Детектор мононаправленного нейтронного излучения



Детектор мононаправленного нейтронного излучения
Детектор мононаправленного нейтронного излучения
Детектор мононаправленного нейтронного излучения

 


Владельцы патента RU 2583861:

Яковлев Михаил Викторович (RU)

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения. Детектор мононаправленного нейтронного излучения содержит изготовленные из материалов с близкими эффективными атомными номерами корпус, металлический коллектор, водородосодержащую и не содержащую водород диэлектрические пластины, при этом коллектор выполнен в виде двух пластин, которые разделены электростатическим экраном толщиной, равной пробегу образуемых гамма-излучением вторичных электронов, и подключены через схему вычитания к электроизмерительному прибору, причем между каждой из пластин коллектора и корпусом расположены диэлектрические пластины из водородосодержащего материала, а между пластинами коллектора и электростатическим экраном расположены диэлектрические пластины из материала, не содержащего водород. Технический результат - снижение чувствительности детектора мононаправленного нейтронного излучения к сопутствующему гамма-излучению при работе в полях смешанного гамма-нейтронного излучения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения.

Известны устройства для регистрации нейтронного излучения, основанные на эффекте переноса заряда, которые именуются как «зарядовые детекторы» нейтронов (З.А. Альбиков, A.M. Веретенников, А.В. Козлов. Детекторы импульсного ионизирующего излучения, М.: Атомиздат, 1978 г.). Различают два типа зарядовых детекторов. К первому типу относятся детекторы прямой зарядки, выполненные в виде эмиттера и коллектора, разделенных тонким диэлектрическим слоем. Эмиттер изготавливается из материала, в котором при облучении нейтронами образуются радиоактивные изотопы, распадающиеся с выходом заряженных частиц. Заряженные частицы (продукты распада) проходят через диэлектрический слой и собираются коллектором. В электрической цепи протекает ток, который характеризует плотность потока первичного нейтронного излучения. Если период полураспада радиоактивного изотопа много меньше длительности импульса нейтронного излучения, то амплитуда тока коллектора пропорциональна плотности потока нейтронов. Указанная функциональная зависимость используется для определения формы импульса воздействующего нейтронного излучения. Недостатком данного типа детекторов является сравнительно низкое временное разрешение (более сотых долей секунды), что обусловлено периодом полураспада образующихся в эмиттере радиоактивных изотопов. Поэтому на многих ядерно-энергетических установках при длительностях импульса нейтронного излучения менее миллисекунды (например, импульсные установки термоядерного синтеза, импульсные ядерные реакторы и др.) детекторы этого типа используются в основном для измерения флюенса нейтронов.

Известен детектор радиоактивных излучений, который основан на переносе заряда вторичных высокоэнергетических электронов (Г.Ф. Иоилев, В.А. Сафонов. Детекторы с диэлектрическим рассеивателем / Приборы и техника эксперимента, т.14, вып.5, с. 210, 1969). Детектор состоит из корпуса и сигнального электрода, которые разделены двумя одинаковыми диэлектрическими слоями. Перенос заряда в детекторе осуществляется вторичными высокоэнергетическими электронами, которые образуются за счет комптоновского и фотоэффектов при взаимодействии гамма-излучения с материалах конструкции детектора. Детектор обладает высоким временным разрешением, которое определяется электрической схемой подключения детектора к электроизмерительному прибору.

Известно защищенное авторским свидетельством изобретение-прототип № 713293 Al G01T 3/00 1978 год «Детектор мононаправленного нейтронного излучения» (М.В. Яковлев, И.С. Терешкин, Г.В. Кулаков, Н.А. Комаров), который основан на измерении тока протонов отдачи, образующихся в результате упругого рассеяния нейтронов на ядрах атомов водорода в облучаемом материале-рассеивателе. Конструкция детектора показана на фигуре 1. Прибор содержит металлический корпус (1), внутри которого расположена пластина-рассеиватель (2) из водородосодержащего материала, например, полиэтилена. За рассеивателем расположены металлическая пластина-коллектор (3) и электроизолирующая пластина (4) из материала, не содержащего водород. Коллектор подключен к электроизмерительному прибору. Толщина полиэтиленовой пластины-рассеивателя выбирается много меньше свободного пробега первичных нейтронов, но значительно больше пробега вторичных протонов отдачи в данном материале. Корпус и коллектор выполнены из низкоатомного металла алюминия, чтобы в смешанных полях гамма-нейтронного излучения внутри детектора не нарушались условия гамма-электронного равновесия. Коллектор имеет толщину, достаточную для поглощения протонов отдачи, движущихся со стороны пластины-рассеивателя.

При облучении детектора нейтронами со стороны пластины-рассеивателя сигнал коллектора обусловлен сбором заряда протонов отдачи, q1, а также токами смещения от объемных зарядов, q2, q3, которые образуются в объеме рассеивателя. Вблизи границы раздела с металлическим корпусом образуется область отрицательного объемного заряда, q2, счет оттока из этой области протонов отдачи. Положительный объемный заряд, образующийся в пластине-рассеивателе за счет ослабления потока нейтронов, заряд q3, имеет сравнительно малую величину, поэтому отрицательный объемный заряд приблизительно равен заряду протонов отдачи, инжектируемых в коллектор. Однако в силу выбранной геометрии детектора емкостная связь отрицательного заряда с коллектором значительно меньше, чем с корпусом, поэтому вклад отрицательного заряда в результирующий положительный сигнал детектора оказывается незначительным.

При облучении нейтронами с противоположной стороны сигнал детектора определяется отрицательным объемным зарядом, который находится вблизи коллектора в приграничной области пластины-рассеивателя. Временное разрешение детектора определяется его собственной емкостью и параметрами регистрирующего тракта и может быть доведено до единиц наносекунд.

При энергии гамма-квантов ~1,25 МэВ чувствительность детектора-прототипа к действию гамма-излучения составляет ~5%. (И.С. Терешкин, М.В. Яковлев. Детектор высокоинтенсивного нейтронного излучения, Сборник научных трудов ФГУП ЦНИИмаш «Теоретические и экспериментальные исследования вопросов общей физики» под редакцией академика РАН Н.А. Анфимова, ФГУП ЦНИИмаш, с. 122, 2003 г.

Целью предлагаемого изобретения является снижение чувствительности детектора мононаправленного нейтронного излучения к сопутствующему гамма-излучению при работе в полях смешанного гамма-нейтронного излучения.

Указанная цель достигается в заявляемом детекторе, конструкция которого представлена на фиг. 2.

Детектор содержит изготовленные из материалов с близкими эффективными атомными номерами корпус, металлический коллектор (3, 7), водородосодержащую и не содержащую водород диэлектрические пластины. Технический результат достигается тем, что коллектор детектора содержит две металлические пластины (3, 7) из алюминия, которые разделены электростатическим экраном (5) толщиной, равной пробегу образуемых гамма-излучением вторичных высокоэнергетических электронов. Пластины коллектора подключены через схему вычитания к электроизмерительному прибору. Каждая из пластин коллектора отделяется от корпуса (1) диэлектрическими пластинами из водородосодержащего материала (2, 8), а между пластинами коллектора и электростатическим экраном расположены диэлектрические пластины из материала, не содержащего водород (4, 6).

Выбранное расположение диэлектрических пластин приводит к формированию сигналов различной полярности в первой и второй пластинах коллектора при воздействии нейтронов. При этом амплитуды сигналов практически одинаковы, так как ослаблением нейтронов в материалах конструкции детектора можно пренебречь. Под действием гамма-излучения в пластинах коллектора формируются сигналы одинаковой отрицательной полярности, что происходит за счет поглощения вторичных высокоэнергетических электронов. Материалы конструкции детектора имеют близкие эффективные атомные номера, поэтому при характерных энергиях квантов ~1 МэВ внутри детектора реализуются условия, близкие к условиям гамма-электронного равновесия. При этом амплитуды сигналов от гамма-излучения в пластинах коллектора равны между собой. Таким образом, разность показаний первой и второй пластин коллектора обеспечивает условия, при которых в полях смешанного гамма-нейтронного излучения детектор мононаправленного нейтронного излучения нечувствителен к воздействию сопутствующего гамма-излучения.

Детектор мононаправленного нейтронного излучения, содержащий изготовленные из материалов с близкими эффективными атомными номерами корпус, металлический коллектор, водородосодержащую и не содержащую водород диэлектрические пластины, отличающейся тем, что коллектор выполнен в виде двух пластин, которые разделены электростатическим экраном толщиной, равной пробегу образуемых гамма-излучением вторичных электронов, и подключены через схему вычитания к электроизмерительному прибору, причем между каждой из пластин коллектора и корпусом расположены диэлектрические пластины из водородосодержащего материала, а между пластинами коллектора и электростатическим экраном расположены диэлектрические пластины из материала, не содержащего водород.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Сцинтилляционный детектор содержит сборку сцинтиллирующих волокон для регистрации гамма-излучения, тепловых и быстрых нейтронов в форме кольца, а также два фотоприемника, расположенные на противоположных торцах сборки сцинтиллирующих волокон в оптическом контакте с ними, при этом сборка сцинтиллирующих волокон выполнена в виде одного или нескольких лежащих друг на друге кольцевых слоев с общей осью, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, расположены по окружности, сцинтиллирующие волокна для регистрации разных видов излучений располагаются в разных кольцевых слоях, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены оптически с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов. Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор содержит множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, при этом сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит фотоприемник и пластины из прозрачного водородосодержащего пластика, которые чередуются со слоями материала, содержащего сцинтиллятор и конвертор тепловых нейтронов, при этом дополнительно содержит спектросмещающее волокно, намотанное в один слой на торцевую поверхность пластин, концы которого оптически соединены с фотоприемником.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит корпус, в котором размещены композиционный сцинтиллятор, спектросмещающие волокна, спектр поглощения которых находится в области спектра высвечивания композиционного сцинтиллятора и, по крайней мере, один фотоприемник, с которым оптически соединены торцы спектросмещающих волокон, при этом композиционный сцинтиллятор выполнен в виде отдельных гранул, которые расположены, по крайней мере, в один слой вокруг спектросмещающих волокон.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений, в частности нейтронов. Сцинтилляционное стекло получают из композиции SiO2, Li2CO3, MgO, Al2O3, AlF3, CeO2, а для подавления окисления ионов церия в стекло вводят добавку металлического кремния (Si) в количестве 0,001-10 мас.%.

Изобретение может быть использовано при изготовлении систем визуализации в компьютерных томографах. Сцинтилляционный материал содержит модифицированный оксисульфид гадолиния (GOS), в котором приблизительно от 25% до 75% гадолиния (Gd) замещено лантаном (La) или приблизительно не более 50% гадолиния (Gd) замещено лютецием (Lu).

Изобретение относится к метрологии излучений, а именно к способу измерения интенсивности радиационного излучения, и может быть использовано в мониторных и радиографических сцинтилляционных детекторах рентгеновского и гамма-излучений, а также быстрых нейтронов.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно, тепловых нейтронов, содержащему по меньшей мере одну первую секцию (102) с высокой способностью к поглощению нейтронов и по меньшей мере одну вторую секцию (101) с низкой способностью к поглощению нейтронов, причем вторая секция содержит гамма-лучевой сцинтиллятор, материал гамма-лучевого сцинтиллятора содержит неорганический материал с длиной ослабления менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-лучей для энергичных гамма-лучей во второй секции, где материал первой секции выбран из группы материалов, высвобождающих энергию, сообщаемую первой секции за счет захвата нейтрона, в основном, посредством гамма-излучения, и где вторая секция окружает первую секцию таким образом, что существенный участок первой секции покрыт второй секцией, устройство дополнительно содержит детектор света (103) 1, оптически соединенный со второй секцией для детектирования количества света во второй секции, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем это приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением второй секции, где оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная энергия гамма-кванта E (sum) выше 2,614 МэВ.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно тепловых нейтронов, содержащему гамма-лучевой сцинтиллятор, упомянутый сцинтиллятор содержит неорганический материал с длиной ослабления Lg менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-излучения для энергичных гамма-лучей в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем гамма-лучевой сцинтиллятор дополнительно содержит компоненты, для которых умножение сечения захвата нейтрона на концентрацию дает длину поглощения Ln для тепловых нейтронов, которая больше 0,5 см, но меньше пятикратной длины ослабления Lg, предпочтительно, меньше двукратной длины ослабления Lg для гамма-лучей с энергией 5 МэВ в сцинтилляторе, причем нейтронпоглощающие компоненты гамма-лучевого сцинтиллятора высвобождают энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтрона, в основном посредством гамма-излучения, причем гамма-лучевой сцинтиллятор имеет диаметр или длину края по меньшей мере 50% Lg, предпочтительно, по меньшей мере Lg, для поглощения существенной части энергии гамма-лучей, выделяемой после захвата нейтрона в сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит детектор света, оптически соединенный с гамма-лучевым сцинтиллятором для детектирования количества света в гамма-лучевом сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная гамма-энергия Esum выше 2,614 МэВ.

Изобретение может быть использовано в медицинских томографах, при неразрушающем контроле в промышленности, для обеспечения безопасности при осмотре личного имущества, в физике высоких энергий.

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения. Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения, при наличии сопутствующего гамма-фона, содержит два сцинтилляционных кристалла, выполненные из водородосодержащего материала толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, расположенные в корпусе последовательно по направлению облучения, разделенные между собой слоем металла толщиной, значительно меньшей величины пробега протонов отдачи, и два фотоэлектронных умножителя, связанные оптически со сцинтилляционными кристаллами и подключенные через схему вычитания к электроизмерительному прибору, а кристаллы, разделяющие их слои металла, фотокатоды фотоэлектронных умножителей и корпус устройства изготовлены из материалов с близкими эффективными атомными номерами, при этом содержит третий сцинтилляционный кристалл, который выполнен из материала, не содержащего водород, расположен за вторым кристаллом, имеет равную с ним толщину и отделен от него слоем металла толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, а фотоэлектронные умножители имеют оптическую связь со вторым и третьим сцинтилляционными кристаллами. Технический результат - повышение чувствительности устройства для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона. 2 ил.
Наверх