Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения

 

Использование: в дозиметрической таможенной практике, для решения задач Госатомнадзора, для систем радиационного мониторинга и систем специального радиационного технического контроля для обследования ядерных субмарин, подлежащих разборке, для обнаружения и идентификации делящихся материалов (урана, плутония, калифорния и изделий из них) и материалов, относящихся к классу радиоактивных веществ - гамма-источников. Сущность: сцинтилляционный детектор нейтронов и гамма-излучения содержит датчик, выполненный в виде двух параллельно соединенных сцинтилляторов: внешнего нейтронного сцинтиллятора на основе пластмассы (СН)_n или стильбена (сцинтиллятор с колодцем), расположенного в чехле из борсодержащего (нитрида или карбида бора) материала, и размещенного в нем (в колодце внешнего сцинтиллятора) чувствительного к гамма-излучению внутреннего сцинтилляционного кристалла NaI-Tl в стандартном контейнере, также расположенного в чувствительном к тепловым нейтронам чехле из нитрида или карбида бора (естественная смесь изотопов бора или изотоп ¹⁰ ₅В), фотоэлектронного умножителя, помещенных в единый корпус, и блок электронной обработки сигналов. Технический результат: обеспечение счета нейтронов широкого спектра энергий как быстрых, так и тепловых с повышенной эффективностью. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области дистанционного одновременного детектирования источников нейтронного и гамма-излучения, особо источников нейтронов на фоне гамма-излучения, и предназначено для использования в дозиметрической таможенной практике для решения задач Госатомнадзора, для систем радиационного мониторинга и систем специального радиационного технического контроля для обследования ядерных субмарин, подлежащих разборке, для обнаружения и идентификации делящихся материалов (ДМ) (урана, плутония, калифорния и изделий из них) и материалов, относящихся к классу радиоактивных веществ (РВ) - гамма-источников.

Известные детекторы ядерных излучений содержат, как правило, датчик и блок электронной обработки сигналов [1-7].

Известны сцинтилляционные детекторы гамма-излучения, включающие датчик (блок детектирования) и блок электронной обработки сигналов [1, 2], в которых датчик содержит сцинтилляционный неорганический кристалл и фотодетектор (фотоэлектронный умножитель или фотодиод). Сцинтилляционный кристалл (один из щелочно-галоидных кристаллов или один из кристаллов на оксидной основе) имеет обычно цилиндрическую форму диаметром от 10 до 150 мм и высотой от 10 до 150 мм, или он имеет кубическую форму 10•10•10 мм³ при фотодиодной регистрации. Однако детекторы с таким датчиком непригодны для регистрации нейтронного излучения, поскольку датчик не содержит элементы, чувствительные к нейтронам.

Известен cцинтилляционный детектор бета-, гамма- и нейтронного излучения по патенту [3] , содержащий датчик - сцинтилляционный кристалл, например Lu₂SiO₅-Ce или стильбен, сместитель спектра (в виде тонкой сцинтиллирующей пленки или кристалла) и кремниевый PIN-фотодиод, а также блок электронной обработки сигналов. Однако такой детектор на предназначен для одновременной эффективной регистрации нейтронного и гамма-излучения. Если в качестве сцинтилляционного в датчике используется кристалл Lu₂SiO₅-Ce, то последний будет регистрировать только гамма-кванты и не будет регистрировать нейтроны. Если в качестве сцинтилляционного кристалла датчик содержит стильбен, то последний будет регистрировать в основном нейтроны. Поскольку в детекторах с диодной регистрацией из-за малых размеров диодов стандартный размер сцинтилляционных кристаллов невелик (обычно кубик 10•10•10 мм³), то и эффективность регистрации нейтронов и тем более гамма-квантов будет при дистанционных измерениях мала, не выше 1%. Кроме того, детектор по патенту [3] непригоден для регистрации медленных и тепловых нейтронов, он способен регистрировать только быстрые нейтроны по протонам отдачи.

Известен детектор нейтронов сцинтилляционного типа с датчиком на базе кристаллов ⁶LiI-Eu, содержащий изотоп ⁶Li [1]. Однако такой детектор является гигроскопичным и имеет весьма большую длительность сцинтилляций (1400 нс), что не позволяет обеспечить высокую загрузочную способность детектора, а главное такой детектор регистрирует только тепловые нейтроны, но не регистрирует быстрые нейтроны, он обладает низкой чувствительностью (эффективностью) при регистрации нейтронов на гамма фоне, поскольку, наряду с тепловыми нейтронами, детектор одновременно регистрирует и гамма кванты, сигналы от которых трудно разделимы, поскольку имеют одинаковые спектральные и временные параметры. Кроме того, известный детектор [1] не пригоден для спектрометрии гамма-излучения.

Известный селективный детектор нейтронов по патенту [4] содержит два датчика, один из которых чувствителен к заряженным частицам и нейтронам, в то время как другой чувствителен только к заряженным частицам; число регистрируемых нейтронов определяется разностным сигналом с этих датчиков, выделяемым с помощью разностной схемы электронного блока. Однако возможность применения такого детектора для регистрации и спектрометрии гамма-излучения в патенте [4] не оговорена.

Известный детектор нескольких излучений [5] имеет датчик, включающий два сцинтилляционных кристалла с зеленым и красным свечением, один из которых чувствителен к высокоэнергетическому излучению, а другой - к низкоэнергетическому, и два фотодиода, выделяющих сигналы с помощью светофильтров (зеленого и красного) и регистрирующий их с помощью блока электронной обработки сигналов. Такой детектор имеет ограниченные области применения, по данным [5] он пригоден для регистрации рентгеновского излучения с двумя различными энергиями, однако он непригоден для регистрации нейтронов и одновременно для спектрометрии гамма-излучения.

Известен всеволновой детектор нейтронов [6], датчик которого состоит из ³Не счетчиков, чувствительных к тепловым нейтронам. Его чувствительность к быстрым нейтронам невысока: не более 10%, он их регистрирует после замедления. Такой детектор непригоден для одновременной регистрации нейтронов и гамма-излучения, непригоден для спектрометрии гамма-излучения.

Известен детектор [7], датчик которого представляет собой пластмассовый сцинтилляционный детектор СПС-Т4А, предназначенный для регистрации гамма-излучения и быстрых нейтронов. Детектор имеет следующие характеристики: длительность сцинтиимпульса, создаваемого нейтроном или гамма-квантом - 8,5 нс; световой выход УЕСВ (по ГОСТ 23077-78) при возбуждении электронами с энергией 662 кэВ - 0,29; максимум спектра люминесценции 490 нм, диаметр и высота до 50 мм. Однако такой детектор непригоден для спектрометрии гамма-излучения и непригоден для регистрации тепловых нейтронов.

Известен детектор надтепловых нейтронов [8], который содержит датчик тепловых нейтронов, защиту от тепловых нейтронов, окружающую этот датчик; замедлитель надтепловых нейтронов, которые проникают через защиту, с тем чтобы уже замедленные нейтроны легче поглощались счетчиком. Толщина замедлителя и отношение диаметра счетчика к внешнему диаметру замедлителя таковы, что максимальную скорость счета можно получить в случае, когда счетчик полностью заполняет внутренний диаметр защиты от тепловых нейтронов. Однако известный детектор [8] не позволяет регистрировать гамма-излучение и, соответственно, не позволяет обеспечить спектрометрию гамма-излучения.

Известен детектор, аналогичный детектору [7], для регистрации ионизирующего излучения по патенту США [9]. Детектор содержит датчик, в частности сцинтилляционный однокристальный датчик, чувствительный одновременно к нейтронам и гамма-лучам, и блок электронной обработки сигналов, включающий в себя электронную схему селекции для разделения сигналов (импульсов), генерируемых нейтронами и гамма-лучами. Однако любой однокристальный датчик не является оптимальным для одновременной регистрации нейтронов и гамма-лучей, поскольку не обладает достаточно высокой чувствительностью, избирательностью и необходимыми функциональными возможностями. Известный детектор [9] непригоден для спектрометрии гамма-излучения.

Известен детектор [10], он содержит датчик и блок электронной обработки сигналов; датчик выполнен в виде последовательно соединенных сцинтилляционного кристалла Bi₄Ge₃O₁₂, чувствительного к протонному, рентгеновскому, а также α-, β-, γ-излучениям, и световода, выполненного из органического сцинтиллирующего вещества на основе стильбена или пластмассы (СН)_n, чувствительного к быстрым нейтронам, фотоэлектронного умножителя преобразующего световые вспышки (сцинтилляции) в электрические сигналы, а блок электронной обработки сигналов включает в себя схему временной селекции сцинтиимпульсов, поступающих в него от α-, β-, γ-сцинтиллятора Вi₄Ge₃O₁₂ и от световода, сцинтиллирующего под действием быстрых нейтронов. Однако известный детектор [10] , будучи чувствителен к быстрым нейтронам, непригоден для регистрации тепловых нейтронов. Кроме того, устройство [10], в котором используются в качестве α-, β-, γ-сцинтиллятора ортогерманат висмута Вi₄Ge₃O₁₂, не может обеспечить спектрометрический режим с высоким энергетическим разрешением. Энергетическое разрешение этих кристаллов обычно составляет 15 - 20%, тогда как у кристаллов NaI-Tl оно в 2-3 раза лучше и составляет 6 - 8%.

Известны детекторы нейтронов [11], использующие реакцию захвата нейтрона (n, γ), сопровождающуюся излучением 3 или 4 γ-квантов с общей энергией приблизительно 4-8 МэВ. В частности, известен (n,γ)-детектор на основе жидкого сцинтиллятора, в который помещены пластинки поглощающего вещества, такого как кадмий [11] . Кадмий поглощает медленные нейтроны и испускает γ-кванты (реакция (n,γ)), которые вызывают световые вспышки в жидком сцинтилляторе. Известен также (n, γ)-детектор со сцинтиллятором NaI-Tl, окруженным чехлом из серебра (серебро имеет большой резонансный пик для реакции (n,γ)) [11]. Серебро эффективно поглощает нейтроны резонансных энергий вследствие реакции (n,γ) и испускает γ-кванты, которые регистрируются сцинтилляционным кристаллом NaI-Tl. Однако такие детекторы очень дороги из-за высокой стоимости кадмия и серебра, а детектор на базе NaI-Tl с чехлом из серебра не может регистрировать быстрые нейтроны.

Наиболее близким к заявляемому является устройство по патенту [12], которое содержит датчик и блок электронной обработки сигналов. Датчик выполнен в виде трех параллельно-последовательно соединенных сцинтилляторов: внешнего нейтронного сцинтиллятора, выполненного из чувствительного к быстрым нейтронам органического водородосодержащего вещества на основе пластмассы (СН)_n или стильбена (сцинтиллятор с колодцем), и размещенного в нем (в колодце внешнего сцинтиллятора) сцинтилляционного кристалла NaI-Tl в стандартном контейнере, чувствительного к гамма-излучению, и внутреннего сцинтиллятора на основе ⁶Li-силикатного стекла, активированного церием, чувствительного к тепловым нейтронам, и фотоэлектронного умножителя, помещенных в единый корпус, а блок электронной обработки сигналов включает схему внутренней временной селекции сцинтиимпульсов от нейтроночувствительных сцинтилляторов и от гамма-чувствительного сцинтиллятора, а также спектрометрический анализатор для обработки сцинтиимпульсов от сцинтилляционного кристалла NaI-Tl. Внешний нейтронный сцинтиллятор (выполненный из водородосодержащего вещества, избирательно чувствительного к быстрым нейтронам и регистрирующего их по создаваемым ими световым вспышкам) одновременно является замедлителем быстрых нейтронов, причем толщина внешнего сцинтиллятора выбирается такой, чтобы нейтроны замедлялись до тепловых энергий. Тепловые же нейтроны регистрируются внутренним стеклянным сцинтиллятором, содержащим изотоп ⁶Li, за счет ядерной реакции ⁶Li(n, α)³Н: возникающая в результате этой реакции α-частица вызывает внутри сцинтиллятора световые вспышки. Внутренний нейтронный сцинтиллятор изготовлен из материала (стекла), прозрачного для световых вспышек, поступающих на фотоэлектронный умножитель от внешнего нейтронного сцинтиллятора и от размещенного в колодце кристалла NaI-Tl. Для этих вспышек он играет роль световода. Кристалл NaI-Tl ("утробный" сцинтиллятор) служит для регистрации гамма-квантов. Известное устройство работает в полях нейтронного и сопутствующего ему и требующего учета и спектрометрического анализа гамма-излучения. Когда нейтронное и гамма-излучение пройдет через чувствительные элементы (сцинтилляторы) датчика с ФЭУ, на блок электронной обработки информации будут поступать три группы сигналов, различающихся по длительности. Одна группа сигналов, связанная с быстрыми нейтронами, будет иметь малую длительность не выше 3-5 нс, вторая группа сигналов, связанная с регистрацией тепловых нейтронов, будет иметь длительность ~60 нс и, наконец, третья группа сигналов, обусловленная гамма-квантами, имеет длительность ~ 250 нс. Эти группы сигналов разделяются схемой временной селекции. Выделенная группа сигналов с длительностью 250 нс поступает на спектрометрический блок-анализатор, позволяющий определить спектр энергий регистрируемого гамма-излучения. Слабые дополнительные сигналы от гамма квантов, возникающие в водородосодержащем сцинтилляторе с длительностью 3 нс, легко дискриминируются. Таким образом, известное устройство обеспечивает счет нейтронов и спектрометрический анализ гамма-квантов.

Однако известное устройство по патенту [12] имеет недостаточно высокую надежность в эксплуатации в связи со сложностью обеспечения качественных оптических контактов трех параллельно-последовательно соединенных сцинтилляторов и имеет высокую стоимость, определяемую стоимостью компоненты датчика, ответственной за регистрацию тепловых нейтронов, т.е. стоимостью стекла с изотопом ⁶Li (до 50 долларов США за один грамм стекла). Кроме того, для ядер лития сечение взаимодействия σ для нейтронов тепловых энергий и резонансные интегралы взаимодействия I сравнительно невелики (в сравнении с таковыми, например, для ядер ¹⁰В, см. таблицу [13]). Для естественной смеси изотопов лития (содержащей и изотоп ⁶Li) при реакции поглощения ими нейтронов σ=70,5•10^-24 см² (70,5 барн), а I=32•10^-24 см² (32 барн). Непосредственно для изотопа ⁶Li σ=940 барн (реакция (n,α)), a I=425,5 барн. То есть известный детектор [12] не обеспечивает высокой эффективности регистрации тепловых нейтронов.

Предлагаемое устройство обеспечивает более высокую эффективность регистрации как быстрых, так и тепловых нейтронов в счетном режиме, а также регистрацию гамма-излучения в спектрометрическом режиме с высоким энергетическим разрешением. Блок-схема заявляемого устройства приведена на чертеже. Заявляемое устройство содержит датчик и блок электронной обработки сигналов. Датчик выполнен в виде двух параллельно соединенных сцинтилляторов: внешнего нейтронного сцинтиллятора 1 из чувствительного к быстрым нейтронам органического водородосодержащего вещества на основе пластмассы (СН)_n или стильбена (сцинтиллятор с колодцем) с чехлом из борсодержащего (нитрида или карбида бора) материала 2, размещенного в нем (в колодце внутреннего сцинтиллятора) чувствительного к гамма-излучению сцинтилляционного кристалла NaI-Tl 3 в стандартном контейнере, и в чувствительном к тепловым нейтронам чехле 4 из нитрида или карбида бора (естественная смесь изотопов бора или изотоп ¹⁰ ₅В) и фотоэлектронного умножителя 5, помещенных в единый корпус 6, блок электронной обработки сигналов 7 включает схему временной селекции сцинтиимпульсов от органического внешнего сцинтиллятора 1 и внутреннего неорганического сцинтиллятора 3, а также спектрометрический анализатор для обработки сцинтиимпульсов от гамма-сцинтилляционного кристалла NaI-Tl.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство, наряду с регистрацией быстрых нейтронов (органическим сцинтиллятором 1), обеспечивает и эффективную регистрацию медленных нейтронов по реакции (n,α,γ) с помощью чехлов из борсодержащего материала. Первичные тепловые нейтроны от обнаруживаемого источника ДМ регистрируются по реакции (n,α,γ) с помощью чехла 2 из борсодержащего материала. Быстрые нейтроны регистрируются внешним нейтронным сцинтиллятором, выполненным из водородосодержащего вещества, избирательно чувствительного к быстрым нейтронам и регистрирующего их по создаваемым протонами отдачи световым вспышкам. Не все быстрые нейтроны (обычно не более 10%) регистрируются водородосодержащим сцинтиллятором. Чтобы они не "вышли из игры", водородосодержащее вещество используют в качестве замедлителя быстрых нейтронов. Причем размеры внешнего сцинтиллятора 1 выбираются такими, чтобы нейтроны замедлялись им до тепловых энергий. Далее тепловые нейтроны поглощаются ядрами бора, входящими в состав чехла 4, содержащего бор в виде естественной смеси изотопов или в виде изотопа ¹⁰В, и вступают в реакцию (n,α,γ): возникающие в результате этой реакции γ-кванты попадают в чувствительный к гамма-излучению сцинтиллятор NaI-Tl и вызывают внутри сцинтиллятора световые вспышки. Существенная новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что внутренний "утробный" сцинтиллятор NaI-Tl несет информацию как о гамма-составляющей, так и нейтронной компоненте излучения от источника ДМ. Кристалл-сцинтиллятор регистрирует несколько типов γ-квантов: регистрирует внешние γ-кванты, соответствующие измеряемому γ-полю, и внутренние γ-кванты, рожденные тепловыми нейтронами ((n, α,γ)-реакция) во внутреннем чехле из борсодержащего материала. Тепловые нейтроны первичного излучения регистрируются после их поглощения во внешнем чехле из борсодержащего материала по реакции (n,α,γ) с последующей регистрацией рождаемого в этой реакции γ-кванта как внешним сцинтиллятором из пластмассы или стильбена, так и внутренним NaI-Tl-сцинтиллятором.

Устройство работает в полях нейтронного (быстрые и тепловые нейтроны) и сопутствующего ему и требующего учета и спектрометрического анализа гамма-излучения следующим образом. Под действием быстрых нейтронов, попадающих в объем внешнего сцинтиллятора (из стильбена или прозрачной пластмассы (СН)_n), в нем возникают световые вспышки с длиной волны излучения 400-420 нм с длительностью до 2-3 нс. Эти световые вспышки, создаваемые быстрыми нейтронами, поступают через оптический контакт на фотокатод ФЭУ, создавая на его выходе электрические импульсы длительностью 2-3 нс. Быстрые нейтроны, проходя через внешний нейтронный сцинтиллятор, вследствие столкновения с ядрами водорода и последующей ионизации среды несут радиационные потери частично в виде световых вспышек (благодаря чему они и регистрируются). Однако они теряют свою энергию в основном не за счет этих световых вспышек, а за счет столкновений с ядрами водорода, входящего в состав сцинтилляционного материала, при этом они замедляются, но не выбывают "из игры", а регистрируются как тепловые нейтроны по реакции (n,α,γ). Толщина внешнего сцинтиллятора, играющего одновременно роль замедлителя быстрых нейтронов, выбирается такой, чтобы быстрые нейтроны перед попаданием в чехол (из борсодержащего материала), окружающий внутренний кристалл NaI-Tl, были замедлены до тепловых энергий. Тепловые нейтроны поступают в чехол 4, имеющий в своем составе ядра бора в виде естественной смеси изотопов (всегда содержащей значительный процент изотопа ¹⁰В) или в виде изотопа ¹⁰В. Ядра ¹⁰В обеспечивают (см. таблицу) высокую эффективность захвата тепловых нейтронов с сечением взаимодействия σ= 767 барн для естественной смеси изотопов (что в 10 раз выше, чем в известном детекторе [11], где тепловые нейтроны регистрировались за счет реакции (n,α) ядрами ⁶Li). Реакция (n, α,γ) на ядрах ¹⁰В идет в две стадии. На первой стадии (1) вследствие реакции (n,α) образуются ядра ⁷Li и α-частица, причем часть ядер ⁷Li образуется в возбужденном состоянии [14]. α-Частица поглощается в чехле без регистрационных последствий (чехол непрозрачен и сцинтилляций под действием α-частицы в нем не происходит). Вторая стадия (2) реакции (n,α,γ) состоит в том, что возбужденное ядро ⁷Li переходит в основное состояние с испусканием γ-кванта с энергией ~0,48 МэВ [14]. Этот γ-квант попадает в сцинтиллятор NaI-Tl и регистрируется в нем благодаря производимым им световым вспышкам (сцинтилляциям). В формульном представлении реакция (n, α,γ) имеет вид а затем через ~10^-13 с (2) ⁷₃Li^*_{(возб.сост.)} _→ ⁷₃Li_{(осн.сост.)} с испусканием γ-кванта с энергией 0,48 МэВ.

γ-Кванты имеют 4π-распределение (т. е. испускаются сферически симметрично). Такие гамма-кванты поступают не только в кристалл NaI-Tl, но и во внешний органический сцинтиллятор. Однако эффективность их регистрации внешним органическим сцинтиллятором из-за его малого атомного номера намного меньше, чем таковая для NaI-Tl сцинтиллятора, и они легко дискриминируются при анализе.

Тепловые нейтроны, присутствующие в первичном потоке нейтронов от делящихся материалов, поступая в детектор, непосредственно взаимодействуют с борсодержащим материалом внешнего чехла 2 (взаимодействуют в конечном итоге с ядрами ¹⁰В). Происходит описанная выше реакция (n,α,γ) с выходом γ-квантов с энергией 0,48 МэВ. Эти γ-кванты регистрируются в основном внутренним "утробным" неорганическим сцинтиллятором и частично (с меньшей вероятностью) внешним органическим сцинтиллятором, создавая в них световые вспышки, которые с помощью ФЭУ преобразуются в электрические импульсы и анализируются с помощью спектрометрической схемы блока электронной обработки сигналов, позволяющего подчитать плотность потока тепловых нейтронов в первичном нейтронном пучке, создаваемом делящимися материалами, подлежащими обнаружению.

Первичные γ-кванты (жесткой части спектра 0,5-3 МэВ), испускаемые источником излучения (ДМ или РВ), подлежащим обнаружению и идентификации, легко проникают через тонкие стенки корпуса детектора, через внешний чехол и через сам водородосодержащий материал внешнего сцинтиллятора и регистрируются в основном с помощью входящего в состав датчика тяжелого кристалла NaI-Tl, размещенного в колодце ("утробе") внешнего сцинтиллятора. Гамма-кванты вызывают в кристалле NaI-Tl световые вспышки с длинной волны 410 нм и длительностью τ=250 нс. Эти световые вспышки через оптический контакт поступают на фотокатод ФЭУ, создавая на его выходе электрические импульсы, длительностью 250 нс. Первичные γ-кванты, особенно γ-кванты мягкой области спектра 0,4-0,5 МэВ, частично регистрируются и внешним органическим сцинтиллятором. Однако электрические импульсы, создаваемые последним, при длительности 3-5 нс имеют в несколько раз меньшую амплитуду (их число невелико) в отличие от таковых, создаваемых кристаллом NaI-Tl.

Таким образом, когда нейтронное и гамма-излучение провзаимодействует с чувствительными элементами датчика, на блок электронной обработки сигналов с ФЭУ поступает несколько основных групп сигналов, различных по длительности и амплитуде. Одна группа сигналов, создаваемая быстрыми нейтронами, имеет малую длительность, не выше 3-5 нс, и достаточно высокую амплитуду, это сигналы от органического сцинтиллятора. Эффективность регистрации быстрых нейтронов пластиком или кристаллом стильбена зависит от их размеров (чем больше размеры, тем выше эффективность, - до определенных пределов) и колеблется в пределах 5-20% и выше. То есть значительная доля быстрых нейтронов не регистрируется органическим сцинтиллятором. Однако незарегистрированные быстрые нейтроны не "выбывают из игры", они замедляются водородосодержащим веществом, подготавливаются для дальнейшей регистрации по реакции (n,α,γ) на ядрах бора. Гамма-кванты при этом регистрируются в основном кристаллом NaI-Tl, что образует вторую группу сигналов длительностью 250 нс, легко выделяемую спектрометрическим трактом в "окне энергий", соответствующем энергии 0,48 МэВ. Такая обработка анализируемого гамма-нейтронного поля повышает эффективность регистрации нейтронов до 30% и выше (при достаточно больших размерах пластикового детектора). В эту же группу сигналов, но меньшей амплитуды в слегка смещенном "окне" 0,48 МэВ, попадают и сигналы, создаваемые первичными тепловыми нейтронами от источника, после их взаимодействия с ядрами бора в чехле 2, окружающем органический сцинтиллятор.

Третья группа сигналов длительностью 250 нс создается неорганическим сцинтиллятором NaI-Tl, регистрирующим первичное гамма-излучение от источников (ДМ или РВ). Эта группа сигналов отличается широким спектром амплитуд. Спектрометрический режим блока электронной обработки сигналов позволяет провести анализ амплитуд импульсов и идентифицировать источники γ-излучения.

Четвертая группа сигналов длительностью 3-5 нс соответствует как первичным, так и вторичным (вследствие реакции (n,α,γ)) гамма-квантам, вызвавшим световые вспышки в органическом сцинтилляторе. При необходимости эта группа сигналов легко дискриминируется.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает счет нейтронов широкого спектра энергий как быстрых, так и тепловых с повышенной эффективностью, обеспечивает регистрацию и спектрометрический анализ гамма-квантов.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является дешевизна чувствительного к тепловым нейтронам материалам - бора: бор в сотни раз дешевле серебра, кадмия или изотопа лития-7, применяемых ранее в детекторах нейтронов [11].

ЛИТЕРАТУРА 1. Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. Изд. МГУ, Москва, 1963.

2. Прибор для измерения нейтронов и гамма-лучей. Патент США 4483808, G 01 T 3/06, 1984.

3. Патент РФ 2142147, G 01 T 1/20 от 24.09.1997.

4. Селективный детектор нейтронов. Патент США 3688118, G 01 T 1/00, 1/20, 1972.

5. Детектор нескольких излучений. Заявка ЕВП (ЕР) 0311503, G 01 T 1/00, 1/20, 1989.

6. Иванов В.И. Курс дозиметрии. - М.: Энергоатомиздат, 1988, 399 с.

7. Пластмассовый сцинтилляционный детектор СПС-Т4А Сухуми. Рекламный листок Сухумского физико-технического института, 1990 (копия прилагается).

8. Детектор надтепловых нейтронов. Патент США 4241253, G 01 T 3/00, 1980.

9. Прибор для измерения нейтронов и гамма-лучей. Патент США 4482808, G 01 T 3/06, 1984.

10. Детектор для регистрации ионизирующих излучений. Патент РФ 2088952, опубл. от 27.08.97, Бюл. 24.

11. Прайс В. Регистрация ядерного излучения. ИИЛ. М., 1960, 464 с.

12. Патент РФ 2143711, G 01 T 1/20, 3/00 от 27.12.1999.

13. Машкович В.П., Кудрявцева Л.В. Защита от ионизирующих излучений. -М. : Энергоатомиздат, 1995. 494 с.

14. Knoll G.F. Radiation Detection and Measurement. John Wiley and Sons. - N-Y. p.483.

Формула изобретения

1. Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения, содержащий датчик, включающий размещенные в едином корпусе внешний нейтронный сцинтиллятор, выполненный из чувствительного к быстрым нейтронам водородосодержащего вещества на основе пластмассы (СН)_n или стильбена, внутренний чувствительный к гамма-излучению сцинтиллятор NaI-Tl, размещенный в колодце внешнего сцинтиллятора, фотоэлектронный умножитель, и блок электронной обработки сигналов, включающий схему временной селекции и спектрометрический анализатор сцинтиимпульсов, отличающийся тем, что датчик дополнительно содержит два чехла из борсодержащего материала, обеспечивающих реакцию (n, α, γ), причем первый чехол охватывает внешний органический сцинтиллятор, а второй чехол охватывает контейнер внутреннего сцинтиллятора NaI-Tl и расположен в колодце внешнего сцинтиллятора.

2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве борсодержащего материала для чехлов используют нитрид или карбид бора, при этом толщину чехлов из борсодержащего материала выбирают достаточной для полного поглощения тепловых нейтронов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2