stringtranslate.com

Обнаружение нейтронов

Обнаружение нейтронов — это эффективное обнаружение нейтронов , входящих в хорошо расположенный детектор . Существует 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, установка оборудования также определяет ключевые экспериментальные параметры, такие как расстояние источник-детектор, телесный угол и экранирование детектора. Программное обеспечение обнаружения состоит из инструментов анализа, которые выполняют такие задачи, как графический анализ для измерения количества и энергии нейтронов, попадающих на детектор.

Основы физики

Сигнатуры, по которым нейтрон может быть обнаружен

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

Хотя
п+
и
е−
образующиеся при распаде нейтронов, поддаются обнаружению, однако скорость распада слишком мала, чтобы служить основой для практической системы детекторов.

Классические варианты обнаружения нейтронов

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

Типы нейтронных детекторов

Газовые пропорциональные детекторы

Газовые пропорциональные детекторы могут быть адаптированы для обнаружения нейтронов. Хотя нейтроны обычно не вызывают ионизацию , добавление нуклида с высоким поперечным сечением нейтронов позволяет детектору реагировать на нейтроны. Нуклиды, обычно используемые для этой цели, — это гелий-3 , литий-6 , бор-10 и уран-235 . Поскольку эти материалы с наибольшей вероятностью будут реагировать с тепловыми нейтронами (т. е. нейтронами, которые замедлились до равновесия с окружающей средой), их обычно окружают замедляющими материалами , чтобы снизить их энергию и повысить вероятность обнаружения.

Дальнейшие уточнения обычно необходимы для дифференциации нейтронного сигнала 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, будут охватывать широкий диапазон энергий, что позволяет различать источники.

Как класс, газоионизационные детекторы измеряют количество ( скорость счета ), а не энергию нейтронов.

3Газонаполненные пропорциональные детекторы

Гелий-3 является эффективным материалом для детекторов нейтронов, поскольку он реагирует, поглощая тепловые нейтроны, производя ионы 1 H и 3 H. Его чувствительность к гамма-лучам незначительна, что обеспечивает очень полезный детектор нейтронов. К сожалению, поставки 3 He ограничены производством в качестве побочного продукта распада трития (период полураспада которого составляет 12,3 года); тритий производится либо в рамках оружейных программ в качестве усилителя для ядерного оружия, либо как побочный продукт работы реактора.

БФ3Газонаполненные пропорциональные детекторы

Так как элементарный бор не является газообразным, нейтронные детекторы, содержащие бор, могут альтернативно использовать трифторид бора (BF3 ) , обогащенный до 96% бора-10 (природный бор содержит 20% 10B , 80% 11B ). [5] Трифторид бора очень токсичен. Чувствительность этого детектора составляет около 35-40 CPS/nv (отсчетов в секунду на поток нейтронов), тогда как у борного покрытия — около 4 CPS/nv. Это связано с тем, что в борном покрытии n реагирует с бором и, следовательно, производит ионные пары внутри слоя. Следовательно, произведенные заряженные частицы (Альфа и Li) теряют часть своей энергии внутри этого слоя. Заряженные частицы с низкой энергией не могут достичь газовой среды ионизационной камеры. Следовательно, количество ионизаций, произведенных в газе, также ниже.

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

Пропорциональные детекторы с борным покрытием

С другой стороны, газонаполненные пропорциональные счетчики с борным покрытием реагируют аналогично газонаполненным пропорциональным детекторам BF3, за исключением того, что стенки покрыты 10B . В этой конструкции, поскольку реакция происходит на поверхности, только одна из двух частиц попадет в пропорциональный счетчик.

Сцинтилляционные нейтронные детекторы

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

Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы — это материалы, которые обладают свойством испускать свет (сцинтиллировать) при воздействии ионизирующего излучения. Они, как правило, имеют быстрое время реакции на излучение и могут обнаруживать широкий спектр излучения (от гамма-излучения до нейтронов). Как следует из названия, они обычно изготавливаются из органических материалов, в основном на основе углерода. [11]

Органические сцинтилляторы бывают разных форм, например, пластиковые сцинтилляторы, жидкие сцинтилляторы и кристаллические сцинтилляторы. Пластиковые сцинтилляторы изготавливаются из полимеров, таких как поливинилтолуол (PVT) или полистирол. Жидкие сцинтилляторы изготавливаются просто путем растворения органических сцинтилляторов в подходящих растворителях. Кристаллические сцинтилляторы изготавливаются из твердых кристаллов, таких как антрацен или стильбен.

Когда сцинтиллятор подвергается воздействию ионизирующего излучения, молекулы внутри него возбуждаются до более высокого энергетического состояния посредством взаимодействия с входящим излучением. Эти возбужденные молекулы пытаются стать стабильными (вернуться в основное энергетическое состояние), испуская фотон. Испускаемый свет можно обнаружить, усилив его в фотоумножителе и преобразовав в электрический сигнал. Эти сигналы пропорциональны энергии излучения, что помогает идентифицировать излучение, которое подверглось воздействию.

Нейтроны могут быть обнаружены органическими сцинтилляторами с использованием метода дискриминации по форме импульса (PSD), который позволяет различать излучение на основе формы импульса/сигнала.

Нейтронно-чувствительные сцинтилляционные стекловолоконные детекторы

Сцинтилляционное стекло 6 Li для обнаружения нейтронов впервые было описано в научной литературе в 1957 году [12] , а основные достижения были достигнуты в 1960-х и 1970-х годах. [13] [14] Сцинтилляционное волокно было продемонстрировано Аткинсоном М. и др. в 1987 году [15] , а основные достижения были достигнуты в конце 1980-х и начале 1990-х годов в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, где оно было разработано как секретная технология. [16] [17] [18] [19] [20] Оно было рассекречено в 1994 году и впервые лицензировано Oxford Instruments в 1997 году, после чего было передано Nucsafe в 1999 году. [21] [22] [23] Волокно и волоконные детекторы в настоящее время производятся и продаются на коммерческой основе компанией Nucsafe, Inc. [24]

Сцинтилляционные стеклянные волокна работают путем включения 6 Li и Ce 3+ в основной состав стекла. 6 Li имеет высокое поперечное сечение для поглощения тепловых нейтронов через реакцию 6 Li(n,α). 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 излучению фотонов с длиной волны 390 нм - 600 нм, когда возбужденное состояние ионов Ce 3+ возвращается в основное состояние. Событие приводит к вспышке света из нескольких тысяч фотонов на каждый поглощенный нейтрон. Часть сцинтилляционного света распространяется через стеклянное волокно, которое действует как волновод. Концы волокон оптически соединены с парой фотоумножительных трубок (ФЭУ) для обнаружения всплесков фотонов. Детекторы могут использоваться для обнаружения как нейтронов, так и гамма-лучей, которые обычно различаются с помощью дискриминации по высоте импульса. Были предприняты значительные усилия и достигнуты успехи в снижении чувствительности волоконных детекторов к гамма-излучению. Первоначальные детекторы страдали от ложных нейтронов в гамма-поле 0,02 мР. Улучшения конструкции, процесса и алгоритма теперь позволяют работать в гамма-полях до 20 мР/ч ( 60 Co).

Детекторы сцинтилляционного волокна обладают превосходной чувствительностью, они прочны и имеют быструю синхронизацию (~60 нс), что обеспечивает 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. [25] Кроме того, они не зависят от 3He или какого-либо сырья, доступность которого ограничена, и не содержат токсичных или регулируемых материалов. Их производительность соответствует или превосходит производительность трубок 3He для общего счета нейтронов из-за более высокой плотности поглощающих нейтроны видов в твердом стекле по сравнению с газообразным 3He высокого давления . [ 25] Несмотря на то, что поперечное сечение тепловых нейтронов 6Li мало по сравнению с 3He (940 барн против 5330 барн), плотность атомов 6Li в волокне в пятьдесят раз больше, что приводит к преимуществу в эффективном коэффициенте плотности захвата приблизительно 10:1.

LiCaAlF6

LiCaAlF 6 — это нейтронно-чувствительный неорганический сцинтилляционный кристалл, который, как и нейтронно-чувствительные сцинтилляционные стеклянные волоконные детекторы, использует захват нейтронов 6 Li. Однако в отличие от сцинтилляционных стеклянных волоконных детекторов 6 Li является частью кристаллической структуры сцинтиллятора, придавая ему естественно высокую плотность 6 Li. Для придания кристаллу сцинтилляционных свойств добавляется легирующий агент, два распространенных легирующих агента — трехвалентный церий и двухвалентный европий. LiCaAlF 6 , легированный европием, имеет преимущество перед другими материалами в том, что количество оптических фотонов, производимых за захват нейтрона, составляет около 30 000, что в 5 раз больше, чем, например, в нейтронно-чувствительных сцинтилляционных стеклянных волокнах. [26] Это свойство облегчает различение нейтронных фотонов. Благодаря высокой плотности 6 Li этот материал подходит для производства легких компактных нейтронных детекторов, в результате чего LiCaAlF 6 использовался для обнаружения нейтронов на больших высотах в миссиях с использованием воздушных шаров. [27] Длительное время распада LiCaAlF 6 , легированного Eu 2+ , делает его менее подходящим для измерений в условиях высокой радиации, вариант, легированный Ce 3+, имеет более короткое время распада, но страдает от более низкого светового выхода. [28]

NaIL Двойной детектор нейтронов и гамма-сцинтилляторов

Кристалл йодида натрия, легированный таллием и литием [NaI(Tl+Li)], также известный как NaIL, способен обнаруживать гамма-излучение и тепловые нейтроны в одном кристалле с исключительной дискриминацией формы импульса. Использование низких концентраций 6 Li в NaIL и больших толщин может достичь тех же возможностей обнаружения нейтронов, что и детекторы 3He или CLYC или CLLB, при меньших затратах. Совместное легирование 6 Li (обогащенным на 95%) обеспечивает эффективное обнаружение тепловых нейтронов в наиболее известном гамма-сцинтилляторе, сохраняя при этом благоприятные сцинтилляционные свойства стандартного NaI(Tl). NaIL может обеспечить большой объем, одноматериальные детекторы как для гамма-излучения, так и для нейтронов по низкой цене за объем. [29] [30] [31]

Полупроводниковые нейтронные детекторы

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. [32] Наиболее успешной из этих конфигураций является тип устройства с покрытием, и примером может служить обычный плоский диод Si, покрытый либо 10 B, либо 6 LiF. [33] [34] Этот тип детектора был впервые предложен Бабкоком и др. [35] Концепция проста. Нейтрон поглощается реактивной пленкой и спонтанно испускает энергичные продукты реакции. Продукт реакции может достигать поверхности полупроводника и при попадании в полупроводник производит пары электрон-дырка. Под действием обратного напряжения смещения эти электроны и дырки дрейфуют через диод, создавая индуцированный ток, обычно интегрированный в импульсном режиме для формирования выходного напряжения. Максимальная собственная эффективность для устройств с одним покрытием составляет приблизительно 5% для тепловых нейтронов (0,0259 эВ), а конструкция и работа подробно описаны в литературе. [36] Ограничение эффективности обнаружения нейтронов является следствием самопоглощения продуктов реакции. Например, пробег в борной пленке α-частиц 1,47 МэВ из реакции 10 B(n,α) 7 Li составляет приблизительно 4,5 микрометра, а пробег в LiF тритонов 2,7 МэВ из реакции 10 B(n,α) 7 Li составляет приблизительно 28 микрометров. Продукты реакции, возникающие на расстоянии, большем от интерфейса пленка/полупроводник, не могут достичь поверхности полупроводника и, следовательно, не будут способствовать обнаружению нейтронов. Устройства, покрытые природным Gd, также были исследованы, в основном из-за его большого поперечного сечения теплового нейтрона в 49 000 барн. [37] [38] Однако продукты реакции Gd(n,γ), представляющие интерес, в основном представляют собой низкоэнергетические конверсионные электроны, в основном сгруппированные около 70 кэВ. Следовательно, для полупроводниковых диодов с покрытием Gd трудно различить события, вызванные нейтронами, и события, вызванные гамма-излучением (в основном, создающие рассеянные комптоновские электроны). Компенсированная конструкция пикселей была призвана решить эту проблему. [39] В целом, устройства, покрытые 10 B или 6 LiF, являются предпочтительными, главным образом, потому что продукты реакции энергичных заряженных частиц гораздо легче отличить от фонового излучения.

Низкая эффективность покрытых планарных диодов привела к разработке микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов (MSND). Эти детекторы имеют микроскопические структуры, вытравленные в полупроводниковой подложке, впоследствии сформированные в штыревой диод. Микроструктуры заполнены нейтронно-реактивным материалом, обычно 6 LiF, хотя использовался 10 B. Увеличенная площадь поверхности полупроводника, прилегающая к реактивному материалу, и повышенная вероятность того, что продукт реакции попадет в полупроводник, значительно увеличивают внутреннюю эффективность обнаружения нейтронов. [40]

Базовая конструкция микроструктурированного полупроводникового нейтронного детектора (МСНД). [41]

Конфигурация устройства MSND была впервые предложена Муминовым и Цвангом [42] , а затем Шелтеном и др. [43] Прошло много лет, прежде чем был изготовлен и продемонстрирован первый рабочий образец MSND [44] , [45] тогда имевший эффективность обнаружения тепловых нейтронов всего 3,3%. После этой первоначальной работы MSND достигли эффективности обнаружения тепловых нейтронов более 30%. [46] Хотя MSND могут работать на встроенном потенциале (нулевое приложенное напряжение), они работают лучше всего при подаче 2-3 вольт. Сейчас есть несколько групп, работающих над вариациями MSND. [47] [48] Наиболее успешными типами являются разновидности, заполненные материалом 6 LiF. В настоящее время MSND производятся и продаются на коммерческой основе компанией Radiation Detection Technologies, Inc. [49]. Сообщается, что усовершенствованные экспериментальные версии двухсторонних MSND с противолежащими микроструктурами на обеих сторонах полупроводниковой пластины демонстрируют эффективность обнаружения тепловых нейтронов более 65% [50] и теоретически способны обеспечить эффективность более 70%.

Полупроводниковые детекторы, в которых один или несколько атомов являются нейтронно-реактивными, называются объемными полупроводниковыми нейтронными детекторами. Объемные твердотельные нейтронные детекторы можно разделить на две основные категории: те, которые основаны на обнаружении продуктов реакции заряженных частиц, и те, которые основаны на обнаружении гамма-лучей мгновенного захвата. В целом, этот тип нейтронных детекторов трудно сделать надежным, и в настоящее время они не доступны для коммерческого использования.

Объемные материалы, которые полагаются на эмиссию заряженных частиц, основаны на боре и литийсодержащих полупроводниках. В поисках объемных полупроводниковых нейтронных детекторов, материалы на основе бора, такие как BP, BAs, BN и B 4 C, были исследованы больше, чем другие потенциальные материалы. [51] [52] [53] [54] [55] [56]

Полупроводники на основе бора в кубической форме трудно выращивать в виде объемных кристаллов, в основном потому, что для их синтеза требуются высокие температуры и высокое давление. BP и Bas могут распадаться на нежелательные кристаллические структуры (кубическую и икосаэдрическую форму), если их не синтезировать под высоким давлением. B4C также образует икосаэдрические единицы в ромбоэдрической кристаллической структуре, нежелательное преобразование, поскольку икосаэдрическая структура имеет относительно плохие свойства сбора заряда [57] , что делает эти икосаэдрические формы непригодными для обнаружения нейтронов.

BN может быть сформирован как простые гексагональные, кубические (цинковая обманка) или вюрцитные кристаллы, в зависимости от температуры роста, и обычно выращивается методами тонких пленок. Именно простая гексагональная форма BN наиболее изучена как детектор нейтронов. Методы химического осаждения из паровой фазы тонких пленок обычно используются для производства BP, BAs, BN или B4C . Эти пленки на основе бора часто выращиваются на подложках Si n-типа, которые могут образовывать ap–n-переход с Si и, следовательно, производить покрытый диод Si, как описано в начале этого раздела. Следовательно, нейтронный отклик от устройства можно легко ошибочно принять за объемный отклик, когда на самом деле это отклик покрытого диода. На сегодняшний день имеются скудные свидетельства того, что полупроводники на основе бора производят собственные нейтронные сигналы.

Полупроводники, содержащие литий, классифицируемые как соединения Новотны–Джузы, также исследовались в качестве объемных нейтронных детекторов. Соединение Новотны–Джузы LiZnAs было продемонстрировано в качестве нейтронного детектора; [58] однако, этот материал сложен и дорог в синтезе, и сообщалось только о небольших полупроводниковых кристаллах. Наконец, были исследованы традиционные полупроводниковые материалы с нейтронно-реактивными легирующими добавками, а именно, детекторы Si(Li). Нейтроны взаимодействуют с литиевой легирующей добавкой в ​​материале и производят энергичные продукты реакции. Однако концентрация легирующей добавки относительно низка в детекторах Si с дрейфом Li (или других легированных полупроводниках), обычно менее 10 19  см −3 . При вырожденной концентрации Li порядка 1019 см  − 3 блок природного Si(Li) толщиной 5 см будет иметь эффективность обнаружения тепловых нейтронов менее 1%, в то время как блок детектора Si(6Li) толщиной 5 см будет иметь эффективность обнаружения тепловых нейтронов всего лишь 4,6%.

Полупроводники, испускающие мгновенные гамма-лучи, такие как CdTe [59] [60] и HgI 2 [61] [62], успешно использовались в качестве детекторов нейтронов. Эти детекторы основаны на мгновенных гамма-излучениях реакции 113 Cd(n, γ) 114 Cd (производящей гамма-лучи 558,6 кэВ и 651,3 кэВ) и реакции 199 Hg(n, γ) 200 Hg (производящей гамма-лучи 368,1 кэВ и 661,1 кэВ). Однако эти полупроводниковые материалы предназначены для использования в качестве гамма-спектрометров и, следовательно, по своей природе чувствительны к фону гамма-излучения. При достаточном энергетическом разрешении можно использовать дискриминацию по высоте импульса для отделения мгновенных гамма-излучений от нейтронных взаимодействий. Однако эффективная эффективность обнаружения нейтронов снижается из-за относительно малого отношения Комптона. Другими словами, большинство событий добавляются к комптоновскому континууму, а не к полному пику энергии, что затрудняет различение нейтронов и фоновых гамма-лучей. Кроме того, как природный Cd, так и Hg имеют относительно большие сечения тепловых нейтронов (n,γ) 2444 б и 369,8 б соответственно. Следовательно, большинство тепловых нейтронов поглощаются вблизи поверхности детектора, так что почти половина мгновенных гамма-лучей испускается в направлениях от объема детектора и, таким образом, производит низкую эффективность реабсорбции или взаимодействия гамма-лучей.

Детекторы нейтронной активации

Образцы активации могут быть помещены в нейтронное поле для характеристики энергетического спектра и интенсивности нейтронов. Могут быть использованы реакции активации, которые имеют различные энергетические пороги, 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. [63]

Детекторы быстрых нейтронов

Быстрые нейтроны часто обнаруживаются путем их предварительного замедления до тепловых энергий. Однако в ходе этого процесса теряется информация об исходной энергии нейтрона, направлении его движения и времени испускания. Для многих приложений обнаружение «быстрых» нейтронов, которые сохраняют эту информацию, крайне желательно. [64]

Типичные детекторы быстрых нейтронов — это жидкие сцинтилляторы [65] , детекторы благородных газов на основе 4-He [66] и пластиковые детекторы. Детекторы быстрых нейтронов отличаются друг от друга (1) способностью к различению нейтронов и гамма-излучения (через различение формы импульса) и (2) чувствительностью. Способность различать нейтроны и гамма-излучение превосходна в детекторах на основе благородных газов на основе 4-He из-за их низкой электронной плотности и превосходного свойства различения формы импульса. Фактически, было показано, что неорганические сцинтилляторы, такие как сульфид цинка, демонстрируют большие различия во времени распада протонов и электронов; эта особенность была использована путем объединения неорганического кристалла с нейтронным преобразователем (таким как полиметилметакрилат) в микрослоистом детекторе быстрых нейтронов. [67] Такие системы обнаружения способны избирательно обнаруживать только быстрые нейтроны в смешанном поле нейтронно-гамма-излучения без необходимости каких-либо дополнительных методов различения, таких как различение формы импульса. [68]

Обнаружение быстрых нейтронов создает ряд специальных проблем. Разработан направленный детектор быстрых нейтронов, использующий множественные протонные отдачи в разделенных плоскостях пластикового сцинтилляционного материала. Траектории ядер отдачи, созданных столкновением нейтронов, регистрируются; определение энергии и импульса двух ядер отдачи позволяет рассчитать направление движения и энергию нейтрона, который претерпел упругое рассеяние с ними. [69]

Приложения

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

Экспериментальное обнаружение нейтронов

Эксперименты, использующие эту науку, включают эксперименты по рассеянию, в которых нейтроны направляются и затем рассеиваются от образца, которые должны быть обнаружены. Учреждения включают источник нейтронов ISIS в Лаборатории Резерфорда Эпплтона , Источник нейтронов расщепления в Национальной лаборатории Ок-Ридж и Источник нейтронов расщепления (SINQ) в Институте Пола Шеррера , в котором нейтроны производятся в результате реакции расщепления, и традиционные исследовательские реакторные установки, в которых нейтроны производятся во время деления изотопов урана. Среди различных экспериментов по обнаружению нейтронов следует отметить фирменный эксперимент Европейского мюонного сотрудничества , впервые проведенный в ЦЕРНе и теперь называемый «экспериментом ЭМС». Тот же эксперимент проводится сегодня с более сложным оборудованием для получения более определенных результатов, связанных с исходным эффектом ЭМС .

Проблемы обнаружения нейтронов в экспериментальной среде

Обнаружение нейтронов в экспериментальной среде — непростая наука. Основные проблемы, с которыми сталкивается современное обнаружение нейтронов, включают фоновый шум , высокие показатели обнаружения, нейтралитет нейтронов и низкие энергии нейтронов.

Фоновый шум

Основными компонентами фонового шума при обнаружении нейтронов являются высокоэнергетические фотоны , которые нелегко устранить физическими барьерами. 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, регистрирует ли нейтронный детектор нейтроны или фотоны. Оба регистрируют схожие энергии после рассеивания в детекторе от мишени или окружающего света, и поэтому их трудно различить. Обнаружение совпадений также может использоваться для различения реальных нейтронных событий от фотонов и другого излучения.

Высокие показатели обнаружения

Если детектор находится в области высокой активности пучка, он непрерывно подвергается воздействию нейтронов и фонового шума с подавляюще высокой частотой. Это запутывает собранные данные, поскольку измерения сильно перекрываются, и отдельные события нелегко отличить друг от друга. Таким образом, часть проблемы заключается в том, чтобы поддерживать частоту обнаружения как можно ниже и разрабатывать детектор, который может выдерживать высокие частоты для получения когерентных данных.

Нейтральность нейтронов

Нейтроны нейтральны и, таким образом, не реагируют на электрические поля. Это затрудняет направление их движения к детектору для облегчения обнаружения. Нейтроны также не ионизируют атомы, за исключением прямого столкновения, поэтому газообразные ионизационные детекторы неэффективны.

Изменение поведения в зависимости от энергии

Детекторы, основанные на поглощении нейтронов, как правило, более чувствительны к тепловым нейтронам низкой энергии и на порядки менее чувствительны к нейтронам высокой энергии. Сцинтилляционные детекторы , с другой стороны, испытывают трудности с регистрацией воздействия нейтронов низкой энергии.

Экспериментальная установка и метод

Рисунок 1: Экспериментальная установка

На рисунке 1 показаны типичные основные компоненты установки блока обнаружения нейтронов. В принципе, схема показывает установку, как это было бы в любой современной лаборатории физики частиц , но подробности описывают установку в Лаборатории Джефферсона ( Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния ).

В этой установке входящие частицы, включающие нейтроны и фотоны, попадают в детектор нейтронов; обычно это сцинтилляционный детектор, состоящий из сцинтилляционного материала , волновода и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), и он будет подключен к системе сбора данных (DAQ) для регистрации данных обнаружения.

Сигнал обнаружения от нейтронного детектора подключен к блоку масштабирования, блоку задержки с затвором, блоку триггера и осциллографу . Блок масштабирования используется просто для подсчета количества входящих частиц или событий. Он делает это, увеличивая свой счет частиц каждый раз, когда он обнаруживает всплеск сигнала детектора от нулевой точки. В этом блоке очень мало мертвого времени , что означает, что независимо от того, насколько быстро поступают частицы, маловероятно, что этот блок не сможет подсчитать событие (например, входящую частицу). Малое мертвое время обусловлено сложной электроникой в ​​этом блоке, которой требуется мало времени для восстановления после относительно простой задачи регистрации логического высокого уровня каждый раз, когда происходит событие. Блок триггера координирует всю электронику системы и подает логический высокий уровень на эти блоки, когда вся установка готова записать запуск события.

Осциллограф регистрирует импульс тока с каждым событием. Импульс — это просто ток ионизации в детекторе, вызванный этим событием, нанесенный на график в зависимости от времени. Полную энергию падающей частицы можно найти, интегрируя этот импульс тока по времени, чтобы получить полный заряд, депонированный в конце ФЭУ. Это интегрирование выполняется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Полный депонированный заряд является прямой мерой энергии ионизирующей частицы (нейтрона или фотона), попадающей в детектор нейтронов. Этот метод интегрирования сигнала является устоявшимся методом измерения ионизации в детекторе в ядерной физике. [73] АЦП имеет более высокое мертвое время, чем осциллограф, который имеет ограниченную память и должен быстро передавать события в АЦП. Таким образом, АЦП выбирает примерно одно из каждых 30 событий из осциллографа для анализа. Поскольку типичная скорость событий составляет около 10 6 нейтронов в секунду, [74] эта выборка все равно будет накапливать тысячи событий каждую секунду.

Отделение нейтронов от фотонов

АЦП отправляет свои данные в блок сбора данных, который сортирует данные в презентабельной форме для анализа. Ключ к дальнейшему анализу лежит в различии между формой импульса тока ионизации фотона и формой нейтрона. Фотонный импульс длиннее на концах (или «хвостах»), тогда как нейтронный импульс хорошо центрирован. [74] Этот факт можно использовать для идентификации входящих нейтронов и подсчета общей скорости входящих нейтронов. Шаги, ведущие к этому разделению (те, которые обычно выполняются в ведущих национальных лабораториях, в частности, в лаборатории Джефферсона), — это извлечение стробируемого импульса и построение графика разницы.

Извлечение стробированного импульса

Сигналы тока ионизации представляют собой импульсы с локальным пиком между ними. Используя логический вентиль И в непрерывном времени (имея поток импульсов «1» и «0» в качестве одного входа и сигнал тока в качестве другого), извлекается хвостовая часть каждого сигнала импульса тока. Этот метод стробируемой дискриминации регулярно используется на жидких сцинтилляторах. [75] Блок стробируемой задержки предназначен именно для этой цели и создает задержанную копию исходного сигнала таким образом, что его хвостовая часть видна рядом с его основной частью на экране осциллографа.

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

Построение графика разницы

Рисунок 2: Ожидаемый график энергии хвоста против энергии в полном импульсе, построенный для всех энергий событий. Точки представляют собой плотности числа событий.

На этом этапе лежит решающий момент анализа: извлекаемые значения ионизации наносятся на график. В частности, график отображает энерговыделение в хвосте против энерговыделения во всем сигнале для диапазона энергий нейтронов. Обычно для заданной энергии существует много событий с одинаковым значением энергии хвоста. В этом случае нанесенные точки просто делаются плотнее с большим количеством перекрывающихся точек на двумерном графике и, таким образом, могут использоваться для визуального определения количества событий, соответствующих каждому энерговыделению. На графике отображается значительная случайная доля (1/30) всех событий.

Если размер извлеченного хвоста составляет фиксированную долю от общего импульса, то на графике будут две линии с разным наклоном. Линия с большим наклоном будет соответствовать фотонным событиям, а линия с меньшим наклоном — нейтронным событиям. Это происходит именно потому, что ток выделения энергии фотона, нанесенный на график в зависимости от времени, оставляет более длинный «хвост», чем график выделения нейтрона, что дает фотонному хвосту большую долю от общей энергии, чем нейтронным хвостам.

Эффективность любого анализа обнаружения можно оценить по его способности точно подсчитывать и разделять количество нейтронов и фотонов, попадающих на детектор. Кроме того, эффективность второго и третьего шагов показывает, являются ли скорости событий в эксперименте управляемыми. Если на вышеуказанных шагах можно получить четкие графики, позволяющие легко разделить нейтроны и фотоны, обнаружение можно назвать эффективным, а скорости управляемыми. С другой стороны, размытость и неразличимость точек данных не позволят легко разделить события.

Контроль скорости

Скорость обнаружения можно поддерживать на низком уровне многими способами. Выборка событий может использоваться для выбора только нескольких событий для анализа. Если скорость настолько высока, что одно событие невозможно отличить от другого, можно манипулировать физическими экспериментальными параметрами (экранированием, расстоянием детектор-цель, телесным углом и т. д.), чтобы получить максимально низкие скорости и, таким образом, различимые события.

Более точные точки обнаружения

Здесь важно наблюдать именно те переменные, которые имеют значение, поскольку по пути могут быть ложные индикаторы. Например, ионизационные токи могут периодически получать высокие всплески, которые не подразумевают высоких скоростей, а просто высокие энергетические отложения для случайных событий. Эти всплески будут табулированы и рассматриваться с цинизмом, если они неоправданны, особенно с учетом того, что в установке так много фонового шума.

Можно спросить, как экспериментаторы могут быть уверены, что каждый импульс тока в осциллографе соответствует ровно одному событию. Это верно, поскольку импульс длится около 50  нс , что позволяет максимум2 × 10 7 событий каждую секунду. Это число намного выше фактической типичной скорости, которая обычно на порядок меньше, как упоминалось выше. [74] Это означает, что крайне маловероятно, что будут две частицы, генерирующие один импульс тока. Импульсы тока длятся 50 нс каждый и начинают регистрировать следующее событие после промежутка с предыдущим событием.

Хотя иногда этому способствуют более высокие энергии входящих нейтронов, обнаружение нейтронов, как правило, является сложной задачей по всем причинам, указанным ранее. Таким образом, лучшая конструкция сцинтиллятора также находится на переднем плане и является предметом поиска с момента изобретения сцинтилляционных детекторов. Сцинтилляционные детекторы были изобретены в 1903 году Круксом, но не были очень эффективны, пока в 1944 году Каррен и Бейкер не разработали ФЭУ (фотоумножительную трубку). [73] ФЭУ обеспечивает надежный и эффективный метод обнаружения, поскольку он может умножить начальный сигнал одного сцинтилляционного фотона, попадающего на поверхность ФЭУ, миллионы раз в измеримый электрический импульс. Тем не менее, конструкция сцинтилляционного детектора имеет возможности для улучшения, как и другие варианты обнаружения нейтронов, помимо сцинтилляции.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Обзор физики элементарных частиц ab Particle Data Group 2006
  2. ^ Сводная таблица данных группы частиц по барионам
  3. ^ abcd Tsoulfanidis, Nicholas (1995). Измерение и обнаружение радиации (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Taylor & Francis. стр. 467–501. ISBN 978-1-56032-317-4.
  4. ^ Материалы с высоким содержанием водорода, такие как вода или пластик.
  5. ^ Детекторы нейтронов на основе трифторида бора (BF3)
  6. ^ Yousuke, I.; Daiki, S.; Hirohiko, K.; Nobuhiro, S.; Kenji, I. (2000). "Ухудшение дискриминации формы импульса в жидком органическом сцинтилляторе при высоких энергиях". Симпозиум IEEE по ядерной науке 2000 г. Протокол конференции (Кат. № 00CH37149) . Том 1. IEEE. стр. 6/219–6/221. doi :10.1109/NSSMIC.2000.949173. ISBN 978-0-7803-6503-2. S2CID  119538680.
  7. ^ Кавагучи, Н.; Янагида, Т.; Йокота, И.; Ватанабэ, К.; Камада, К.; Фукуда, К.; Суяма, Т.; Йошикава, А. (2009). «Исследование роста кристаллов и свойств сцинтилляции в качестве детектора нейтронов из монокристалла LiCaAlF 6 , легированного европием, диаметром 2 дюйма ». IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC) 2009 года . IEEE. стр. 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, Л. М.; Томас, Г. Э.; Гинтер, Р. Дж. (1962). «Обнаружение нейтронов с помощью стеклянных сцинтилляторов». Ядерные приборы и методы . 17 (1): 97–116. Bibcode : 1962NucIM..17...97B. doi : 10.1016/0029-554X(62)90178-7.
  10. ^ Миянага, Н.; Охба, Н.; Фудзимото, К. (1997). «Волоконно-сцинтилляционный детектор/детектор стрик-камеры для измерения истории горения в эксперименте по инерционному удержанию термоядерного синтеза». Обзор научных приборов . 68 (1): 621–623. Bibcode : 1997RScI...68..621M. doi : 10.1063/1.1147667.
  11. ^ Брукс, Ф. Д. (1979-06-01). «Разработка органических сцинтилляторов». Ядерные приборы и методы . 162 (1): 477–505. doi :10.1016/0029-554X(79)90729-8. ISSN  0029-554X.
  12. ^ Эгельстафф, П. А.; и др. (1957). «Стеклянные сцинтилляторы для быстрого обнаружения нейтронов промежуточной энергии». Ядерные приборы и методы . 1 (4): 197–199. Bibcode :1957NucIn...1..197E. doi :10.1016/0369-643x(57)90042-7.
  13. ^ Боллинджер, Л. М.; Томас, Г. Э.; Гинтер, Р. Дж. (1962). «Обнаружение нейтронов с помощью стеклянных сцинтилляторов». Ядерные приборы и методы . 17 (1): 97–116. Bibcode : 1962NucIM..17...97B. doi : 10.1016/0029-554X(62)90178-7.
  14. ^ Spowart, AR (1976). "Нейтронные сцинтилляционные стекла. 1. Активация внешними заряженными частицами и тепловыми нейтронами". Ядерные приборы и методы . 135 (3): 441–453. Bibcode : 1976NucIM.135..441S. doi : 10.1016/0029-554X(76)90057-4.
  15. ^ Аткинсон, М.; Фент Дж.; Фишер К.; и др. (1987). «Первоначальные испытания высокоразрешающего сцинтилляционного волоконного (Scifi) трекера». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A. 254 ( 3): 500–514. Bibcode : 1987NIMPA.254..500A. doi : 10.1016/0168-9002(87)90022-2.
  16. ^ Bliss, M.; Brodzinski RL; Craig RA; Geelhood BD; Knopf MA; Miley HS; Perkins RW; Reeder PL; Sunberg DS; Warner RA; Wogman NA (1995). Johnson, C. Bruce; Fenyves, Ervin J (ред.). "Стекловолоконные нейтронные детекторы для сред с высоким и низким потоком". Proc. SPIE . Фотоэлектронные детекторы, камеры и системы. 2551 : 108. Bibcode : 1995SPIE.2551..108B. doi : 10.1117/12.218622. S2CID  137395702.[ постоянная мертвая ссылка ]
  17. ^ Абель, К. Х.; Артур Р. Дж.; Блисс М.; Брайт Д. В.; и др. (1993). «Характеристики и применение нейтронных датчиков на основе сцинтилляционного стекловолокна». Труды семинара SCIFI 93 по сцинтилляционным волоконным детекторам : 463–472.
  18. ^ Абель, К. Х.; Артур Р. Дж.; Блисс М.; Брайт Д. В.; и др. (1994). «Сцинтилляционные стеклянные волоконно-оптические нейтронные датчики». Труды MRS . 348 : 203–208. Bibcode : 1994mrs..meetR...4A. doi : 10.1557/PROC-348-203.
  19. ^ Bliss, M.; Craig RA; Reeder PL (1994). "Физика и взаимосвязи структура-свойство сцинтилляционных материалов: влияние термической истории и химии на световой выход сцинтилляционных стекол". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A. 342 ( 2–3): 357–393. Bibcode : 1994NIMPA.342..357B. doi : 10.1016/0168-9002(94)90263-1.
  20. ^ Блисс, М.; Крейг РА; Ридер ПЛ; Санберг ДС; Вебер МДж (1994). «Взаимосвязь между микроструктурой и эффективностью сцинтилляционных стекол». Труды MRS . 348 : 195–202. doi :10.1557/PROC-348-195.
  21. ^ Seymour, R.; Crawford, T.; et al. (2001). «Характеристики контроля порталов, грузовых перевозок и транспортных средств с использованием сцинтилляционных стекловолоконных детекторов для обнаружения плутония в Программе оценки радиационной опасности незаконного оборота». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 248 (3): 699–705. Bibcode : 2001JRNC..248..699S. doi : 10.1023/A:1010692712292. S2CID  94473173.
  22. ^ Seymour, RS; Craig RA; Bliss M.; Richardson B.; Hull CD; Barnett DS (1998). Robertson, David E. (ред.). «Характеристики нейтронно-чувствительной сцинтилляционной стекловолоконной панели для контроля портала, грузов и транспортных средств». Proc. SPIE . Nuclear Waste Instrumentation Engineering. 3536 : 148–155. doi :10.1117/12.339067. S2CID  137600990.[ постоянная мертвая ссылка ]
  23. ^ Seymour, RS; Richardson B.; Morichi M.; Bliss M.; Craig RA; Sunberg DS (2000). «Сцинтилляционные стекловолоконные нейтронные датчики, их применение и производительность для обнаружения и мониторинга плутония». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 243 (2): 387–388. Bibcode : 2000JRNC..243..387S. doi : 10.1023/A:1016009726996. S2CID  94700090.
  24. ^ Сайт Nucsafe Inc.
  25. ^ ab Van Ginhoven, RM; Kouzes RT; Stephens DL (2009). «Альтернативные технологии нейтронных детекторов для внутренней безопасности PIET-43741-TM-840 PNNL-18471». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  26. ^ Янагида, Т.; и др. (2011). «Сцинтиллятор LiCaAlF 6 , легированный европием и натрием, для обнаружения нейтронов». Прикладная физика Экспресс . 4 (10): 106401. Бибкод : 2011APExp...4j6401Y. дои : 10.1143/apex.4.106401. S2CID  94408433.
  27. ^ Коле, М.; и др. (2013). «Измерение нейтронов в атмосфере высоких широт с помощью воздушного шара с использованием нейтронного детектора LiCAF». Отчет конференции симпозиума по ядерной науке . arXiv : 1311.5531 . Bibcode : 2013arXiv1311.5531K.
  28. ^ Iwanowska, J.; et al. (2011). «Обнаружение тепловых нейтронов с помощью монокристаллов LiCaAlF 6 , легированных Ce 3+ ». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A. 652 ( 1): 319–322. Bibcode :2011NIMPA.652..319I. doi :10.1016/j.nima.2010.09.182.
  29. ^ Крупноформатный сцинтилляционный детектор NaI:Tl, легированный литием и кобальтом, для двойного обнаружения гамма-излучения и нейтронов, Технический документ 2017 г.
  30. ^ NaI:Tl (NaIL), легированный литием — нейтронно-гамма-сцинтиллятор большого объема с исключительной дискриминацией формы импульса. Презентация IEEE 2017 г.
  31. ^ Пример двойного детектора гамма-нейтронов.
  32. ^ Карузо, AN (2010). «Физика материалов и геометрий твердотельных нейтронных детекторов». J. Phys.: Condens. Matter . 22 (44): 443201 (32 стр.). doi :10.1088/0953-8984/22/44/443201. PMID  21403341. S2CID  1841640.
  33. ^ Роуз, А. (1967). «Распыленные пленки бора на барьерных детекторах поверхности кремния». Ядерные приборы и методы . 52 (1): 166–170. Bibcode : 1967NucIM..52..166R. doi : 10.1016/0029-554X(67)90576-9.
  34. ^ Пописил, С.; Сопко, Б.; Хавранкова Е.; Жанут, З.; Коничек, Дж.; Маха, И.; Павлу, Дж. (1993). «Si-диод как небольшой детектор медленных нейтронов». Радиационная защита Дозиметрия . 46 : 115–118.
  35. ^ Бабкок, Р.В.; Дэвис, Р.Э.; Руби, С.Л.; Сан, К.Х.; Уолли, Э.Д. (1959). «Покрытый полупроводник — крошечный детектор нейтронов». Nucleonics . 17 : 116–122.
  36. ^ МакГрегор, Д.С.; Хаммиг, М.Д.; Янг Й.Х.; Герш, Х.К.; Кланн, Р.Т. (2003). «Конструктивные соображения для тонкопленочных полупроводниковых детекторов тепловых нейтронов – I: Основы относительно реактивных пленок, излучающих альфа-частицы нейтронов». Ядерные приборы и методы A. 500 ( 1–3): 272–308. Bibcode : 2003NIMPA.500..272M. doi : 10.1016/S0168-9002(02)02078-8.
  37. ^ Раух, Х.; Грасс, Ф.; Фейгл, Б. (1967). «Эйн Нойартигер Детектор для Лангсаме Нейтронен». Ядерные приборы и методы . 46 (1): 153–156. Бибкод : 1967NucIM..46..153R. дои : 10.1016/0029-554X(67)90408-9.
  38. ^ Feigl, B.; Rauch, H. (1968). "Der Gd-neutronenzahler". Ядерные приборы и методы . 61 (3): 349–356. Bibcode : 1968NucIM..61..349F. doi : 10.1016/0029-554X(68)90250-4.
  39. ^ McGregor, DS; Klann, RT; Sanders, JD; Lindsay, JT; Linden, KJ; Gersch, HK; De Lurgio, PM; Fink, CL; Ariesanti, E. (2002). James, Ralph B; Franks, Larry A; Burger, Arnold; Westbrook, Edwin M; Durst, Roger D (ред.). "Recent Results From Thin-Film-Coated Semiconductor Neutron Detectors". Proc. SPIE . 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. 
  40. ^ МакГрегор, Д.С.; Беллинджер, С.Л.; Шультис, Дж.К. (2013). «Современное состояние микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов» (PDF) . J. Cryst. Growth . 379 : 99–110. Bibcode : 2013JCrGr.379...99M. doi : 10.1016/j.jcrysgro.2012.10.061. hdl : 2097/16983 .
  41. ^ McGregor, DS; Bellinger, SL; Fronk, RG; Henson, LC; Huddleston, DE; Ochs, TR; Shultis, JK; Sobering, TJ; Taylor, RD (2015). «Разработка компактных высокоэффективных микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов». Rad. Phys. Chem . 116 : 32–37. Bibcode :2015RaPC..116...32M. doi : 10.1016/j.radphyschem.2015.05.025 .
  42. ^ Муминов, РА; Цванг, ЛД (1987). «Высокоэффективные полупроводниковые детекторы тепловых нейтронов». Советская атомная энергия . 62 (4): 316–319. doi :10.1007/BF01123372. S2CID  119511403.
  43. ^ Schelten, J.; Balzhauser, M.; Hongesberg, F.; Engels, R.; Reinartz, R. (1997). «Разработка нового нейтронного детектора на основе кремниевого полупроводника и преобразователя 6 LiF». Physica B: Condensed Matter . 234–236: 1084–1086. Bibcode : 1997PhyB..234.1084S. doi : 10.1016/S0921-4526(97)00024-0.
  44. ^ McGregor, DS; Klann, RT; Gersch, HK; Ariesanti, E.; Sanders, JD; Van Der Elzen, B. (2001). "Новая морфология поверхности для тонкопленочных детекторов тепловых нейтронов с низким напряжением". IEEE Nucl Sci. Symp. Conf. Rec., Сан-Диего, Калифорния, 4-9 ноября . 49 (4): 1999. Bibcode : 2002ITNS...49.1999M. doi : 10.1109/TNS.2002.801697.
  45. ^ McGregor, DS; Klann, RT; Gersch, HK; Ariesanti, E.; Sanders, JD; Van Der Elzen, B. (2002). «Новая морфология поверхности для тонкопленочных детекторов тепловых нейтронов с низким напряжением». Труды IEEE по ядерной науке . 49 (4): 1999–2004. Bibcode : 2002ITNS...49.1999M. doi : 10.1109/TNS.2002.801697.
  46. ^ Fronk, RG; Bellinger, SL; Henson, LC; Huddleston, DE; Ochs, TR; Sobering, TJ; McGregor, DS (2015). «Высокоэффективные микроструктурированные полупроводниковые нейтронные детекторы для прямой замены гелия-3». Nucl. Instrum. Methods A. 779 : 25–32. doi :10.1016/j.nima.2015.01.041.
  47. ^ Ухер, Дж.; Якубек Дж.; Кенни, К.; Когоут, З.; Линхарт, В.; Паркер, С.; Петерссон, С.; Поспишил, С.; Тунгстрем, Г. (2007). «Характеристика 3D-полупроводниковых детекторов тепловых нейтронов». Нукл. Инструмент. Методы А. 576 (1): 32–37. Бибкод : 2007NIMPA.576...32U. дои :10.1016/j.nima.2007.01.115.
  48. ^ Николич, Р. Дж.; Конвей, А. М.; Рейнхарт, К. Э.; Графф, Р. Т.; Ванг, Т. Ф. (2008). "6:1 Aspect Ratio Silicon Pillar Based Thermal Neutron Detector Filled with 10B". Appl. Phys. Lett . 93 (13): 133502 (3 страницы). Bibcode : 2008ApPhL..93m3502N. doi : 10.1063/1.2985817.
  49. ^ Сайт RDT, Inc.
  50. ^ Ochs, TR; Bellinger, SL; Fronk, RG; Henson, LC; Huddleston, DE; Lyric, ZI; Shultis, JK; Smith CT; Sobering, TJ; McGregor, DS (2017). «Современное состояние прямой замены гелия-3 на основе микроструктурированного полупроводникового нейтронного детектора». IEEE Trans. Nucl. Sci . 64 (7): 1846–1850. Bibcode : 2017ITNS...64.1846O. doi : 10.1109/TNS.2017.2653719. S2CID  38524621.
  51. ^ Ananthanarayanan, KP; Gielisse, PJ; Choudry, A. (1974). «Соединения бора для обнаружения тепловых нейтронов». Nucl. Instrum. Methods . 118 (1): 45–48. Bibcode : 1974NucIM.118...45A. doi : 10.1016/0029-554X(74)90683-1.
  52. ^ Kumashiro, Y.; Okada, Y.; Misawa, S.; Koshiro, T. (1987). «Подготовка 10 BP монокристаллов». Труды Десятой международной конференции по химическому осаждению из паровой фазы . 87–88: 813–818.
  53. ^ Эмин, Д.; Аселаге, ТЛ (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.
  54. ^ Caruso, AN; Dowben, PA; Balkir, N.; Schemm, N.; Osberg, K.; Fairchild, RW; Flores, OB; Balaz, S.; Harken, AD; Robertson, BW; Brand, JI (2006). "Диодный нейтронный детектор на основе карбида бора: сравнение и теория". Mater. Sci. Eng. B . 135 (2): 129–133. doi :10.1016/j.mseb.2006.08.049.
  55. ^ МакГрегор, Д.С.; Унру, Т.; МакНил, В.Дж. (2008). «Обнаружение тепловых нейтронов с помощью пиролитического нитрида бора». Nucl. Instrum. Methods A. 591 ( 3): 530–533. Bibcode : 2008NIMPA.591..530M. doi : 10.1016/j.nima.2008.03.002.
  56. ^ Doan, TC; Majety, S.; Grenadier, S.; Li, J.; Lin, JY; Jiang, HX (2015). «Тонкопленочные детекторы тепловых нейтронов на основе гексагонального нитрида бора с высоким энергетическим разрешением продуктов реакции». Nucl. Instrum. Methods A. 783 : 121–127. Bibcode : 2015NIMPA.783..121D. doi : 10.1016/j.nima.2015.02.045.
  57. ^ Домнич, В.; Рейно, С.; Хабер, РА; Човалла, М. (2011). «Карбид бора: структура, свойства и устойчивость под напряжением». J. Am. Ceram. Soc . 94 (11): 3605–3628. doi :10.1111/j.1551-2916.2011.04865.x.
  58. ^ Montag, BW; Reichenberger, MA; Edwards, N.; Ugorwoski, PB; Sunder, M.; Weeks, J.; McGregor, DS (2016). «Изготовление устройств, характеристика и реакция обнаружения тепловых нейтронов полупроводниковых приборов LiZnP и LiZnAs». Nucl. Instrum. Methods A. 836 : 30–36. Bibcode : 2016NIMPA.836...30M. doi : 10.1016/j.nima.2016.08.037 .
  59. ^ Врадии, АГ; 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. дои : 10.1007/BF01119710. S2CID  95935837.
  60. ^ МакГрегор, DS; Линдсей, JT; Олсен, RW (1996). "Обнаружение тепловых нейтронов с помощью полупроводниковых детекторов на основе кадмия 1-x цинка x теллурида". Nucl. Instrum. Methods A. 381 ( 2–3): 498–501. Bibcode : 1996NIMPA.381..498M. doi : 10.1016/S0168-9002(96)00580-3.
  61. ^ Бейерле, АГ; Халл, КЛ (1987). «Обнаружение нейтронов с помощью детекторов на основе йодида ртути». Nucl. Instrum. Methods A. 256 ( 2): 377–380. Bibcode : 1987NIMPA.256..377B. doi : 10.1016/0168-9002(87)90236-1.
  62. ^ Белл, З. В.; Поль, К. Р.; 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. OSTI  812511. S2CID  62773581.
  63. ^ ван Эйк, CWE; де Хаас, JTM; Доренбос, П.; Крамер, К.В.; Гудель, Ху (2005). «Разработка эльпасолита и моноклинных сцинтилляторов тепловых нейтронов». Протокол конференции симпозиума по ядерной науке IEEE, 2005 г. Том. 1. ИИЭР. стр. 239–243. дои : 10.1109/NSSMIC.2005.1596245. ISBN 978-0-7803-9221-2. S2CID  44200145.
  64. ^ Stromswold, DC; AJ Peurrung; RR Hansen; PL Reeder (1999). «Прямое обнаружение быстрых нейтронов. PNNL-13068, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  65. ^ Pozzi, SA ; JL Dolan; EC Miller; M. Flaska; SD Clarke; A. Enqvist; P. Peerani; MA Smith-Nelson; E. Padovani; JB Czirr; LB Rees (2011). «Оценка новых и существующих органических сцинтилляторов для обнаружения быстрых нейтронов». Труды 52-го ежегодного заседания Института управления ядерными материалами на CD-ROM, Палм-Дезерт, Калифорния, США. 17–22 июля .
  66. ^ Льюис, Дж. М.; Р. П. Келли; Д. Мурер; К. А. Джордан (2014). «Обнаружение сигнала деления с использованием сцинтилляционных детекторов на быстрых нейтронах с гелием-4». Appl. Phys. Lett . 105 (1): 014102. Bibcode : 2014ApPhL.105a4102L. doi : 10.1063/1.4887366.
  67. ^ Ghosh, P.; W. Fu; MJ Harrison; PK Doyle; NS Edwards; JA Roberts; DS McGregor (2018). «Высокоэффективный микрослоистый детектор быстрых нейтронов с низким черенковским излучением для годоскопа TREAT». Ядерные приборы и методы в исследованиях физики, раздел A. 904 : 100–106. Bibcode : 2018NIMPA.904..100G. doi : 10.1016/j.nima.2018.07.035 . S2CID  126130994.
  68. ^ Ghosh, P.; DM Nichols; W. Fu; JA Roberts; DS McGregor (2019). «Отклонение гамма-излучения микрослоистого детектора быстрых нейтронов, связанного с SiPM». Симпозиум IEEE по ядерной науке и конференция по медицинской визуализации (NSS/MIC) 2019 г. стр. 1–3. doi : 10.1109/NSS/MIC42101.2019.9059869. ISBN 978-1-7281-4164-0. S2CID  204877955.
  69. ^ Vanier, PE; Forman, L.; Dioszegi, I.; Salwen, C.; Ghosh, VJ (2007). «Калибровка и тестирование направленного детектора быстрых нейтронов большой площади». IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record 2007. IEEE. стр. 179–184. doi :10.1109/NSSMIC.2007.4436312. ISBN 978-1-4244-0922-8. S2CID  26211444.
  70. ^ Frenje, J. (1996), «Диагностика нейтронов MPR в струе — исследование прототипа ITER», Диагностика для экспериментальных термоядерных реакторов синтеза , Springer US, стр. 417–420, doi :10.1007/978-1-4613-0369-5_49, ISBN 9781461380207
  71. ^ Хатчинсон, И. Х. (2002). Принципы диагностики плазмы (2-е изд.). Кембридж: Cambridge University Press. ISBN 0521803896. OCLC  50124576.
  72. ^ Джон Ф. Биком и Марк Р. Вагинс (2004). «Спектроскопия антинейтрино с большими водяными черенковскими детекторами». Physical Review Letters . 93 (17): 171101. arXiv : hep-ph/0309300 . Bibcode : 2004PhRvL..93q1101B. doi : 10.1103/PhysRevLett.93.171101. PMID  15525063. S2CID  10472028.
  73. ^ ab Leo, WR (1994). Методы проведения экспериментов по ядерной физике и физике частиц . Springer .
  74. ^ abc Cerny, JC, Dolemal, Z., Ivanov, MP, Kuzmin, EP, Svejda, J., Wilhelm, I. (2003). "Изучение нейтронного отклика и дискриминации n–γ методом сравнения зарядов для малого жидкостного сцинтилляционного детектора". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A . 527 (3): 512–518. arXiv : nucl-ex/0311022 . Bibcode :2004NIMPA.527..512C. doi :10.1016/j.nima.2004.03.179.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  75. ^ Jastaniah, SD, Sellin, PJ (2003). "Цифровые методы для нейтронной спектроскопии с захватом и дискриминацией формы импульса n–γ с использованием жидкости". Ядерные приборы и методы в исследованиях физики A. 517 ( 1–3): 202–210. Bibcode : 2004NIMPA.517..202J. doi : 10.1016/j.nima.2003.08.178.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

Дальнейшее чтение