. Были предприняты значительные усилия и достигнут прогресс в снижении чувствительности волоконных детекторов к гамма-излучению. Оригинальные детекторы страдали от ложных нейтронов в гамма-поле 0,02 мР. Улучшения дизайна, процесса и алгоритма теперь позволяют работать в гамма-полях до 20 мР / ч ( 60 Co).

Детекторы с сцинтилляционным волокном обладают превосходной чувствительностью, прочностью и быстродействием (~ 60 нс), поэтому возможен большой динамический диапазон скоростей счета. Детекторы имеют то преимущество, что им можно придать любую желаемую форму, и их можно сделать очень большими или очень маленькими для использования в различных приложениях. [24] Кроме того, они не полагаются на 3 He или какое-либо сырье, доступность которого ограничено, а также не содержат токсичных или регулируемых материалов. Их характеристики соответствуют или превышают характеристики трубок с 3 He для общего счета нейтронов из-за более высокой плотности частиц, поглощающих нейтроны, в твердом стекле по сравнению с газообразным 3 He под высоким давлением . [24] Хотя сечение тепловых нейтронов6 Li является низким по сравнению с 3 He (940 амбаров против 5330 амбаров), атомная плотность 6 Li в волокне в пятьдесят раз больше, что дает преимущество в эффективном соотношении плотностей захвата приблизительно 10: 1.

LiCaAlF 6 [ править ]

LiCaAlF 6 представляет собой нейтроночувствительный неорганический сцинтилляторный кристалл, который, как и чувствительные к нейтронам сцинтилляционные детекторы из стекловолокна, использует захват нейтронов с помощью 6 Li. Однако, в отличие от сцинтилляционных детекторов из стекловолокна, 6 Li является частью кристаллической структуры сцинтиллятора, что придает ему естественно высокую плотность 6 Li. Добавляется легирующий агент, чтобы придать кристаллу его сцинтилляционные свойства, два общих легирующих агента - трехвалентный церий и двухвалентный европий. LiCaAlF 6, легированный европием, имеет преимущество перед другими материалами, состоящее в том, что количество оптических фотонов, генерируемых на нейтронный захват, составляет около 30 000, что в 5 раз выше, чем, например, в нейтронно-чувствительных сцинтилляционных стеклянных волокнах.[25] Это свойство облегчает распознавание нейтронных фотонов. Благодаря высокойплотности 6 Li, этот материал подходит для производства легких компактных нейтронных детекторов, в результате чего LiCaAlF 6 использовался для обнаружения нейтронов на больших высотах в полетах на воздушных шарах. [26] Большое время распадаLiCaAlF 6, легированногоEu 2+, делает его менее подходящим для измерений в средах с высоким уровнем излучения.Вариант с легированнымCe 3+ имеет более короткое время распада, но страдает более низким световыходом. [27]

Нейтрон-гамма-сцинтиллятор с двойным детектированием NaIL [ править ]

Кристалл йодида натрия, совместно легированный таллием и литием [NaI (Tl + Li)], также известный как NaIL, обладает способностью обнаруживать гамма-излучение и тепловые нейтроны в монокристалле с исключительной дискриминацией формы импульса. Использование низких концентраций 6 Li в NaIL а большая толщина может обеспечить те же возможности обнаружения нейтронов, что и детекторы 3He, CLYC или CLLB при более низкой стоимости. Совместное легирование 6 Li (с обогащением 95%) обеспечивает эффективное обнаружение тепловых нейтронов в наиболее известном сцинтилляторе гамма-излучения, сохраняя при этом благоприятные сцинтилляционные свойства стандартного NaI (Tl). NaIL может предоставить детекторы одиночного материала большого объема как для гамма-излучения, так и для нейтронов по низкой цене за объем. [28] [29] [30]

Полупроводниковые детекторы нейтронов [ править ]

Существует два основных типа полупроводниковых нейтронных детекторов, первый из которых представляет собой электронные устройства, покрытые нейтронно-реактивным материалом, а второй - полупроводник, частично состоящий из нейтронно-реактивного материала. [31] Наиболее успешной из этих конфигураций является тип устройства с покрытием, и примером может служить обычный планарный Si-диод, покрытый либо 10 В, либо 6 LiF. [32] [33] Этот тип детектора был впервые предложен Бэбкоком и др. [34]Концепция проста. Нейтрон поглощается реактивной пленкой и самопроизвольно испускает энергетические продукты реакции. Продукт реакции может достигать поверхности полупроводника и при попадании в полупроводник образует электронно-дырочные пары. Под действием обратного напряжения смещения эти электроны и дырки проходят через диод для создания наведенного тока, обычно интегрируемого в импульсном режиме для формирования выходного напряжения. Максимальная собственная эффективность для устройств с одинарным покрытием составляет примерно 5% для тепловых нейтронов (0,0259 эВ), а конструкция и работа подробно описаны в литературе. [35] Ограничение эффективности регистрации нейтронов является следствием самопоглощения продуктов реакции. Например, пробег в пленке бора α-частиц 1,47 МэВ от 10Реакция B (n, α) 7 Li составляет приблизительно 4,5 микрона, а диапазон в LiF тритонов 2,7 МэВ из реакции 10 B (n, α) 7 Li составляет приблизительно 28 микрон. Продукты реакции, происходящие на больших расстояниях от границы раздела пленка / полупроводник, не могут достигать поверхности полупроводника и, следовательно, не будут способствовать обнаружению нейтронов. Также были исследованы устройства, покрытые природным Gd, в основном из-за их большого микроскопического сечения на тепловых нейтронах, составляющего 49 000 барн. [36] [37]Однако интересующие нас продукты реакции Gd (n, γ) - это в основном электроны с низкой конверсией энергии, в основном сгруппированные около 70 кэВ. Следовательно, различение событий, индуцированных нейтронами, и событий гамма-излучения (в основном вызывающих комптоновские рассеянные электроны) для полупроводниковых диодов с покрытием Gd затруднено. Компенсированный пиксельный дизайн пытался решить проблему. [38] В целом, устройства, покрытые 10 B или 6 LiF, являются предпочтительными в основном потому, что продукты реакции с энергичными заряженными частицами намного легче отличить от фонового излучения.

Низкая эффективность планарных диодов с покрытием привела к разработке микроструктурированных полупроводниковых детекторов нейтронов (МСНД). Эти детекторы имеют микроскопические структуры, вытравленные на полупроводниковой подложке, которые впоследствии превращаются в штыревой диод. Микроструктуры засыпаны нейтронно-реактивным материалом, обычно 6 LiF, хотя использовалось 10 B. Увеличенная площадь поверхности полупроводника, прилегающая к реакционному материалу, и увеличенная вероятность того, что продукт реакции попадет в полупроводник, значительно увеличивают собственную эффективность обнаружения нейтронов. [39]

Базовая конструкция микроструктурированного полупроводникового детектора нейтронов (МСНД). [40]

Конфигурация устройства MSND была впервые предложена Муминовым и Цвангом [41], а затем Шелтеном и др. [42] Это было много лет спустя, когда был изготовлен и продемонстрирован первый рабочий образец МСНД [43] , [44], который тогда имел только 3,3% эффективности регистрации тепловых нейтронов. После этой первоначальной работы MSND достигли эффективности обнаружения тепловых нейтронов более 30%. [45] Хотя MSND могут работать на встроенном потенциале (нулевое приложенное напряжение), они работают лучше всего при приложении напряжения 2-3 В. Несколько групп сейчас работают над вариантами MSND. [46] [47] Наиболее удачными являются разновидности, засыпанные 6LiF материал. В настоящее время MSND производятся и продаются на коммерческой основе компанией Radiation Detection Technologies, Inc. [48] Сообщалось о продвинутых экспериментальных версиях двусторонних MSND с противоположными микроструктурами на обеих сторонах полупроводниковой пластины с эффективностью обнаружения тепловых нейтронов более 65%, [49] и теоретически способны обеспечить КПД более 70%.

Полупроводниковые детекторы, в которых один или несколько составляющих атомов являются нейтронно-реактивными, называются объемными полупроводниковыми детекторами нейтронов. Объемные твердотельные нейтронные детекторы можно разделить на две основные категории: те, которые полагаются на обнаружение продуктов реакции заряженных частиц, и те, которые полагаются на обнаружение мгновенного захвата гамма-излучения. В общем, этот тип нейтронного детектора трудно изготовить надежно, и в настоящее время он не коммерчески доступен.

Объемные материалы, которые зависят от эмиссии заряженных частиц, основаны на бор- и литийсодержащих полупроводниках. В поисках объемных полупроводниковых детекторов нейтронов материалы на основе бора, такие как BP, BAs, BN и B 4 C, исследовались больше, чем другие потенциальные материалы. [50] [51] [52] [53] [54] [55]

Полупроводники на основе бора в кубической форме трудно выращивать в виде объемных кристаллов, главным образом потому, что для их синтеза требуются высокие температуры и высокое давление. BP и Bas могут разлагаться на нежелательные кристаллические структуры (от кубической до икосаэдрической формы), если они не синтезируются под высоким давлением. B 4 C также образует икосаэдрические единицы в ромбоэдрической кристаллической структуре, что является нежелательным преобразованием, поскольку икосаэдрическая структура имеет относительно плохие свойства сбора заряда [56], что делает эти икосаэдрические формы непригодными для обнаружения нейтронов.

BN может быть образован в виде простых гексагональных, кубических (цинковая обманка) кристаллов или кристаллов вюрцита, в зависимости от температуры роста, и обычно его выращивают тонкопленочными методами. Это простая гексагональная форма BN, которая наиболее изучена в качестве детектора нейтронов. Методы химического осаждения тонких пленок из газовой фазы обычно используются для получения BP, BA, BN ​​или B 4 C. Эти пленки на основе бора часто выращивают на подложках Si n-типа, которые могут образовывать pn переход с Si и, следовательно, изготовьте Si-диод с покрытием, как описано в начале этого раздела. Следовательно, нейтронный отклик устройства можно легко принять за общий отклик, когда на самом деле это отклик диода с покрытием. На сегодняшний день существует мало свидетельств того, что полупроводники на основе бора производят собственные нейтронные сигналы.

Li-содержащие полупроводники, отнесенные к категории соединений Новотны-Джузы, также были исследованы как объемные детекторы нейтронов. Соединение Новотны-Джуза LiZnAs продемонстрировано в качестве детектора нейтронов; [57], однако, этот материал сложно и дорого синтезировать, и сообщалось только о небольших полупроводниковых кристаллах. Наконец, были исследованы традиционные полупроводниковые материалы с нейтронно-реактивными добавками, а именно Si (Li) детекторы. Нейтроны взаимодействуют с добавкой лития в материале и производят энергетические продукты реакции. Однако концентрация легирующей примеси в кремниевых детекторах с дрейфом лития (или других легированных полупроводниках) относительно низка, обычно менее 10 19 см -3 . Для вырожденной концентрации Li порядка 10 19см −3 , блок природного Si (Li) толщиной 5 см будет иметь эффективность регистрации тепловых нейтронов менее 1%, тогда как блок Si ( 6 Li) детектора толщиной 5 см будет иметь только 4,6% тепловых нейтронов. эффективность регистрации нейтронов.

Полупроводники, излучающие гамма-излучение, такие как CdTe [58] [59] и HgI 2 [60] [61] , успешно используются в качестве детекторов нейтронов. Эти детекторы полагаются на мгновенное гамма-излучение от реакции 113 Cd (n, γ) и 114 Cd (производящей гамма-лучи 558,6 и 651,3 кэВ) и 199 Hg (n, γ) 200Реакция Hg (с гамма-излучением 368,1 и 661,1 кэВ). Однако эти полупроводниковые материалы предназначены для использования в качестве спектрометров гамма-излучения и, следовательно, по своей природе чувствительны к фону гамма-излучения. При адекватном энергетическом разрешении можно использовать различение высоты импульса, чтобы отделить мгновенное гамма-излучение от взаимодействий нейтронов. Однако эффективная эффективность регистрации нейтронов снижается из-за относительно небольшого комптоновского отношения. Другими словами, большинство событий добавляют к комптоновскому континууму, а не к полному пику энергии, тем самым затрудняя различение нейтронов и фоновых гамма-лучей. Кроме того, как природный Cd, так и Hg имеют относительно большие сечения тепловых нейтронов (n, γ) 2444 b и 369,8 b соответственно. Как следствие,большая часть тепловых нейтронов поглощается около поверхности детектора, так что почти половина мгновенных гамма-лучей излучается в направлениях от объема детектора и, таким образом, вызывает низкую эффективность реабсорбции или взаимодействия гамма-лучей.

Детекторы нейтронной активации [ править ]

Образцы активации могут быть помещены в нейтронное поле, чтобы охарактеризовать энергетический спектр и интенсивность нейтронов. Могут быть использованы реакции активации с различными энергетическими порогами, включая 56 Fe (n, p)  56 Mn, 27 Al (n, α) 24 Na,  93 Nb (n, 2n)  92m Nb и 28 Si (n, p) 28. Al. [62]

Детекторы быстрых нейтронов [ править ]

Быстрые нейтроны часто обнаруживаются путем их замедления (замедления) до тепловых энергий. Однако во время этого процесса информация об исходной энергии нейтрона, направлении его движения и времени испускания теряется. Для многих приложений очень желательно обнаружение «быстрых» нейтронов, которые сохраняют эту информацию. [63]

Типичными детекторами быстрых нейтронов являются жидкие сцинтилляторы [64], детекторы благородных газов на основе 4-He [65]и пластиковые детекторы. Детекторы быстрых нейтронов отличаются друг от друга своей 1.) способностью распознавания нейтронов / гамма-излучения (посредством распознавания формы импульса) и 2.) чувствительностью. Детекторы 4-He на основе благородных газов обладают превосходной способностью различать нейтроны и гамма-излучение из-за их низкой плотности электронов и отличной способности различать форму импульса. Фактически, неорганические сцинтилляторы, такие как сульфид цинка, показали большие различия во времени затухания протонов и электронов; функция, которая была использована путем объединения неорганического кристалла с нейтронным преобразователем (таким как полиметилметакрилат) в микрослоистом детекторе быстрых нейтронов. [66]Такие системы обнаружения способны выборочно обнаруживать только быстрые нейтроны в поле смешанного нейтронно-гамма-излучения, не требуя каких-либо дополнительных методов распознавания, таких как распознавание формы импульса. [67]

Обнаружение быстрых нейтронов ставит ряд особых проблем. Направленный детектор быстрых нейтронов был разработан с использованием множественной отдачи протонов в разделенных плоскостях пластикового сцинтилляционного материала. Регистрируются пути ядер отдачи, образовавшихся при столкновении нейтронов; определение энергии и импульса двух ядер отдачи позволяет рассчитать направление движения и энергию нейтрона, испытавшего упругое рассеяние вместе с ними. [68]

Приложения [ править ]

Обнаружение нейтронов используется для различных целей. Каждое приложение предъявляет разные требования к системе обнаружения.

  • Контрольно-измерительная аппаратура реактора: поскольку мощность реактора по существу линейно пропорциональна нейтронному потоку , детекторы нейтронов обеспечивают важную меру мощности в ядерной энергетике и исследовательских реакторах. Реакторы с кипящей водой могут иметь несколько десятков нейтронных детекторов, по одному на тепловыделяющую сборку. Большинство нейтронных детекторов, используемых в ядерных реакторах теплового спектра, оптимизированы для обнаружения тепловых нейтронов .
  • Физика плазмы: обнаружение нейтронов используется в экспериментах по физике термоядерной плазмы, таких как JET . [69] Например, обнаруженная скорость нейтронов из плазмы может дать информацию о температуре ионов. [70]
  • Физика элементарных частиц: обнаружение нейтронов было предложено как метод улучшения детекторов нейтрино . [71]
  • Материаловедение: упругое и неупругое рассеяние нейтронов позволяет экспериментаторам охарактеризовать морфологию материалов в масштабах от Ангстрема до одного микрометра .
  • Радиационная безопасность: нейтронное излучение представляет собой опасность, связанную с источниками нейтронов , космическими путешествиями, ускорителями и ядерными реакторами . Детекторы нейтронов, используемые для радиационной безопасности, должны учитывать относительную биологическую эффективность (т. Е. То, как ущерб, причиняемый нейтронами, зависит от энергии).
  • Обнаружение космических лучей: вторичные нейтроны являются одним из компонентов ливней частиц, производимых космическими лучами в атмосфере Земли . Специализированные наземные нейтронные детекторы, а именно нейтронные мониторы , используются для отслеживания изменений потока космических лучей.
  • Обнаружение специальных ядерных материалов: специальные ядерные материалы (СНМ), такие как уран-233 и плутоний-239, распадаются путем спонтанного деления с образованием нейтронов. Детекторы нейтронов могут быть использованы в коммерческих целях для мониторинга СЯМ.

Экспериментальное обнаружение нейтронов [ править ]

Эксперименты, в которых используется эта наука, включают эксперименты по рассеянию, в которых должны быть обнаружены направленные нейтроны, а затем рассеянные от образца. Оборудование включает в себя источник нейтронов ISIS в лаборатории Резерфорда Эпплтона , источник нейтронов расщепления в Национальной лаборатории Ок-Ридж и источник нейтронов расщепления (SINQ) в Институте Пауля Шеррера , в котором нейтроны образуются в результате реакции расщепления, а также традиционные исследовательские реакторные установки, в которых нейтроны образуются при делении изотопов урана. Среди различных экспериментов по обнаружению нейтронов следует отметить фирменный эксперимент Европейского мюонного сотрудничества., впервые проведенный в ЦЕРНе и получивший название «эксперимент ЭМС». Сегодня тот же эксперимент проводится с более сложным оборудованием для получения более определенных результатов, связанных с исходным эффектом ЭМС .

Проблемы обнаружения нейтронов в экспериментальной среде [ править ]

Обнаружение нейтронов в экспериментальной среде - непростая наука. Основные проблемы, с которыми сталкивается современное обнаружение нейтронов, включают фоновый шум , высокую скорость обнаружения, нейтронную нейтральность и низкую энергию нейтронов.

Фоновый шум [ править ]

Основными составляющими фонового шума при обнаружении нейтронов являются фотоны высокой энергии , которые нелегко устранить с помощью физических барьеров. Другие источники шума, такие как альфа- и бета-частицы , можно устранить с помощью различных экранирующих материалов, таких как свинец , пластик, термоуголь и т. Д. Таким образом, фотоны вызывают серьезные помехи при обнаружении нейтронов, поскольку неизвестно, нейтроны или фотоны обнаруживаются детектором нейтронов. Оба регистрируют схожие энергии после рассеяния на детектор от цели или окружающего света, и поэтому их трудно различить. Обнаружение совпадений также можно использовать для отделения реальных нейтронных событий от фотонов и другого излучения.

Высокие показатели обнаружения [ править ]

Если детектор находится в области высокой активности луча, на него непрерывно воздействуют нейтроны и фоновый шум с чрезвычайно высокой скоростью. Это запутывает собранные данные, поскольку измерения сильно перекрываются, и отдельные события нелегко отличить друг от друга. Таким образом, часть проблемы заключается в поддержании максимально низких уровней обнаружения и в разработке детектора, который может не отставать от высоких скоростей для получения когерентных данных.

Нейтральность нейтронов [ править ]

Нейтроны нейтральны и поэтому не реагируют на электрические поля. Это затрудняет их направление к детектору для облегчения обнаружения. Нейтроны также не ионизируют атомы, кроме как путем прямого столкновения, поэтому газовые детекторы ионизации неэффективны.

Изменение поведения в зависимости от энергии [ править ]

Детекторы, основанные на поглощении нейтронов, обычно более чувствительны к тепловым нейтронам низких энергий и на несколько порядков менее чувствительны к нейтронам высоких энергий. С другой стороны, сцинтилляционные детекторы не могут регистрировать воздействие нейтронов низкой энергии.

Экспериментальная установка и метод [ править ]

Рисунок 1: Экспериментальная установка

На рис. 1 показаны типовые основные компоненты установки блока регистрации нейтронов. В принципе, диаграмма показывает установку, как это было бы в любой современной лаборатории физики элементарных частиц , но особенности описывают установку в лаборатории Джефферсона ( Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния ).

В этой установке падающие частицы, состоящие из нейтронов и фотонов, попадают в детектор нейтронов; Обычно это сцинтилляционный детектор, состоящий из сцинтилляционного материала , волновода и фотоумножителя (ФЭУ), который будет подключен к системе сбора данных (DAQ) для регистрации деталей обнаружения.

Сигнал детектирования от нейтронного детектора передается на блок скейлера, блок стробированной задержки, блок запуска и осциллограф . Блок масштабирования используется просто для подсчета количества поступающих частиц или событий. Он делает это, увеличивая свой счет частиц каждый раз, когда он обнаруживает всплеск сигнала детектора от нулевой точки. Очень мало мертвого временив этом устройстве, подразумевая, что независимо от того, насколько быстро входят частицы, очень маловероятно, что это устройство не сможет подсчитать событие (например, входящую частицу). Низкое мертвое время обусловлено сложной электроникой в ​​этом устройстве, которой требуется немного времени для восстановления после относительно простой задачи регистрации логического высокого уровня каждый раз, когда происходит событие. Блок триггера координирует всю электронику системы и выдает логический высокий уровень этим блокам, когда вся установка готова к записи запуска события.

Осциллограф регистрирует импульс тока при каждом событии. Импульс - это просто ионизационный ток в детекторе, вызванный этим событием, отложенный во времени. Полная энергия падающей частицы может быть найдена путем интегрирования этого импульса тока по времени, чтобы получить общий заряд, нанесенный в конце ФЭУ. Эта интеграция осуществляется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Общий накопленный заряд является прямой мерой энергии ионизирующей частицы (нейтрона или фотона), попадающей в детектор нейтронов. Этот метод интегрирования сигналов является признанным методом измерения ионизации в детекторе в ядерной физике. [72]У АЦП большее время простоя, чем у осциллографа, который имеет ограниченную память и должен быстро передавать события в АЦП. Таким образом, АЦП выбирает для анализа примерно одно из 30 событий с осциллографа. Так как типичная частота событий составляет около 10 6 нейтронов в секунду [73], эта выборка по-прежнему будет накапливать тысячи событий каждую секунду.

Отделение нейтронов от фотонов [ править ]

АЦП отправляет свои данные в блок сбора данных, который сортирует данные в презентабельной форме для анализа. Ключ к дальнейшему анализу заключается в различии между формой импульса тока ионизации фотона и нейтрона. Фотонный импульс длиннее на концах (или «хвостах»), тогда как нейтронный импульс хорошо центрирован. [73] Этот факт можно использовать для идентификации поступающих нейтронов и для подсчета общей скорости приходящих нейтронов. Шаги, ведущие к этому разделению (те, которые обычно выполняются в ведущих национальных лабораториях, в частности, в лаборатории Джефферсона), - это экстракция стробированных импульсов и построение разницы.

Извлечение стробированного импульса [ править ]

Все сигналы ионизационного тока представляют собой импульсы с локальным пиком между ними. Используя логический элемент И в непрерывном времени (имеющий поток импульсов «1» и «0» в качестве одного входа и текущего сигнала в качестве другого), извлекается хвостовая часть каждого импульсного сигнала тока. Этот метод стробированной дискриминации регулярно используется в жидких сцинтилляторах. [74] Блок стробированной задержки предназначен именно для этого и делает задержанную копию исходного сигнала таким образом, чтобы его хвостовая часть была видна рядом с основной частью на экране осциллографа.

После извлечения хвоста выполняется обычное интегрирование тока как для хвостовой части, так и для всего сигнала. Это дает два значения ионизации для каждого события, которые сохраняются в таблице событий в системе сбора данных.

Построение разницы [ править ]

Рисунок 2: Ожидаемый график зависимости энергии хвоста от энергии в полном импульсе для всех энергий событий. Точки представляют собой числовые плотности событий.

На этом этапе лежит решающий момент анализа: извлеченные значения ионизации наносятся на график. В частности, график отображает выделение энергии в хвосте по сравнению с выделением энергии во всем сигнале для диапазона энергий нейтронов. Обычно для данной энергии существует множество событий с одинаковым значением энергии хвоста. В этом случае нанесенные на график точки просто становятся более плотными с большим количеством перекрывающихся точек на двумерном графике и, таким образом, могут использоваться для отслеживания количества событий, соответствующих каждому выделению энергии. На графике нанесена значительная случайная доля (1/30) всех событий.

Если извлеченный размер хвоста представляет собой фиксированную долю от общего импульса, то на графике будут две линии с разными наклонами. Линия с большим наклоном будет соответствовать фотонным событиям, а линия с меньшим наклоном - нейтронным событиям. Это происходит именно потому, что ток энерговыделения фотонов, нанесенный на график в зависимости от времени, оставляет более длинный «хвост», чем график отложения нейтронов, давая фотонному хвосту большую долю общей энергии, чем нейтронным хвостам.

Эффективность любого анализа обнаружения можно увидеть по его способности точно подсчитывать и разделять количество нейтронов и фотонов, попадающих в детектор. Кроме того, эффективность второго и третьего шагов показывает, можно ли управлять частотой событий в эксперименте. Если на вышеуказанных этапах можно получить четкие графики, позволяющие легко разделить нейтрон-фотон, обнаружение можно назвать эффективным, а скорость управляемой. С другой стороны, нечеткость и неразличимость точек данных не позволят легко разделить события.

Контроль скорости [ править ]

Уровень обнаружения можно поддерживать на низком уровне многими способами. Выборку событий можно использовать для выбора только нескольких событий для анализа. Если скорости настолько высоки, что одно событие невозможно отличить от другого, можно изменять физические параметры эксперимента (экранирование, расстояние детектор-цель, телесный угол и т. Д.), Чтобы получить самые низкие возможные скорости и, следовательно, различимые события.

Более точные точки обнаружения [ править ]

Здесь важно наблюдать именно те переменные, которые имеют значение, поскольку на этом пути могут быть ложные индикаторы. Например, ионизационные токи могут иметь периодические сильные всплески, которые не предполагают высоких скоростей, а просто высоких энергозатрат для случайных событий. Эти выбросы будут сведены в таблицу и будут рассматриваться с цинизмом, если они неоправданы, тем более, что в установке так много фонового шума.

Можно спросить, как экспериментаторы могут быть уверены, что каждый импульс тока на осциллографе соответствует ровно одному событию. Это верно, потому что импульс длится около 50  нс , что позволяет получить максимум2 × 10 7 событий каждую секунду. Это число намного выше, чем фактическая типичная скорость, которая , как упоминалось выше, обычно на порядок меньше. [73] Это означает, что наличие двух частиц, генерирующих один импульс тока, маловероятно. Текущие импульсы длятся 50 нс каждый и начинают регистрировать следующее событие после паузы с предыдущим событием.

Хотя иногда этому способствуют более высокие энергии поступающих нейтронов, обнаружение нейтронов, как правило, является сложной задачей по всем причинам, указанным ранее. Таким образом, улучшенная конструкция сцинтиллятора также находится на переднем плане и является предметом стремления с момента изобретения сцинтилляционных детекторов. Сцинтилляционные детекторы были изобретены в 1903 году Круксом, но не были очень эффективными до тех пор, пока ФЭУ (фотоэлектронный умножитель) не был разработан Курраном и Бейкером в 1944 году. [72] ФЭУ представляет собой надежный и эффективный метод обнаружения, поскольку он десятикратно увеличивает сигнал обнаружения. Тем не менее, сцинтилляционная конструкция требует улучшений, как и другие варианты обнаружения нейтронов, помимо сцинтилляции.

См. Также [ править ]

  • Сфера Боннера - инструмент для определения энергии нейтронов
  • Вложенный нейтронный спектрометр - портативный нейтронный спектрометр, основанный на принципе сферы Боннера.
  • Детектор нейтронов большой площади
  • Нейтронный зонд
  • Камера Anger - позиционно-чувствительные нейтронные детекторы разработаны с использованием технологий камеры Anger.
  • Микроканальный пластинчатый детектор - позиционно-чувствительные нейтронные детекторы разработаны с использованием технологий микроканального пластинчатого детектора.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Обзор физики элементарных частиц группы данных по частицам, 2006 г.
  2. ^ Таблица сводных данных по группам частиц по барионам
  3. ^ a b c d Цулфанидис, Николас (1995). Измерение и обнаружение излучения (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Тейлор и Фрэнсис. стр.  467 -501. ISBN 978-1-56032-317-4.
  4. ^ Материалы с высоким содержанием водорода, такие как вода или пластик.
  5. ^ Трифторид бора (BF 3 ) Нейтронные детекторы
  6. ^ Yousuke, I .; Daiki, S .; Hirohiko, K .; Nobuhiro, S .; Кенджи, И. (2000). Ухудшение дискриминации формы импульса в жидком органическом сцинтилляторе при высоких энергиях . Запись конференции симпозиума по ядерной науке . 1 . IEEE. С. 6 / 219–6 / 221. DOI : 10,1109 / NSSMIC.2000.949173 . ISBN 978-0-7803-6503-2. S2CID  119538680 .
  7. ^ Кавагути, N .; Янагида, Т .; Yokota, Y .; Watanabe, K .; Камада, К .; Fukuda, K .; Suyama, T .; Йошикава, А. (2009). Исследование роста кристаллов и сцинтилляционных свойств в качестве детектора нейтронов на монокристалле LiCaAlF6, легированном ес, диаметром 2 дюйма . Запись конференции симпозиума по ядерной науке . IEEE. С. 1493–1495. DOI : 10,1109 / NSSMIC.2009.5402299 . ISBN 978-1-4244-3961-4. S2CID  5807137 .
  8. ^ Пример нейтронного монитора на основе кристаллического сцинтиллятора.
  9. ^ Боллинджер, LM; Thomas, GE; Гинтер, RJ (1962). «Обнаружение нейтронов с помощью стеклянных сцинтилляторов». Ядерные инструменты и методы . 17 (1): 97–116. Bibcode : 1962NucIM..17 ... 97B . DOI : 10.1016 / 0029-554X (62) 90178-7 .
  10. ^ Миянага, N .; Ohba, N .; Фудзимото, К. (1997). «Волоконный сцинтиллятор / детектор с полосовой камерой для измерения истории горения в эксперименте по термоядерному синтезу с инерционным удержанием». Обзор научных инструментов . 68 (1): 621–623. Bibcode : 1997RScI ... 68..621M . DOI : 10.1063 / 1.1147667 .
  11. ^ Egelstaff, Пенсильвания; и другие. (1957). «Стеклянные сцинтилляторы для быстрого обнаружения нейтронов промежуточных энергий». Ядерные инструменты и методы . 1 (4): 197–199. Bibcode : 1957NucIn ... 1..197E . DOI : 10.1016 / 0369-643x (57) 90042-7 .
  12. ^ Боллинджер, LM; Thomas, GE; Гинтер, RJ (1962). «Обнаружение нейтронов с помощью стеклянных сцинтилляторов». Ядерные инструменты и методы . 17 : 97–116. Bibcode : 1962NucIM..17 ... 97B . DOI : 10.1016 / 0029-554X (62) 90178-7 .
  13. ^ Spowart, AR (1976). "Нейтронные мерцающие стекла .1. Активация внешними заряженными частицами и тепловыми нейтронами". Ядерные инструменты и методы . 135 (3): 441–453. Bibcode : 1976NucIM.135..441S . DOI : 10.1016 / 0029-554X (76) 90057-4 .
  14. ^ Аткинсон, М .; Fent J .; Фишер С .; и другие. (1987). "Первоначальные испытания трекера сцинтилляционного волокна (Scifi) с высоким разрешением" . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 254 (3): 500–514. Bibcode : 1987NIMPA.254..500A . DOI : 10.1016 / 0168-9002 (87) 90022-2 .
  15. ^ Bliss, M .; Бродзинский Р.Л .; Крейг РА; Geelhood BD; Кнопф М.А.; Майли Х.С. Perkins RW; Reeder PL; Sunberg DS; Warner RA; Вогман Н.А. (1995). Джонсон, К. Брюс; Фенивс, Эрвин Дж (ред.). «Детекторы нейтронов на основе стекловолокна для сред с высоким и низким потоком» . Proc. ШПИОН . Фотоэлектронные детекторы, камеры и системы. 2551 : 108. Bibcode : 1995SPIE.2551..108B . DOI : 10.1117 / 12.218622 . S2CID 137395702 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  16. ^ Abel, KH; Артур Р.Дж.; Bliss M .; Brite DW; и другие. (1993). "Характеристики и применение сцинтилляционных датчиков нейтронов из стекловолокна". Труды семинара SCIFI 93 по сцинтилляционным волоконным детекторам : 463–472.
  17. ^ Abel, KH; Артур Р.Дж.; Bliss M .; Brite DW; и другие. (1994). "Сцинтилляционные стеклянные волоконно-оптические нейтронные сенсоры" . Материалы симпозиума Общества исследования материалов . 348 : 203–208. Bibcode : 1994mrs..meetR ... 4A . DOI : 10,1557 / PROC-348-203 .
  18. ^ Bliss, M .; Крейг РА; Ридер П.Л. (1994). "Физика и взаимосвязь структура-свойство сцинтилляционных материалов: влияние термической истории и химии на светоотдачу сцинтилляционных стекол". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 342 (2–3): 357–393. Bibcode : 1994NIMPA.342..357B . DOI : 10.1016 / 0168-9002 (94) 90263-1 .
  19. ^ Bliss, M .; Крейг РА; Reeder PL; Sunberg DS; Вебер MJ (1994). «Связь между микроструктурой и эффективностью сцинтилляционных стекол» . Материалы симпозиума Общества исследования материалов . 348 : 195–202. DOI : 10,1557 / PROC-348-195 .
  20. ^ Сеймур, R .; Crawford, T .; и другие. (2001). «Порталы, грузовые перевозки и мониторинг транспортных средств с использованием сцинтилляционных детекторов из стекловолокна для обнаружения плутония в рамках Программы оценки радиации незаконного оборота». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 248 (3): 699–705. DOI : 10,1023 / A: 1010692712292 . S2CID 94473173 . 
  21. ^ Сеймур, RS; Крейг РА; Bliss M .; Ричардсон Б .; CD корпуса; Барнетт Д.С. (1998). «Характеристики нейтронно-чувствительной сцинтилляционной стекловолоконной панели для мониторинга порталов, грузов и транспортных средств» . Proc. ШПИОН . Приборостроение для ядерных отходов. 3536 : 148–155. DOI : 10.1117 / 12.339067 . S2CID 137600990 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  22. ^ Сеймур, RS; Ричардсон Б .; Моричи М .; Bliss M .; Крейг РА; Санберг Д.С. (2000). «Датчики нейтронов из стекловолокна, их применение и характеристики для обнаружения и мониторинга плутония». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 243 (2): 387–388. DOI : 10,1023 / A: 1016009726996 . S2CID 94700090 . 
  23. ^ Веб-сайт Nucsafe Inc.
  24. ^ а б Ван Гинховен, РМ; Кузес RT; Стивенс Д.Л. (2009). «Альтернативные технологии нейтронных детекторов для внутренней безопасности PIET-43741-TM-840 PNNL-18471» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  25. ^ Янагида, Т .; и другие. (2011). "Сцинтиллятор LiCaAlF 6, содопированный европием и натрием для обнаружения нейтронов". Прикладная физика Экспресс . 4 (10): 106401. Bibcode : 2011APExp ... 4j6401Y . DOI : 10,1143 / apex.4.106401 .
  26. ^ Kole, M .; и другие. (2013). «Измерение с помощью воздушного шара высокоширотных атмосферных нейтронов с использованием нейтронного детектора LiCAF». Запись конференции симпозиума по ядерной науке . arXiv : 1311.5531 . Bibcode : 2013arXiv1311.5531K .
  27. ^ Iwanowska, J .; и другие. (2011). «Детектирование тепловых нейтронов на монокристаллах LiCaAlF 6, легированных Ce 3+ ». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 652 (1): 319–322. Bibcode : 2011NIMPA.652..319I . DOI : 10.1016 / j.nima.2010.09.182 .
  28. ^ Большой формат Li Co-легированный сцинтилляционный детектор NaI: Tl для двойного обнаружения гамма-лучей и нейтронов, Техническая статья 2017.
  29. ^ Li совместно допированный NaI: Tl (NaIL) - нейтронно-гамма-сцинтиллятор большого объема с исключительной дискриминацией формы импульса Презентация IEEE 2017.
  30. ^ Пример двойного гамма-нейтронного детектора.
  31. Перейти ↑ Caruso, AN (2010). "Физика материалов и геометрии твердотельных нейтронных детекторов". J. Phys .: Condens. Материя . 22 (44): 443201 (32 с.). DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 22/44/443201 . PMID 21403341 . 
  32. ^ Роуз, А. (1967). "Напыленные пленки бора на кремниевых поверхностных барьерных детекторах". Ядерные инструменты и методы . 52 (1): 166–170. Bibcode : 1967NucIM..52..166R . DOI : 10.1016 / 0029-554X (67) 90576-9 .
  33. ^ Пописил, S .; Сопко, Б .; Гавранкова, Е .; Janout, Z .; Konicek, J .; Macha, I .; Павлу, Дж. (1993). «Si-диод как малый детектор медленных нейтронов». Дозиметрия радиационной защиты . 46 : 115–118.
  34. ^ Бэбкок, RV; Дэвис, RE; Рубин, SL; Вс, KH; Волли, ED (1959). «Полупроводник с покрытием - крошечный детектор нейтронов». Нуклеоника . 17 : 116–122.
  35. ^ МакГрегор, DS; Hammig, MD; Yang YH .; Gersch, HK; Кланн, RT (2003). «Конструктивные соображения для тонкопленочных полупроводниковых детекторов тепловых нейтронов - I: Основы, касающиеся нейтронных реактивных пленок, испускающих альфа-частицы». Ядерные приборы и методы . 500 (1–3): 272–308. Bibcode : 2003NIMPA.500..272M . DOI : 10.1016 / S0168-9002 (02) 02078-8 .
  36. ^ Rauch, H .; Grass, F .; Фейгл, Б. (1967). "Ein Neuartiger Detektor fur Langsame Neutronen". Ядерные инструменты и методы . 46 (1): 153–156. Bibcode : 1967NucIM..46..153R . DOI : 10.1016 / 0029-554X (67) 90408-9 .
  37. ^ Feigl, B .; Раух, Х. (1968). "Der Gd-нейтроненцахлер". Ядерные инструменты и методы . 61 (3): 349–356. Bibcode : 1968NucIM..61..349F . DOI : 10.1016 / 0029-554X (68) 90250-4 .
  38. ^ МакГрегор, DS; Кланн, RT; Сандерс, JD; Линдси, Дж. Т.; Linden, KJ; Gersch, HK; Де Лурджо, премьер-министр; Финк, КЛ; Ариесанти, Э. (2002). Джеймс, Ральф Б; Фрэнкс, Ларри А; Бургер, Арнольд; Уэстбрук, Эдвин М; Дерст, Роджер Д. (ред.). «Последние результаты из полупроводниковых нейтронных детекторов с тонкопленочным покрытием». Proc. ШПИОН . Детекторы рентгеновского и гамма-излучения и их применение IV. 4784 : 164–182. CiteSeerX 10.1.1.510.5968 . DOI : 10.1117 / 12.455697 . S2CID 14303554 .  
  39. ^ МакГрегор, DS; Беллинджер, SL; Шултис, Дж. К. (2013). «Современное состояние микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов» (PDF) . J. Crys. Рост . 379 : 99–110. Bibcode : 2013JCrGr.379 ... 99M . DOI : 10.1016 / j.jcrysgro.2012.10.061 . ЛВП : 2097/16983 .
  40. ^ МакГрегор, DS; Беллинджер, SL; Fronk, RG; Хенсон, LC; Хаддлстон, Делавэр; Ochs, TR; Shultis, JK; Отрезвляющий, TJ; Тейлор, RD (2015). «Разработка компактных высокоэффективных микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов» . Рад. Phys. Chem . 116 : 32–37. Bibcode : 2015RaPC..116 ... 32M . DOI : 10.1016 / j.radphyschem.2015.05.025 .
  41. ^ Муминов, РА; Цванг, LD (1987). «Высокоэффективные полупроводниковые детекторы тепловых нейтронов». Советская атомная энергия . 62 (4): 316–319. DOI : 10.1007 / BF01123372 . S2CID 119511403 . 
  42. ^ Schelten, J .; Balzhauser, M .; Hongesberg, F .; Энгельс, Р .; Рейнарц, Р. (1997). «Разработка нового нейтронного детектора на основе кремниевого полупроводника и преобразователя 6 LiF». Physica B: конденсированное вещество . 234–236: 1084–1086. Bibcode : 1997PhyB..234.1084S . DOI : 10.1016 / S0921-4526 (97) 00024-0 .
  43. ^ МакГрегор, DS; Кланн, RT; Gersch, HK; Ariesanti, E .; Сандерс, JD; Ван дер Эльзен, Б. (2001). "Новая морфология поверхности для низко напряженных тонкопленочных детекторов тепловых нейтронов". IEEE Nucl Sci. Symp. Конф. Rec., Сан-Диего, Калифорния, 4–9 ноября . 49 (4): 1999. Bibcode : 2002ITNS ... 49.1999M . DOI : 10.1109 / TNS.2002.801697 .
  44. ^ МакГрегор, DS; Кланн, RT; Gersch, HK; Ariesanti, E .; Сандерс, JD; Ван дер Эльзен, Б. (2002). "Новая морфология поверхности для низко напряженных тонкопленочных детекторов тепловых нейтронов". IEEE Transactions по ядерной науке . 49 (4): 1999–2004. Bibcode : 2002ITNS ... 49.1999M . DOI : 10.1109 / TNS.2002.801697 .
  45. ^ Fronk, RG; Беллинджер, SL; Хенсон, LC; Хаддлстон, Делавэр; Ochs, TR; Отрезвляющий, TJ; МакГрегор, Д.С. (2015). «Высокоэффективные микроструктурированные полупроводниковые нейтронные детекторы для прямой замены гелия-3». Nucl. Instrum. Методы . 779 : 25–32. DOI : 10.1016 / j.nima.2015.01.041 .
  46. ^ Uher, J .; Jakubek, J .; Kenney, C .; Kohout, Z .; Linhart, V .; Паркер, С .; Petersson, S .; Pospisil, S .; Тангстром, Г. (2007). «Характеристика трехмерных полупроводниковых детекторов тепловых нейтронов». Nucl. Instrum. Методы . 576 (1): 32–37. Bibcode : 2007NIMPA.576 ... 32U . DOI : 10.1016 / j.nima.2007.01.115 .
  47. ^ Николич, RJ; Конвей, AM; Рейнхарт, CE; Графф, RT; Ван, Т.Ф. (2008). «Детектор тепловых нейтронов на кремниевой опоре с соотношением сторон 6: 1, заполненный 10 B» . Appl. Phys. Lett . 93 (13): 133502 (3 страницы). Bibcode : 2008ApPhL..93m3502N . DOI : 10.1063 / 1.2985817 .
  48. ^ Веб-сайт RDT, Inc.
  49. ^ Охс, TR; Беллинджер, SL; Fronk, RG; Хенсон, LC; Хаддлстон, Делавэр; Лирик, ЗИ; Shultis, JK; Смит CT; Отрезвляющий, TJ; МакГрегор, Д.С. (2017). «Текущее состояние микроструктурированного полупроводникового нейтронного детектора на основе прямой замены гелия-3». IEEE Trans. Nucl. Sci . 64 (7): 1846–1850. Bibcode : 2017ITNS ... 64.1846O . DOI : 10.1109 / TNS.2017.2653719 . S2CID 38524621 . 
  50. ^ Анантанараянан, КП; Gielisse, PJ; Чоудри, А. (1974). «Соединения бора для обнаружения тепловых нейтронов». Nucl. Instrum. Методы . 118 (1): 45–48. Bibcode : 1974NucIM.118 ... 45A . DOI : 10.1016 / 0029-554X (74) 90683-1 .
  51. ^ Кумаширо, Ю.; Okada, Y .; Misawa, S .; Коширо, Т. (1987). «Приготовление монокристаллов 10 BP». Proc. Десятая международная конференция «Химическое осаждение из паровой фазы» . 87–88: 813–818.
  52. ^ Emin, D .; Аселаж, TL (2005). «Предлагаемый твердотельный нейтронный детектор на основе карбида бора». J. Appl. Phys . 97 (1): 013529–013529–3. Bibcode : 2005JAP .... 97a3529E . DOI : 10.1063 / 1.1823579 .
  53. ^ Карузо, АН; Даубен, Пенсильвания; Балкир, Н .; Schemm, N .; Осберг, К .; Fairchild, RW; Флорес, OB; Балаз, С .; Harken, AD; Робертсон, Б.В.; Бренд, JI (2006). "Детектор нейтронов на основе карбида бора: сравнение и теория" . Мат. Sci. Англ. B . 135 (2): 129–133. DOI : 10.1016 / j.mseb.2006.08.049 .
  54. ^ МакГрегор, DS; Unruh, T .; Макнил, WJ (2008). «Детектирование тепловых нейтронов с пиролитическим нитридом бора». Nucl. Instrum. Методы . 591 (3): 530–533. Bibcode : 2008NIMPA.591..530M . дои : 10.1016 / j.nima.2008.03.002 .
  55. ^ Доан, ТС; Majety, S .; Гренадер, С .; Li, J .; Lin, JY; Цзян, HX (2015). «Гексагональные тонкопленочные детекторы тепловых нейтронов из нитрида бора с высоким энергетическим разрешением продуктов реакции». Nucl. Instrum. Методы . 783 : 121–127. Bibcode : 2015NIMPA.783..121D . DOI : 10.1016 / j.nima.2015.02.045 .
  56. ^ Domnich, V .; Reynaud, S .; Габер, РА; Човолла, М. (2011). «Карбид бора: структура, свойства и устойчивость под напряжением». Варенье. Ceram. Soc . 94 (11): 3605–3628. DOI : 10.1111 / j.1551-2916.2011.04865.x .
  57. ^ Монтэг, BW; Райхенбергер, Массачусетс; Эдвардс, Н .; Угорвоски, ПБ; Sunder, M .; Weeks, J .; МакГрегор, Д.С. (2016). "Изготовление устройств, характеристика и реакция обнаружения тепловых нейтронов полупроводниковых устройств LiZnP и LiZnAs" . Nucl. Instrum. Методы . 836 : 30–36. Bibcode : 2016NIMPA.836 ... 30М . DOI : 10.1016 / j.nima.2016.08.037 .
  58. ^ Vradii, AG; Крапивин М.И.; Маслова, Л.В.; Матвеев, О.А.; Хусаинов, А.Х .; Шашурин В.К. (1977). «Возможности регистрации тепловых нейтронов детекторами из теллурида кадмия». Сов. Атомная энергия . 42 : 64–66. DOI : 10.1007 / BF01119710 . S2CID 95935837 . 
  59. ^ МакГрегор, DS; Линдси, Дж. Т.; Olsen, RW (1996). "Обнаружение тепловых нейтронов с помощью полупроводниковых детекторов кадмия 1 − x цинка x теллурида". Nucl. Instrum. Методы . 381 (2–3): 498–501. Bibcode : 1996NIMPA.381..498M . DOI : 10.1016 / S0168-9002 (96) 00580-3 .
  60. ^ Beyerle, AG; Халл, KL (1987). «Обнаружение нейтронов с помощью детекторов иодида ртути». Nucl. Instrum. Методы . 256 (2): 377–380. Bibcode : 1987NIMPA.256..377B . DOI : 10.1016 / 0168-9002 (87) 90236-1 .
  61. ^ Белл, ZW; Pohl, KR; Ван Ден Берг, Л. (2004). «Обнаружение нейтронов с помощью йодида ртути» . IEEE Trans. Nucl. Sci . 51 (3): 1163–1165. Bibcode : 2004ITNS ... 51.1163B . DOI : 10.1109 / TNS.2004.829651 . ОСТИ 812511 . S2CID 62773581 .  
  62. ^ ван Эйк, CWE; де Хаас, JTM; Dorenbos, P .; Крамер, кВт; Гудель, HU (2005). Разработка эльпасолита и моноклинных сцинтилляторов тепловых нейтронов . Запись конференции симпозиума по ядерной науке . 1 . IEEE. С. 239–243. DOI : 10,1109 / NSSMIC.2005.1596245 . ISBN 978-0-7803-9221-2. S2CID  44200145 .
  63. ^ Стромсвольд, округ Колумбия; AJ Peurrung; Р. Р. Хансен; П.Л. Ридер (1999). «Прямое обнаружение быстрых нейтронов. PNNL-13068, Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон». Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  64. ^ Поцци, SA; JL Dolan; EC Miller; М. Фляска; С.Д. Кларк; А. Энквист; П. Пирани; М.А. Смит-Нельсон; Э. Падовани; JB Czirr; LB Rees (2011). «Оценка новых и существующих органических сцинтилляторов для обнаружения быстрых нейтронов». Труды 52-го ежегодного собрания Института управления ядерными материалами на CD-ROM, Палм-Дезерт, Калифорния, США. 17-22 июля .
  65. ^ Льюис, JM; Р.П. Келли; Д. Мурер; К.А. Джордан (2014). «Регистрация сигналов деления с помощью сцинтилляционных детекторов на быстрых нейтронах гелия-4». Appl. Phys. Lett . 105 (1): 014102. Bibcode : 2014ApPhL.105a4102L . DOI : 10.1063 / 1.4887366 .
  66. ^ Ghosh, P .; W. Fu; MJ Harrison; П.К. Дойл; Н.С. Эдвардс; Дж. А. Робертс; DS McGregor (2018). «Высокоэффективный, малослойный детектор быстрых нейтронов с низким еренковским микропроцессором для годоскопа TREAT» . Ядерные приборы и методы в физике: а . 904 : 100–106. Bibcode : 2018NIMPA.904..100G . DOI : 10.1016 / j.nima.2018.07.035 .
  67. ^ Ghosh, P .; DM Nichols; W. Fu; Дж. А. Робертс; DS МакГрегор (2020). "Подавление гамма-излучения микрослоистым детектором быстрых нейтронов, связанным с SiPM". Симпозиум IEEE по ядерной науке и конференция по медицинской визуализации (NSS / MIC) 2019 г . : 1–3. DOI : 10.1109 / NSS / MIC42101.2019.9059869 . ISBN 978-1-7281-4164-0. S2CID  204877955 .
  68. ^ Ванье, ЧП; Forman, L .; Dioszegi, I .; Salwen, C .; Гош, VJ (2007). Калибровка и испытание направленного детектора быстрых нейтронов большой площади . Запись конференции симпозиума по ядерной науке . IEEE. С. 179–184. DOI : 10,1109 / NSSMIC.2007.4436312 . ISBN 978-1-4244-0922-8. S2CID  26211444 .
  69. ^ Frenje, J. (1996), "МНР Neutron Диагностическое на Jet - An ITER Prototype исследование", диагностика для экспериментального термоядерного синтеза реакторам , Springer США, С. 417-420,. DOI : 10.1007 / 978-1-4613-0369 -5_49 , ISBN 9781461380207
  70. Перейти ↑ Hutchinson, IH (2002). Принципы диагностики плазмы (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521803896. OCLC  50124576 .
  71. ^ Джон Ф. Бик & Mark R. Vagins (2004). «Спектроскопия антинейтрино с большими водяными детекторами Черенкова». Письма с физическим обзором . 93 (17): 171101. arXiv : hep-ph / 0309300 . Bibcode : 2004PhRvL..93q1101B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.93.171101 . PMID 15525063 . S2CID 10472028 .  
  72. ^ а б Лео, WR (1994). Методы проведения экспериментов по ядерной физике и физике элементарных частиц . Springer .
  73. ^ a b c Черны, Дж. К., Долемал, З., Иванов, М. П., Кузьмин, Е. П., Свейда, Дж., Вильгельм, И. (2003). «Исследование нейтронного отклика и n – γ дискриминации методом сравнения зарядов для малогабаритного жидкостного сцинтилляционного детектора». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 527 (3): 512–518. arXiv : nucl-ex / 0311022 . Bibcode : 2004NIMPA.527..512C . DOI : 10.1016 / j.nima.2004.03.179 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  74. ^ Jastaniah, SD, Sellin, PJ (2003). «Цифровые методы спектроскопии нейтронных нейтронов с распознаванием формы n – γ импульса с использованием жидкости». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 517 (1–3): 202–210. Bibcode : 2004NIMPA.517..202J . DOI : 10.1016 / j.nima.2003.08.178 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Кейтс, Г.Д., Дэй, Д., Лиянаге, Н. (2004). «Нейтронно-меченая структура связанного протона для исследования происхождения эффекта ЭМС» (PostScript) . Jefferson Lab . Проверено 9 июня 2005 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Поцци, С.А., Малленс, Дж. А., и Михальцо, Дж. Т. (2003). «Анализ положения обнаружения нейтронов и фотонов для калибровки пластиковых (BC-420) и жидких (BC-501) сцинтилляторов» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 524 (1–3): 92–101. Bibcode : 2004NIMPA.524 ... 92P . DOI : 10.1016 / j.nima.2003.12.036 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Сесил, Р.А., Андерсон, Б.Д., Мадей, Р. (1979). «Улучшенные прогнозы эффективности обнаружения нейтронов для углеводородных сцинтилляторов от 1 МэВ до примерно 300 МэВ». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . 161 (3): 439–447. Bibcode : 1979NucIM.161..439C . DOI : 10.1016 / 0029-554X (79) 90417-8 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Справочник Министерства энергетики США по контрольно-измерительным приборам, том 2