Детектор быстрых нейтронов

Авторы патента:

Диденко Сергей Иванович (RU)

Чубенко Александр Поликарпович (RU)

Черных Сергей Владимирович (RU)

Бритвич Геннадий Иванович (RU)

Свешников Юрий Николаевич (RU)

Кольцов Геннадий Иосифович (RU)

Черных Алексей Владимирович (RU)

Барышников Федор Михайлович (RU)

Мурашев Виктор Николаевич (RU)

G01T3/00 - Измерение нейтронного излучения (G01T 5/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2532647:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам излучений. Детектор быстрых нейтронов содержит конвертор быстрых нейтронов и поверхностно-барьерный GaAs сенсор, регистрирующий протоны отдачи, при этом сенсор выполнен на подложке арсенида галлия n-типа проводимости, на рабочей поверхности которого выращен эпитаксиальный слой GaAs высокой чистоты толщиной от 10 до 80 мкм, причем и где d - толщина эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты, ε_п - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε₀ - электрическая постоянная, φ_к - контактная разность потенциалов, q - заряд электрона, N_D - уровень легирования полупроводника, µ_е - подвижность электронов, τ_е - время жизни электронов, со сформированным на нем платиновым барьером Шоттки толщиной 500 Å, на обратной стороне подложки сформирован омический контакт. Технический результат - повышение эффективности сбора заряда детектора, снижение чувствительности к гамма-фону. 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам излучений. Область применения - индивидуальный дозиметр быстрых нейтронов для проведения дозиметрического контроля персонала за защитой ядерно-физических установок (ЯФУ), таких как реакторы, ускорители, генераторы нейтронов для медицинских целей и др.

Известен способ регистрации нейтронов, который основан на счете мгновенных гамма-квантов захвата, образующихся при взаимодействии нейтронов с ядрами ¹¹³Cd [Патент РФ 2091814, 1997]. Согласно изобретению, для создания гамма-квантов захвата и их регистрации используют кристалл полупроводникового соединения кадмия, например селенид или теллурид кадмия, к которому приложено напряжение смещения, приводящее к возникновению импульса тока при поглощении в объеме детектора мгновенных гамма-квантов захвата, возникающих при взаимодействии нейтронов с ядрами кадмия. По количеству импульсов судят о величине потока нейтронов. Недостатком данного метода является невозможность регистрации быстрых нейтронов, а также необходимость подачи высокого напряжения смещения (при толщине кристалла в 1 мм это примерно 400-1000 В), что нежелательно в случае персональной дозиметрии. Также недостатком данного метода является высокая чувствительность соединений селенидов и теллуридов кадмия к гамма-излучению, что приводит к необходимости применения энергетической дискриминации на уровне 1-1.5 МэВ для защиты от гамма-фона, и невозможности отличить приходящие извне гамма-кванты с энергиями, близкими к энергиям мгновенных гамма-квантов захвата.

Известен сцинтилляционный детектор для регистрации ионизирующего излучения [Патент РФ №2088952, 1997], способный регистрировать быстрые нейтроны на фоне гамма-излучения. Известный детектор содержит блок датчиков и блок электронной обработки сигналов. Блок датчиков детектора выполнен в виде последовательно соединенных сцинтилляционного кристалла Bi₄Ge₃O₁₂, регистрирующего гамма-излучение, и световода, выполненного из стильбена или пластмассы (СН)_n, чувствительного к быстрым нейтронам, и фотоэлектронного умножителя, преобразующего сцинтилляции в электрические сигналы. Блок электронной обработки сигналов включает в себя схему временной селекции электрических импульсов различной длительности, поступающих в него от фотоэлектронного умножителя. Выходной сигнал фотоэлектронного умножителя соответственно имеет две компоненты: медленную (300 нс) от гамма-сцинтиллятора Bi₄Ge₃O₁₂ и быструю (5-7 нс) от сцинтиллирующего под действием быстрых нейтронов световода, что позволяет раздельно подсчитывать число импульсов от гамма-излучения и быстрых нейтронов. Недостаток данного устройства заключается в больших габаритах и необходимости использования высоковольтного питания от 0.5 до 2 кВ из-за использования фотоэлектронного умножителя в качестве фотоприемника.

Известен детектор нейтронов, содержащий кремниевый поверхностно-барьерный сенсор и использующий полиэтилен в качестве конвертора для регистрации быстрых нейтронов [Т.М. Filho, M.M. Hamada, F. Shiraishi, and C.H. Mesquita, «Development of neutron detector using the surface barrier sensor with polyethylene (n, p) and ¹⁰B (n, α) converters», Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, vol. A-485, pp.441-447, 2001]. Детектор работает по принципу регистрации протонов отдачи, используя в качестве конвертора полиэтилен и регистрируя кремниевым поверхностно-барьерным сенсором непосредственно выбитые протоны. Кремниевый сенсор изготовлен на основе подложек высокоомного кремния толщиной 1 мм с удельным сопротивлением 50 кОм·см и имеет площадь чувствительной области 3.14 см² и толщину обедненного слоя 420 мкм при обратном внешнем смещении -40 В. Недостатком данного детектора является более низкая (на один-два порядка) радиационная стойкость по сравнению с материалами с большей шириной запрещенной зоны, а также значительное ухудшение характеристик кремниевых приборов при температурах выше комнатной.

Известен детектор нейтронов, содержащий сенсор на основе кремниевого p-i-n фотодиода фирмы HAMAMATSU и полиэтиленового конвертора, работающий по принципу регистрации протонов отдачи [C.H. Mesquita, Т.М. Filho, and M.M. Hamada, «Development of Neutron Detector Using the PIN Photodiode With Polyethylene (n, p) Converter», IEEE Transactions On Nuclear Science, vol.50, NO.4, pp.1170-1174, 2003]. Недостатком данного детектора является более низкая (на один-два порядка) радиационная стойкость по сравнению с материалами с большей шириной запрещенной зоны, а также значительное ухудшение характеристик кремниевых приборов при температурах выше комнатной.

Известен датчик нейтронов с ¹⁰В-конвертером, использующий в качестве сенсора детектор на основе эпитаксиального GaAs, работающий при нулевом смещении [D.S. McGregor et.al., «Self-Biased Boron-10 Coated High-Purity Epitaxial GaAs Thermal Neutron Detectors», IEEE Transactions On Nuclear Science, vol.47, NO.4, pp.1364-1370, 2000]. Детектор нейтронов включает в себя подложку GaAs n-типа, содержащую на одной поверхности слои металлизации омического контакта, который в свою очередь заземлен. На другой стороне GaAs подложки методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений сформирован слой GaAs n-типа с концентрацией носителей 3·10¹⁴ см^-3 и толщиной 1-5 мкм, представляющий собой активную область. Выпрямляющий контакт к GaAs n-типа сформирован с помощью p⁺-слоя толщиной 0.2 мкм или 200 барьера Шоттки. Встроенный потенциал на границе раздела выпрямляющий контакт/n-тип GaAs обедняет активную область детектора, и поддерживает достаточное встроенное поле для работы прибора. Источник внешнего смещения также может использоваться для питания детектора нейтронов, сигнал с которого поступает на предусилитель. На выпрямляющий контакт сенсора из GaAs осажден тонкий слой конвертера ¹⁰В. Тепловой нейтрон посредством взаимодействия с пленкой ¹⁰В производит альфа частицу и ион ⁷Li, вылетающие в противоположных направлениях. Только одна частица из этого взаимодействия может войти в активную область GaAs сенсора. Недостатком такого детектора является то, что он не способен регистрировать быстрые нейтроны. Малая толщина активной области GaAs сенсора (не более 5 мкм) даже при использовании водородосодержащего конвертера не позволяет регистрировать быстрые нейтроны по методу протонов отдачи.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является детектор нейтронов с покрытием [Патент США №6,479,826 B1, 2002]. Устройство для детектирования нейтронов содержит полуизолирующую подложку объемного GaAs, имеющую противоположные полированные поверхности. На первой поверхности полупроводниковой подложки сформирован барьер Шоттки, который может быть выполнен из серии металлов, таких как Ti, Pt, Au, Ge, Pd и Ni, в то время как контакт с низким сопротивлением (омический), состоящий из металлов, как, например, Au, Ge и Ni, сформирован на второй, противоположной полированной поверхности подложки.

Реагирующая с нейтронами пленка, или покрытие, нанесена на барьер Шоттки, для детектирования быстрых или тепловых нейтронов. Покрытие может состоять из полимера с большим содержанием водорода, как например полиолефин или парафин; может быть использован литий или фторид лития; или делящийся тяжелый металлический материал. Посредством варьирования толщины покрытия и выбора соответствующих режимов работы нейтроны определенных энергий могут быть детектированы. Детектор нейтронов с покрытием способен производить нейтронную радиографию в режиме реального времени в гамма-полях высокой интенсивности, цифровую радиографию быстрых нейтронов, идентификацию делящихся материалов, и стандартное детектирование нейтронов в частности в гамма-полях высокой интенсивности.

Для достижения заявляемых результатов авторы патента, используют свойства объемного полуизолирующего GaAs материала (SI GaAs) - наличие глубокого центра EL2 в концентрации на уровне 10¹⁵-10¹⁶ см^-3. Данный факт обуславливает неравномерное распределение электрического поля в обратно смещенных диодах из SI GaAs, которое разделено на область высокого поля (приблизительно (1-2)·10⁴ В·см^-1) и низкого (ниже 2·10³ В·см^-1). Существующее изобретение основано на том факте, что только небольшая область около выпрямляющего контакта является фактически активной при низких обратных смещениях, с приложением смещения эта область увеличивается линейно с приложенным напряжением в среднем как 1 мкм/В. Это дает некоторые преимущества. Во-первых, рабочее смещение выбирается исходя из требования соразмерности активной области и максимального пробега измеряемых заряженных частиц. Вообще, требуемая ширина активной области - только несколько десятков микрометров. Во-вторых, область низкого электрического поля является бездействующей, следовательно, взаимодействие фоновых гамма-квантов в неактивной области не регистрируется. Другими словами, приборы могут сами «различить» гамма-излучение и более энергетические заряженные частицы и ионы. В-третьих, емкость прибора определяет толщина подложки, а не толщина области пространственного заряда, следовательно, фактический приборный электронный шум может быть сохранен низким посредством минимизации толщины активной области. Однако используемый принцип как раз и определяет основные недостатки изобретения. Высокая концентрация EL2 центров, ответственных за захват электронов, в таком материале приводит к значительному снижению эффективности сбора заряда в рабочей области детектора.

Техническим результатом настоящего изобретения является возможность регистрации быстрых нейтронов детектором без использования внешнего источника питания, повышение эффективности сбора заряда детектора, снижение чувствительности к гамма-фону.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый детектор быстрых нейтронов благодаря использованию тонкого эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты регистрирует быстрые нейтроны по методу протонов отдачи и не чувствителен к гамма-фону, а также за счет изготовленного на нем платинового барьера Шоттки способен работать в фотовольтаическом режиме с высокой эффективностью сбора заряда (не менее 50%) и со 100% эффективностью при использовании внешнего смещения. В зависимости от энергии регистрируемых нейтронов эпитаксиальный слой может быть выбран толщиной от 10 до 80 мкм при соответствующих уровнях легирования от 5·10¹² до 1·10¹¹ см^-3. При необходимости на детектор может подаваться внешнее смещение от 5 до 40 В для заявленного диапазона толщин эпитаксиального слоя высокой чистоты.

Изобретение поясняется приведенными ниже чертежами:

На фиг.1 показана принципиальная конструкция детектора быстрых нейтронов 1, который содержит водородосодержащий конвертор 2 и поверхностно-барьерный GaAs сенсор 3, выполненный на подложке арсенида галлия n-типа проводимости 4, на рабочей поверхности которой выращен эпитаксиальный слой GaAs высокой чистоты 5 со сформированным на нем платиновым барьером Шоттки 6, омический контакт 7 сформирован на обратной стороне подложки арсенида галлия n-типа проводимости 4.

Детектор быстрых нейтронов 1 содержит водородосодержащий конвертор 2 и поверхностно-барьерный GaAs сенсор 3, выполненный на подложке арсенида галлия n-типа проводимости 4, на рабочей поверхности которой выращен эпитаксиальный слой GaAs высокой чистоты 5 со сформированным на нем платиновым барьером Шоттки 6, омический контакт 7, сформирован на обратной стороне подложки арсенида галлия n-типа проводимости 4.

Принцип работы детектора описан далее. Быстрые нейтроны с энергией Е_п, благодаря высокому значению сечения упругого рассеяния на атомах водорода, выбивают из водородосодержащего конвертера 2 (например, полиэтилен) протоны. Выбитые протоны в свою очередь регистрируются поверхностно-барьерным GaAs сенсором 3. Энергии протонов отдачи соответственно находятся в диапазоне от 0 до Е_п, что определяется углом между направлениями движения нейтрона до рассеяния и протона отдачи φ и глубиной «рождения» протона отдачи в материале водородосодержащего конвертера 2, а также его толщиной.

Принцип регистрации протонов поверхностно-барьерным сенсором 3 состоит в следующем. При формировании барьера Шоттки, за счет разности работ выхода электронов из металла и полупроводника, на контакте образуется так называемая область пространственного заряда ОПЗ, которая обуславливает встроенное электрическое поле в эпитаксиальном слое GaAs высокой чистоты 5 - чувствительной области поверхностно-барьерного сенсора. С ростом обратного смещения величина электрического поля в ОПЗ увеличивается. Налетающий протон наводит ионизацию в чувствительной области GaAs сенсора. Осажденная энергия в слое зависит от начальной энергии протона и угла, под которым протон попадает в чувствительную область поверхностно-барьерного сенсора (соотношения пробегов протонов соответствующих энергий в GaAs и толщины эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты 5 в направлении пробега). Образующиеся при этом электронно-дырочные пары разделяются электрическим полем и собираются на электродах. Дрейф носителей заряда к соответствующим электродам создает на выходе с детектора импульсы тока, которые считываются внешней электроникой. Количество импульсов соответствует количеству попавших в детектор частиц.

Параметры эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты 5 концентрация примеси N_D и толщина d выбираются таким образом, что при отсутствии внешнего смещения ОПЗ занимает весь слой, а встроенного электрического поля достаточно для сбора неравновесных электронов исходя из соотношений

где ε_п - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε₀ - электрическая постоянная, φ_к - контактная разность потенциалов, q - заряд электрона, µ_е - подвижность электронов, τ_е - время жизни неравновесных электронов. Исходя из соотношений (1, 2) для различных энергий протонов толщина эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты 5 может быть выбрана от 10 до 80 мкм для соответствующих концентраций примеси N_D от 5·10¹² до 10¹¹ см^-3. Для выбранных толщин от 10 до 80 мкм в фотовольтаическом режиме эффективность сбора заряда будет находиться от 100 до 50% соответственно. Для обратных смещений 5 и 40 В, соответственно для толщин от 10 до 80 мкм эффективность сбора заряда будет равна 100%. В качестве одного из решений настоящего изобретения предлагается к эпитаксиальным слоям высокой чистоты формировать 500 Å платиновый барьер Шоттки 6, использование которого позволяет снизить влияние поверхностного окисла и состояний на границе раздела полупроводник-металл на характеристики выпрямляющего контакта. Это решает проблему формирования равномерного барьера Шоттки большой площади на GaAs (до 1 см²), а также дает возможность увеличить эффективность сбора сенсора в фотовольтаическом режиме по сравнению с использованием стандартных барьеров Шоттки к GaAs (приблизительно на 10-20%).

Причем выбор толщин эпитаксиальных слоев GaAs высокой чистоты 5 от 10 до 80 мкм одновременно позволяет получить GaAs сенсор, нечувствительный к фоновому гамма-излучению. Так, например, минимальная осажденная протоном энергия для углов вылета протонов из конвертера менее 60° составляет 250 кэВ, а максимальная 2.3 МэВ (при использовании 2.2 мм полиэтиленового конвертера и энергии налетающих нейтронов 14 МэВ) [Патент США №6,479,826 В1]. Внутренняя эффективность регистрации γ-квантов с такими энергиями детектором с 10 мкм рабочим слоем достаточно низка, соответственно, 0.07 и 0.02% (соответствующие полные массовые коэффициенты ослабления 0.13 и 0.038 см²/г). Сигналы от квантов с энергиями менее 250 кэВ могут быть отсечены использованием дискриминатора. Для сравнения эффективность регистрации нейтронов таким детектором не менее 0.25%.

Далее представлен один из примеров реализации предлагаемого изобретения. Детектор изготавливается с помощью стандартных технологических операций микроэлектроники на основе 40 мкм эпитаксиальных слоев с концентрацией носителей на уровне 3·10¹¹ см^-3, выращенных методом хлоридной эпитаксии выращенных на n⁺-GaAs подложках, легированных до концентрации 2·10¹⁸ см^-3.

Далее представлены основные технологические операции изготовления детектора:

а) Формирование катодным распылением к эпитаксиальному слою GaAs высокой чистоты 5 платинового барьера Шоттки 6 толщиной не более 500 Å. Предварительно рабочая поверхность обрабатывается в 50% водном растворе HCl: Н₂О и смеси NH₄OH: Н₂О₂: H₂O в соотношении 1:1:160.

б) Формирование Ni/AuGe/Au омического контакта 7 к подложке арсенида галлия n-типа проводимости 4.

в) Формирование меза-структуры с помощью реактивного ионно-лучевого травления и вжигание контактов 1.5 мин при температуре 450°С в атмосфере азота или вакууме при остаточном давлении не ниже 2·10^-6 мм рт.ст.

г) Формирование контактных площадок с помощью гальванического осаждения золота и осаждение пассивирующего покрытия, например Si₃N₄.

д) Посадка поверхностно-барьерного GaAs сенсора 3 в корпус и нанесение (СН₂)_n слоя конвертора 2.

Представленная технология позволяет создавать детекторы быстрых нейтронов с площадью активной области 25-100 мм².

Детектор быстрых нейтронов, содержащий конвертор быстрых нейтронов и поверхностно-барьерный GaAs сенсор, регистрирующий протоны отдачи и отличающийся тем, что сенсор выполнен на подложке арсенида галлия n-типа проводимости, на рабочей поверхности которого выращен эпитаксиальный слой GaAs высокой чистоты толщиной от 10 до 80 мкм, причем и где d - толщина эпитаксиального слоя GaAs высокой чистоты, ε_п - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε₀ - электрическая постоянная, φ_к - контактная разность потенциалов, q - заряд электрона, N_D - уровень легирования полупроводника, µ_е - подвижность электронов, τ_е - время жизни электронов со сформированным на нем платиновым барьером Шоттки толщиной 500 Å, на обратной стороне подложки сформирован омический контакт.

Изобретение касается способа определения изотопного отношения делящегося вещества. Способ определения изотопного отношения делящегося вещества, содержащегося в камере деления, причем делящееся вещество имеет основной изотоп X и по меньшей мере один изотоп-примесь Y, при этом изотопы X и Y характеризуются радиоактивным распадом согласно двум следующим уравнениям: X->X′, характеризуется λX, FX, и Y->Y′, характеризуется λY, FY, где X′ и Y′ соответственно являются «дочерними» изотопами изотопов X и Y, при этом распад изотопа X, соответственно Y, характеризуется испусканием гамма-кванта дочерним изотопом X′, соответственно Y′, с энергией E1, соответственно E2, с вероятностью испускания Iγ(E1), соответственно Iγ(Е2), причем величины λX и λY соответственно являются постоянной радиоактивного распада основного изотопа X и постоянной радиоактивного распада изотопа-примеси Y, a FX и FY соответственно являются коэффициентом разветвления распада изотопа, используемым для измерения радиоактивности основного изотопа, и коэффициентом разветвления распада изотопа, используемым для измерения радиоактивности изотопа-примеси, отличающийся тем, что содержит следующие этапы: при помощи спектрометрической установки, установленной в заданной конфигурации измерения, измеряют чистую площадь S(E1) первого пика гамма-излучения делящегося вещества с первой энергией E1 и чистую площадь S(E2) второго пика гамма-излучения делящегося вещества с второй энергией E2, при помощи контрольных точечных источников в заданной конфигурации измерения определяют контрольный коэффициент полного поглощения R O P ( E 1 ) с первой энергией E1 и контрольный коэффициент полного поглощения R 0 P ( E 2 ) со второй энергией E2, при помощи вычислительного устройства для заданной конфигурации измерения вычисляют интегральный переход T(E1) коэффициента для делящегося вещества с первой энергией E1 и интегральный переход T(Е2) коэффициента для делящегося вещества со второй энергией Е2, и при помощи вычислительного устройства вычисляют изотопное отношение R делящегося вещества при помощи уравнения: R = λ X λ Y × S ( E 2 ) S ( E 1 ) × I γ ( E 1 ) I γ ( E 2 ) × R 0 P ( E 1 ) R 0 P ( E 2 ) × T ( E 1 ) T ( E 2 ) × F X F Y . Технический результат - повышение эффективности определения изотопного отношения делящегося вещества.

Способ для определения направленности радиоактивного излучения и устройство для его осуществления // 2526492

Изобретение относится к способам определения направленности радиоактивного излучения. Способ определения направленности радиоактивного излучения включает создание объема метастабильной протянутой текучей среды; размещение объема метастабильной протянутой текучей среды в непосредственной близости от источника радиоактивного излучения; определение положения кавитаций, вызванных радиоактивным излучением, в метастабильной протянутой текучей среде; и определение направления источника радиоактивного излучения на основании кавитаций, вызванных радиоактивным излучением, в метастабильной протянутой текучей среде.

Способ регистрации нейтронного потока ядерной установки в широком диапазоне измерений и устройство для его реализации // 2522708

Изобретение относится к способам детектирования нейтронного потока в зоне облучения. Способ регистрации нейтронного потока ядерной установки в широком диапазоне измерений, заключающийся в том, что детектируют нейтронный поток ядерной установки посредством регистрации токового режима камеры деления с последующим измерением и обработкой тока камеры деления вне зоны облучения, при этом одновременно с токовым режимом используют режим счета единичных нейтронов, при этом в диапазоне линейной зависимости скорости счета от нейтронного потока осуществляют прямые измерения актов регистрации нейтронов, причем сигнал, обусловленный единичными нейтронами без предварительного усиления, передают по кабельной линии для регистрации и обработки вне зоны облучения, после чего зависимости плотности потока нейтронов от времени, измеренные камерой деления в счетном и токовом режимах, объединяются.

Способ определения спектрального и пространственного распределения фотонов тормозного излучения и соответствующее устройство // 2513641

Изобретение касается способа определения спектрального и пространственного распределения потока фотонов тормозного излучения, по меньшей мере, в одном пространственном направлении (х, у, z).

Нейтронный датчик // 2503975

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии нейтронного излучения в присутствии фоновых излучений и электромагнитных наводок, и может быть использовано в системах управления и защиты ядерных реакторов, подкритических сборок, импульсных и других источников нейтронов, в научных исследованиях.

Детектор мононаправленного нейтронного излучения // 2495457

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для определения плотности потока быстрых нейтронов при работе ядерно-физических установок.

Инструмент нейтронного каротажа, имеющий источник и мишень, с добавкой дейтериево-тритиевого газа // 2486546

Изобретение относится к углеводородной промышленности, более конкретно данное изобретение касается инструментов нейтронного каротажа, используемых при исследовании геологической формации.

Способ калибровки эмиссионных детекторов нейтронов // 2485549

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к калибровке эмиссионных детекторов нейтронов для внутризонного контроля распределения энерговыделения в ядерных реакторах.

Устройство и способ измерения скорости счета // 2483328

Изобретение относится к устройству измерения скорости счета камеры деления и устройству калибровки соответствующей камеры деления. .

Нейтронный защитный экран повышенной прочности // 2473100

Способ измерения асимметрии распада поляризованных пучков // 2541437

Изобретение относится к области ядерной физики. Способ измерения асимметрии распада поляризованных пучков включает в себя пропускание поляризованного пучка частиц через контролируемую зону, регистрацию заряженных частиц, испускаемых асимметрично относительно спина распадающихся частиц, контрольные измерения при изменении направления поляризации пучка на 180°, при этом исходный поляризованный пучок частиц пропускают через зону контроля с близким к нулю магнитным полем, поток частиц исходного поляризованного пучка ступенчато варьируют с помощью прецизионной управляемой диафрагмы, на каждой ступени потока проводят многократные измерения скорости счета и энергетического спектра испускаемых в зоне контроля заряженных частиц с помощью охватывающего пучок секционированного по углу детектора; по совокупности скоростей счета и их погрешностей строят функционал ошибок для оценок чисел частиц в зоне видимости детектора путем приближений этих чисел шкалой (последовательностью) с шагом 1/μ, значение μ подбирают до наилучшего совмещения минимумов функционалов ошибки для времен жизни τ+ и τ- двух спиновых мод распада и их среднего арифметического значения, причем обработка проводится независимо для двух наборов данных, отличающихся значениями потока, а решение по μ и τ определяется пересечением функционалов этих наборов вблизи минимумов, близких к 1, причем коэффициент спиновой корреляции (асимметрия распада) определяется по формуле где - есть средняя спиральность частиц, испускаемых при распаде, определяемая из измеренного спектра частиц или из табличных данных. Технический результат - повышение точности измерения асимметрии распада нейтронов. 4 ил.

Способ калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока, предназначенных для измерения расхода теплоносителя первого контура ядерного реактора // 2553722

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии нейтронного излучения, и может быть использовано при калибровке каналов измерения расхода теплоносителя в первом контуре корпусных ядерных реакторов. Способ включает измерение и запись величины плотности нейтронного потока при различных условиях его формирования с помощью ионизационной камеры деления. Согласно изобретению калибровку каналов измерения плотности нейтронного потока производят за пределами реактора, при этом измерение плотности нейтронного потока осуществляют двумя измерительными каналами в два этапа: на первом этапе размещают источник нейтронов напротив датчика первого измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны выхода теплоносителя из реактора, при этом расстояние l1 от источника нейтронов до этого датчика выбирают таким образом, чтобы скорость счета N1 в первом измерительном канале соответствовала плотности нейтронного потока на трубопроводе, и регистрируют эту скорость счета N1, на втором этапе размещают источник нейтронов напротив датчика второго измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны возврата теплоносителя в реактор, и выбирают расстояние l2 между источником нейтронов и вторым датчиком по формуле , где v - скорость потока теплоносителя; L - расстояние между датчиками на трубопроводе; τ - период полураспада изотопа 17N, затем настраивают чувствительность второго измерительного канала таким образом, чтобы его скорость счета N2 была равна после чего устанавливают датчики на трубопровод. Технический результат - повышение точности калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока и сокращение времени на ее проведение.

Устройство для изготовления цилиндрических трубок для газонаполненных дрейфовых детекторов ионизирующего излучения // 2555693

Устройство может быть использовано для изготовления цилиндрических трубок из пластика или металлопластика для газонаполненных дрейфовых детекторов ионизирующего излучения. Рабочий орган для ультразвуковой сварки представляет собой сонотрод со сферической рабочей поверхностью и установлен с возможностью его прижатия во время сварки к наковальне. Подающая бобина снабжена регулируемым натяжителем ленты. Упор для формирования ленты в U-образный профиль имеет регулировочный узел для точного позиционирования продольных кромок заготовки трубки относительно сонотрода и наковальни. Фильера имеет средство для точного позиционирования ее относительно наковальни. Устройство снабжено кареткой для закрепления в ней конца трубки, которая имеет возможность перемещения по направляющей для вытягивания трубки. Каретка снабжена соплом для подачи газа под избыточным давлением в сваренную часть трубки. Полученные трубки имеют минимально возможную толщину, обладают достаточной прочностью для эксплуатации при рабочем давлении газа внутри трубки. Максимально увеличена гладкость внутренней поверхности сварного шва за счет исключения свисания его кромки по всей длине. Изготовленные с помощью устройства трубки обеспечивают малое искажение электрического поля внутри, что положительно влияет на эффективность работы детектора. 5 ил.

Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения // 2561247

Изобретение относится к области измерении плотности потока нейтронов с помощью различных типов детекторов, в частности пропорциональных и коронных счетчиков медленных нейтронов, импульсных камер деления. Способ регистрации нейтронов в присутствии гамма-излучения с тактовой процедурой измерений включает измерение постоянного тока Iγ, возникающего в детекторе нейтронов под действием гамма-излучения, при этом порог рабочей дискриминации UДраб для регистрации скорости счета нейтронов устанавливается по двум значениям скорости счета собственных шумов детектора на нерабочей ветви интегрального спектра импульсов, когда в логарифмическом масштабе прямая, соединяющая эти значения - 1-го (NШ1) - максимально высокого в пределах разрешающей способности усилительного тракта, 2-го (NШ2) - низкого, выбранного с соблюдением условия NШ2≥10·Nn, где Nn - ожидаемая скорость счета нейтронов, экстраполируется на ось дискриминаций, имеющую линейный масштаб, и точка пересечения на оси дискриминаций в области NШ≤(10-1-10-2)·Nn принимается в качестве UДраб, при котором можно пренебречь вкладом шумовых импульсов в измеряемую после установки UДраб скорость счета нейтронов Nn, а в канал измерения тока Iγ дополнительно вводятся автоподстройка значений высокого напряжения детектора Uвыс1 (перед автоподстройкой нуля схемы измерения тока Iγ), Uвыс2 (перед измерением тока Iγ) и реперный сигнал с автоконтролем его воспроизводимости. Технический результат - исключение влияния нестабильности работы канала детектирования нейтронов на результаты текущих измерений с обеспечением максимально возможной эффективности детекторов при любых значениях мощности дозы гамма-излучения. 2 ил., 1 табл.

Алмазный детектор тепловых нейтронов // 2565829

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам для регистрации корпускулярных излучений, в частности к алмазным детекторам тепловых нейтронов. Алмазный детектор тепловых нейтронов состоит из алмазной пластины, двух контактных электродов, конвертора тепловых нейтронов и внешних выводов для подачи напряжения смещения и съема выходного сигнала, при этом один из контактных электродов выполнен в виде набора графитовых столбиков, расположенных в объеме алмазной пластины так, чтобы расстояние от торцов графитовых столбиков до второго контактного электрода не превышало 5-10 мкм, при этом основания графитовых столбиков параллельно подсоединены к выводу для подачи напряжения смещения, а конвертор тепловых нейтронов установлен над поверхностью другого контактного электрода. Технический результат - снижение чувствительности к фоновому гамма-излучению. 1 ил.

Эмиссионный нейтронный детектор // 2586257

Изобретение относится к области ядерной техники. Эмиссионный нейтронный детектор содержит коллектор и эмиттер, отделенные друг от друга изоляционным материалом, при этом эмиттер выполнен из порошка двуокиси гафния, заключенного в металлическую оболочку, при этом оболочка эмиттера выполнена толщиной от 0,14 мм до 0,20 мм, а масса двуокиси гафния на 1 м чувствительной части детектора выбрана в диапазоне от 6,4 г до 7,1 г. Технический результат - повышение точности контроля плотности потока нейтронов в ядерном реакторе.

Устройство для спектрометрии нейтронов // 2586383

Изобретение относится к области технической физики. Устройство для спектрометрии нейтронов состоит из водородсодержащих замедлителей быстрых нейтронов цилиндрической формы, регистраторов тепловых и медленных нейтронов, расположенных вдоль центральной оси устройства, борного фильтра и цилиндрических углублений на торцевой поверхности замедлителя, обращенной к источнику излучений, при этом в качестве регистраторов нейтронов используют активационные детекторы в кадмиевом чехле и без чехла, которые размещены в контейнере попарно на расстояниях не более длины диффузии тепловых нейтронов в замедлителе, а цилиндрические углубления заполнены вставками, при этом контейнер и вставки выполнены из материала замедлителя. Технический результат - измерение энергетического спектра направленного потока нейтронов в широком диапазоне энергий при высоких уровнях сопутствующего гамма-излучения. 5 ил.

Устройство для измерения потока нейтронов // 2590346

Изобретение относится к области измерения излучений. Устройство для измерения потока нейтронов содержит первичный преобразователь в виде ионизационной двухсекционной трехэлектродной камеры, к общесекционному электроду которой подключен однополярный источник питания, а к разнополярным электродам, к положительному, входящему в состав нейтронной секции, и к отрицательному, входящему в состав компенсационной секции, - блоки измерения тока, которые связаны с блоком обработки выходных сигналов, при этом блоки измерения тока состоят из преобразователя ток-напряжение, выполненного на основе линейного усилителя с переключающимися пределами измерения или на основе логарифмического усилителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, управляемого микроконтроллером, выход которого через интерфейс связи подключен к интерфейсу связи блока обработки выходных сигналов, который имеет возможность подключения к вычислительному устройству более высокого уровня и включает в себя свой микроконтроллер, позволяющий автоматически корректировать с учетом сигнала, полученного от блока измерения тока по гамма-излучению, сигнал, полученный от блока измерения тока по нейтронной составляющей, и производить вычисление потока нейтронов, а однополярный источник питания включает в себя высоковольтный преобразователь напряжения, подключенный к своему микроконтроллеру, позволяющему осуществлять автоматический контроль и коррекцию выходного напряжения и подключенному через интерфейс связи к интерфейсу связи блока обработки выходных сигналов. Технический результат - повышение достоверности и точности результатов измерения и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Автоматизированная система контроля нейтронно-физических параметров исследовательской ядерной установки // 2593389

Автоматизированная система контроля нейтронно-физических параметров исследовательской ядерной установки (ИЯУ) может быть использована для создания систем контроля, управления и измерения в составе систем управления и защиты СУЗ ИЯУ, для обеспечения безопасности работы ИЯУ в импульсном, квазиимпульсном и статическом режимах. Технический результат - повышение точности и надежности мониторинга выходных характеристик ИЯУ при всех режимах работы ИЯУ. Автоматизированная система контроля включает систему измерения физических характеристик, построенную по многоканальному параллельному принципу и содержащую подсистему контроля мощности с токовыми и импульсными ионизационными камерами, подсистему контроля температуры и подсистему накопления и обработки информации, включающую процессоры, работающие по заданным программам, обрабатывающие и преобразующие сигналы датчиков с сохранением данных и передачей их для формирования сигналов аварийной защиты в вычислительное устройство более высокого уровня, кроме этого содержит подсистему контроля параметров импульса ИЯУ и подсистему контроля временных интервалов от момента запускающего сигнала до моментов прихода остальных сигналов. 1 ил.

Способ и устройство для измерения профиля нейтронного пучка (пучков) // 2593433

Изобретение относится к области радиационных технологий, а также к исследованиям, созданию и эксплуатации ядерных установок и ускорителей. Способ измерения профиля нейтронного пучка (пучков) в плоскости, перпендикулярной выделенному его (их) направлению, заключается в том, что пучок (пучки) быстрых нейтронов направляют на детектирующую плоскость профилометра, перпендикулярно расположенную к его (их) направлению (направлениям), поверхность которой представляет собой совокупность параллельно расположенных изолированных стрипов, сигналы с каждого из стрипов, появившиеся в результате взаимодействия нейтрона с веществом стрипа, поступают на блок регистрирующей электроники, производящей прием и анализ зарегистрированных событий с использованием программного обеспечения для определения профиля нейтронного пучка (пучков), при этом в качестве детектирующей плоскости профилометра используют двусторонний стриповый кремниевый детектор, одна сторона которого представляет набор X-стрипов, а вторая - набор Y-стрипов, перпендикулярных к Х-стрипам, при этом регистрируют заряженные частицы, образующиеся в каждом конкретном стрипе в результате протекания реакций с эмиссией протонов и альфа-частиц при захвате нейтронов на ядрах кремния 28Si(n,p)28Al, 28Si(n,α)25Mg, при этом путем снятия электрических сигналов с соответствующих X- и Y-стрипов определяют координаты X и Y точек взаимодействия нейтронов с веществом данного стрипа профилометра, при этом на основании однозначной связи номеров одновременно сработавших X- и Y-стрипов, включенных на совпадения, при этом после набора событий по каждому из X- и Y-стрипов профилометра автоматически производится временной и амплитудный анализ зарегистрированных событий. Технический результат - повышение точности определения направления осей меченых пучков, упрощение процедуры измерения характеристик пучков, а также сокращение времени измерения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.