Обнаружение нейтронов - Neutron detection

Наука с нейтроны
Neutron.svg
Фонды
Рассеяние нейтронов
Другие приложения
Инфраструктура
Нейтронные объекты

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

Основы физики

Сигнатуры, по которым нейтрон может быть обнаружен

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

  • Заряд: нейтроны являются нейтральными частицами и не ионизируются напрямую; следовательно, их труднее обнаружить напрямую, чем заряженные частицы. Кроме того, на их траекторию движения электрические и магнитные поля слабо влияют.
  • Масса: нейтронная масса 1.0086649156(6) ты[1] не обнаруживается непосредственно, но влияет на реакции, посредством которых его можно обнаружить.
  • Реакции: нейтроны реагируют с рядом материалов через упругое рассеяние производя ядро ​​отдачи, неупругое рассеяние образование возбужденного ядра или поглощение с трансмутацией образовавшегося ядра. Большинство подходов к обнаружению основаны на обнаружении различных продуктов реакции.
  • Магнитный момент: хотя нейтроны имеют магнитный момент из −1.9130427(5) μN, методы обнаружения магнитного момента слишком нечувствительны для использования для обнаружения нейтронов.
  • Электрический дипольный момент: предсказано, что нейтрон будет иметь лишь крошечный электрический дипольный момент, который еще не обнаружен. Следовательно, это не жизнеспособная сигнатура обнаружения.
  • Распад: вне ядра свободные нейтроны нестабильны и имеют средняя продолжительность жизни из 885.7±0,8 с (около 14 минут 46 секунд).[1] Свободные нейтроны распадаются с испусканием электрона и электронного антинейтрино, чтобы стать протоном, процесс, известный как бета-распад:[2]

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

Классические варианты обнаружения нейтронов

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

  • Абсорбционные реакции с быстрыми реакциями - нейтроны низкой энергии обычно обнаруживаются косвенно через реакции поглощения. Типичные используемые абсорбирующие материалы имеют высокую поперечные сечения для поглощения нейтронов и включают гелий-3, литий-6, бор-10, и уран-235. Каждый из них реагирует испусканием ионизированных частиц высокой энергии, ионизационный трек из которых можно обнаружить с помощью ряда средств. Обычно используемые реакции включают: 3Он (п, р) 3ЧАС, 6Ли (п, т) 4Он, 10В (п, α) 7Ли и деление урана.[3]
  • Процессы активации - нейтроны могут быть обнаружены по реакции с поглотителями в радиационный захват, раскол или аналогичная реакция, производящая продукты реакции, которые позже распадаются, высвобождая бета-частицы или же гамма. Выбранные материалы (например, индий, золото, родий, утюг (56Fe (п, р)56Mn), алюминий (27Al (n, α)24Na),ниобий (93Nb (n, 2n)92мNb), & кремний (28Si (n, p) 28Al)) имеют чрезвычайно большие сечения захвата нейтронов в очень узком диапазоне энергий. Использование нескольких образцов поглотителя позволяет характеризовать энергетический спектр нейтронов. Активация также позволяет воссоздать историческое нейтронное облучение (например, судебно-медицинское воссоздание нейтронного облучения во время случайная критичность ).[3]
  • Реакции упругого рассеяния (также называемые отдачей протонов) - нейтроны высоких энергий обычно обнаруживаются косвенно через упругое рассеяние реакции. Нейтроны сталкиваются с ядрами атомов в детекторе, передавая энергию этим ядрам и создавая ионы, которые обнаруживаются. Поскольку максимальная передача энергии происходит, когда масса атома, с которым сталкивается нейтрон, сравнима с массой нейтрона, водородный[4] материалы часто являются предпочтительной средой для таких детекторов.[3]

Типы нейтронных детекторов

Пропорциональные детекторы газа

Пропорциональные детекторы газа может быть адаптирован для обнаружения нейтронов. Хотя нейтроны обычно не вызывают ионизация, добавление нуклид с высоким нейтронное сечение позволяет детектору реагировать на нейтроны. Обычно для этой цели используются следующие нуклиды: гелий-3, литий-6, бор-10 и уран-235. Поскольку эти материалы, скорее всего, будут реагировать с тепловые нейтроны (т.е. нейтроны, которые замедлились до равновесия с окружающей средой), они обычно окружены модерирующие материалы чтобы снизить их энергию и повысить вероятность обнаружения.

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

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

3Газонаполненные пропорциональные извещатели

Изотоп гелия, 3Он обеспечивает эффективный материал детектора нейтронов, потому что 3Он реагирует, поглощая тепловые нейтроны, производя 1Рука 3H ион. Его чувствительность к гамма-излучению незначительна, что делает его очень полезным детектором нейтронов. К сожалению, поставка 3Он ограничен производством в качестве побочного продукта при распаде трития (период полураспада которого составляет 12,3 года); тритий производится либо в рамках оружейных программ как ускоритель ядерного оружия, либо как побочный продукт работы реактора.

BF3 газонаполненные пропорциональные извещатели

Поскольку элементарный бор не газообразный, нейтронные детекторы, содержащие бор, могут альтернативно использовать трифторид бора (BF3) с обогащением до 96% бором-10 (бор природный 20% 10В, 80% 11Б).[5] Трифторид бора очень токсичен. Чувствительность этого детектора составляет около 35-40 сП / нВ, тогда как чувствительность с покрытием из бора составляет около 4 сП / нв. Это связано с тем, что в футеровке бором n реагирует с бором и, следовательно, образует ионные пары внутри слоя. Следовательно, произведенные заряженные частицы (альфа и литий) теряют часть своей энергии внутри этого слоя. Заряженные частицы низкой энергии не могут достичь газовой среды ионизационной камеры. Следовательно, количество ионизаций, производимых в газе, также меньше.

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

Пропорциональные детекторы с борной футеровкой

В качестве альтернативы, пропорциональные счетчики с борной футеровкой, заполненные газом, реагируют аналогично BF.3 газонаполненные пропорциональные извещатели, за исключением того, что стены покрыты 10B. В этой конструкции, поскольку реакция происходит на поверхности, только одна из двух частиц улетит в пропорциональный счетчик.

Сцинтилляционные нейтронные детекторы

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

Сцинтилляционные детекторы из стекловолокна, чувствительные к нейтронам

Искрящийся 6Литиевое стекло для обнаружения нейтронов впервые было сообщено в научной литературе в 1957 году.[11] и ключевые успехи были сделаны в 1960-х и 1970-х годах.[12][13] Сцинтилляционное волокно было продемонстрировано Аткинсоном М. и другие. в 1987 г.[14] и большие успехи были сделаны в конце 1980-х - начале 1990-х годов в Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории, где она была разработана как секретная технология.[15][16][17][18][19] Он был рассекречен в 1994 году и впервые получил лицензию Oxford Instruments в 1997 году, после чего в 1999 году был передан Nucsafe.[20][21][22] Волоконно-оптические детекторы в настоящее время производятся и продаются компанией Nucsafe, Inc.[23]

Сцинтилляционные стеклянные волокна работают за счет включения 6Ли и Се3+ в объемный состав стекла. В 6Li имеет высокое сечение поглощения тепловых нейтронов через 6Li (n, α) реакция. Поглощение нейтронов производит ион трития, альфа-частицу и кинетическую энергию. Альфа-частица и тритон взаимодействуют со стеклянной матрицей, вызывая ионизацию, которая передает энергию Ce.3+ ионов и приводит к испусканию фотонов с длиной волны 390 нм - 600 нм в качестве возбужденного состояния Ce3+ ионы возвращаются в основное состояние. Событие приводит к вспышке света в несколько тысяч фотонов на каждый поглощенный нейтрон. Часть сцинтилляционного света распространяется через стекловолокно, которое действует как волновод. Концы волокон оптически соединены с парой фотоумножителей (ФЭУ) для обнаружения всплесков фотонов. Детекторы могут использоваться для обнаружения как нейтронов, так и гамма-излучения, которые обычно распознаются с помощью дискриминации по высоте импульса. Были предприняты значительные усилия и достигнут прогресс в снижении чувствительности волоконных детекторов к гамма-излучению. Оригинальные детекторы страдали от ложных нейтронов в гамма-поле 0,02 мР. Улучшения дизайна, процесса и алгоритма теперь позволяют работать в гамма-полях до 20 мР / ч (60Со).

Сцинтилляционные волоконно-оптические детекторы обладают превосходной чувствительностью, прочностью и быстродействием (~ 60 нс), так что возможен большой динамический диапазон скоростей счета. Детекторы имеют то преимущество, что им можно придать любую желаемую форму, и их можно сделать очень большими или очень маленькими для использования в различных приложениях.[24] Кроме того, они не полагаются на 3Он или любое сырье, доступность которого ограничено, а также не содержит токсичных или регулируемых материалов. Их производительность соответствует или превышает 3Гелиевые трубки для общего счета нейтронов из-за более высокой плотности поглощающих нейтроны частиц в твердом стекле по сравнению с газообразным высоким давлением. 3Он.[24] Хотя сечение тепловых нейтронов 6Ли низкий по сравнению с 3Он (940 амбаров против 5330 амбаров), атомная плотность 6Li в волокне в пятьдесят раз больше, что дает преимущество в эффективном соотношении плотностей захвата примерно 10: 1.

LiCaAlF6

LiCaAlF6 представляет собой нейтроночувствительный неорганический сцинтилляторный кристалл, который, как и чувствительные к нейтронам сцинтилляционные детекторы из стекловолокна, использует захват нейтронов с помощью 6Ли. Однако в отличие от сцинтилляционных детекторов из стекловолокна 6Li является частью кристаллической структуры сцинтиллятора, что придает ему естественный высокий 6Плотность Li. Добавляется легирующий агент, чтобы придать кристаллу его сцинтилляционные свойства, два общих легирующих агента - трехвалентный церий и двухвалентный европий. LiCaAlF, легированный европием6 имеет преимущество перед другими материалами, состоящее в том, что количество оптических фотонов, генерируемых на нейтронный захват, составляет около 30 000, что в 5 раз выше, чем, например, в нейтронно-чувствительных сцинтилляционных стеклянных волокнах.[25] Это свойство облегчает распознавание нейтронных фотонов. Из-за высокого 6Плотность Li этот материал подходит для изготовления легких компактных детекторов нейтронов, в результате LiCaAlF6 использовался для обнаружения нейтронов на больших высотах в полетах на воздушных шарах.[26] Длительное время распада Eu2+ легированный LiCaAlF6 делает его менее подходящим для измерений в условиях высокой радиации, Ce3+ допированный вариант имеет более короткое время распада, но страдает меньшим световыходом.[27]

Нейтрон-гамма-сцинтиллятор с двойным детектированием NaIL

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

Полупроводниковые детекторы нейтронов

Существует два основных типа полупроводниковых нейтронных детекторов, первый из которых представляет собой электронные устройства, покрытые нейтронно-реактивным материалом, а второй - полупроводник, частично состоящий из нейтронно-реактивного материала.[31] Наиболее успешной из этих конфигураций является тип устройства с покрытием, и примером может служить обычный планарный Si-диод, покрытый либо 10B или 6LiF.[32][33]Этот тип детектора был впервые предложен Бэбкоком и др.[34] Концепция проста. Нейтрон поглощается реактивной пленкой и самопроизвольно испускает энергетические продукты реакции. Продукт реакции может достигать поверхности полупроводника и при попадании в полупроводник образует электронно-дырочные пары. Под действием обратного напряжения смещения эти электроны и дырки проходят через диод для создания наведенного тока, обычно интегрируемого в импульсном режиме для формирования выходного напряжения. Максимальный собственный КПД для устройств с одинарным покрытием составляет примерно 5% для тепловых нейтронов (0,0259 eV), а конструкция и работа подробно описаны в литературе.[35]Ограничение эффективности регистрации нейтронов является следствием самопоглощения продуктов реакции. Например, пробег в пленке бора α-частиц 1,47 МэВ от 10В (п, α) 7Реакция Li составляет примерно 4,5 микрона, а диапазон тритонов LiF составляет 2,7 МэВ от 10В (п, α) 7Реакция Li составляет примерно 28 микрон. Продукты реакции, происходящие на больших расстояниях от границы раздела пленка / полупроводник, не могут достигать поверхности полупроводника и, следовательно, не будут способствовать обнаружению нейтронов. Устройства, покрытые природным Gd, также были исследованы, в основном из-за его большого микроскопического сечения тепловых нейтронов, составляющего 49000 единиц. сараи.[36][37] Однако интересующие нас продукты реакции Gd (n, γ) - это в основном электроны с низкой конверсией энергии, в основном сгруппированные около 70 кэВ. Следовательно, различение событий, индуцированных нейтронами, и событий гамма-излучения (в основном вызывающих комптоновские рассеянные электроны) для полупроводниковых диодов с покрытием Gd затруднено. Компенсированный пиксельный дизайн пытался решить проблему.[38] В целом, устройства с покрытием 10B или 6LiF предпочтительнее в основном потому, что продукты реакции с энергичными заряженными частицами намного легче отличить от фонового излучения.

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

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

Конфигурация устройства MSND была впервые предложена Муминовым и Цвангом,[41] а позже Schelten et al.[42] Спустя годы был изготовлен и продемонстрирован первый рабочий образец МСНД.[43],[44] тогда эффективность регистрации тепловых нейтронов составляет всего 3,3%. После этой первоначальной работы MSND достигли эффективности обнаружения тепловых нейтронов более 30%.[45] Хотя MSND могут работать на встроенном потенциале (нулевое приложенное напряжение), они работают лучше всего при приложении напряжения 2-3 В. Несколько групп сейчас работают над вариантами MSND.[46][47] Самые удачные виды - это разновидности с засыпкой 6LiF материал. В настоящее время MSND производятся и продаются на коммерческой основе компанией Radiation Detection Technologies, Inc.[48]Сообщалось о продвинутых экспериментальных версиях двусторонних MSND с противоположными микроструктурами на обеих сторонах полупроводниковой пластины с эффективностью регистрации тепловых нейтронов более 65%.[49] и теоретически способны обеспечить КПД более 70%.

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

Объемные материалы, которые зависят от эмиссии заряженных частиц, основаны на бор- и литийсодержащих полупроводниках. В поисках объемных полупроводниковых детекторов нейтронов материалы на основе бора, такие как БП, БА, БН и Б4C исследованы больше, чем другие потенциальные материалы.[50][51][52][53][54][55]

Полупроводники на основе бора в кубической форме трудно выращивать в виде объемных кристаллов, главным образом потому, что для их синтеза требуются высокие температуры и высокое давление. BP и Bas могут разлагаться на нежелательные кристаллические структуры (от кубической до икосаэдрической формы), если они не синтезируются под высоким давлением. B4C также образует икосаэдрические единицы в ромбоэдрической кристаллической структуре, что является нежелательным преобразованием, поскольку икосаэдрическая структура имеет относительно плохие свойства сбора заряда.[56] что делает эти икосаэдрические формы непригодными для регистрации нейтронов.

BN может быть образован в виде простых гексагональных, кубических (цинковая обманка) кристаллов или кристаллов вюрцита, в зависимости от температуры роста, и обычно его выращивают тонкопленочными методами. Это простая гексагональная форма BN, которая наиболее изучена в качестве детектора нейтронов. Методы тонкопленочного химического осаждения из паровой фазы обычно используются для получения БП, БА, БН или Б4Эти пленки на основе бора часто выращивают на подложках Si n-типа, которые могут образовывать pn переход с Si и, следовательно, производить Si-диод с покрытием, как описано в начале этого раздела. Следовательно, нейтронный отклик устройства можно легко принять за общий отклик, когда на самом деле это отклик диода с покрытием. На сегодняшний день существует мало свидетельств того, что полупроводники на основе бора производят собственные нейтронные сигналы.

Li-содержащие полупроводники, отнесенные к категории соединений Новотны-Джузы, также были исследованы как объемные детекторы нейтронов. Соединение Новотны-Джуза LiZnAs продемонстрировано в качестве детектора нейтронов;[57] однако этот материал сложно и дорого синтезировать, и сообщалось только о небольших полупроводниковых кристаллах. Наконец, были исследованы традиционные полупроводниковые материалы с нейтронно-реактивными добавками, а именно Si (Li) детекторы. Нейтроны взаимодействуют с добавкой лития в материале и производят энергетические продукты реакции. Однако концентрация легирующей примеси в Si-детекторах с дрейфом Li (или других легированных полупроводниках) относительно низкая, обычно менее 1019 см−3. Для вырожденной концентрации Li порядка 1019 см−3, блок природного Si (Li) толщиной 5 см будет иметь эффективность регистрации тепловых нейтронов менее 1%, в то время как блок Si (6Li) детектор имел бы эффективность регистрации тепловых нейтронов всего 4,6%.

Полупроводники, излучающие гамма-излучение, такие как CdTe,[58][59]и HgI2[60][61] успешно использовались в качестве детекторов нейтронов. Эти детекторы полагаются на мгновенное гамма-излучение от 113Cd (n, γ)114Cd-реакция (производящая гамма-лучи 558,6 и 651,3 кэВ) и 199Hg (n, γ) 200Реакция Hg (с гамма-излучением 368,1 кэВ и 661,1 кэВ). Однако эти полупроводниковые материалы предназначены для использования в качестве спектрометров гамма-излучения и, следовательно, по своей природе чувствительны к фону гамма-излучения. При адекватном энергетическом разрешении можно использовать различение высоты импульса, чтобы отделить мгновенное гамма-излучение от взаимодействий нейтронов. Однако эффективная эффективность регистрации нейтронов снижается из-за относительно небольшого комптоновского отношения. Другими словами, большинство событий добавляют к комптоновскому континууму, а не к полному пику энергии, тем самым затрудняя различение нейтронов и фоновых гамма-лучей. Кроме того, как природный Cd, так и Hg имеют относительно большие сечения тепловых нейтронов (n, γ) 2444 b и 369,8 b соответственно. Следовательно, большая часть тепловых нейтронов поглощается около поверхности детектора, так что почти половина мгновенных гамма-лучей излучается в направлениях от объема детектора и, таким образом, вызывает низкую эффективность обратного поглощения или взаимодействия гамма-лучей.

Детекторы нейтронной активации

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

Детекторы быстрых нейтронов

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

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

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

Приложения

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

  • Контрольно-измерительные приборы реактора: поскольку мощность реактора по существу линейно пропорциональна нейтронный поток, детекторы нейтронов являются важным средством измерения мощности ядерных энергетических и исследовательских реакторов. Реакторы кипящей воды может иметь десятки нейтронных детекторов, по одному на топливную сборку. Большинство нейтронных детекторов, используемых в ядерных реакторах теплового спектра, оптимизированы для обнаружения тепловые нейтроны.
  • Физика плазмы: обнаружение нейтронов используется в экспериментах по физике термоядерной плазмы, таких как JET.[69] Например, обнаруженная скорость нейтронов из плазмы может дать информацию о температуре ионов.[70]
  • Физика элементарных частиц: обнаружение нейтронов было предложено как метод улучшения детекторы нейтрино.[71]
  • Материаловедение: упругое и неупругое рассеяние нейтронов позволяет экспериментаторам характеризовать морфологию материалов в масштабах от Ангстремс примерно одному микрометр.
  • Радиационная безопасность: нейтронное излучение представляет собой опасность, связанную с источники нейтронов, космическое путешествие, ускорители и ядерные реакторы. Детекторы нейтронов, используемые для радиационной безопасности, должны учитывать относительная биологическая эффективность (то есть способ повреждения, вызванного нейтронами, зависит от энергии).
  • Обнаружение космических лучей: вторичные нейтроны являются одним из компонентов ливни частиц производится в атмосфере Земли космические лучи. Специализированные наземные нейтронные детекторы, а именно нейтронные мониторы, используются для отслеживания вариаций потока космических лучей.
  • Обнаружение специальных ядерных материалов: Специальные ядерные материалы (SNM), например уран-233 и плутоний-239 распад спонтанное деление, давая нейтроны. Детекторы нейтронов могут использоваться в коммерческих целях для мониторинга СЯМ.

Экспериментальное обнаружение нейтронов

Эксперименты, в которых используется эта наука, включают эксперименты по рассеянию, в которых должны быть обнаружены направленные нейтроны, а затем рассеянные от образца. Услуги включают Источник нейтронов ISIS на Лаборатория Резерфорда Эпплтона, то Источник нейтронов расщепления на Национальная лаборатория Окриджа, а Источник нейтронов расщепления (SINQ) на Институт Пауля Шеррера, в которых нейтроны образуются в результате реакции расщепления, и традиционные исследовательские реакторные установки, в которых нейтроны образуются при делении изотопов урана. Среди различных экспериментов по обнаружению нейтронов следует отметить фирменный эксперимент Европейское мюонное сотрудничество, впервые исполненный в ЦЕРН и теперь называется «эксперимент EMC». Тот же эксперимент проводится сегодня с более сложным оборудованием для получения более определенных результатов, связанных с исходным. Эффект 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 уровни обнаружения, нейтронная нейтральность и низкие энергии нейтронов.

Фоновый шум

Основными составляющими фонового шума при регистрации нейтронов являются высокоэнергетические фотоны, которые нелегко устранить с помощью физических препятствий. Другие источники шума, такие как альфа и бета-частицы, могут быть устранены различными защитными материалами, такими как вести, пластик, термоуголь и т. д. Таким образом, фотоны вызывают серьезные помехи при обнаружении нейтронов, так как неизвестно, обнаруживаются ли нейтроны или фотоны детектором нейтронов.Оба регистрируют схожие энергии после рассеяния на детектор от цели или окружающего света, и поэтому их трудно различить. Совпадение детектирование может также использоваться для отделения реальных нейтронных событий от фотонов и другого излучения.

Высокие показатели обнаружения

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

Нейтральность нейтронов

Нейтроны нейтральны и поэтому не реагируют на электрические поля. Это затрудняет их направление к детектору для облегчения обнаружения. Нейтроны также не ионизируют атомы, кроме как при прямом столкновении, поэтому детекторы газовой ионизации неэффективны.

Изменение поведения в зависимости от энергии

Детекторы, основанные на поглощении нейтронов, обычно более чувствительны к низкоэнергетическим тепловые нейтроны, и на порядки менее чувствительны к нейтронам высоких энергий. Сцинтилляционные детекторы, с другой стороны, испытывают трудности с регистрацией воздействия нейтронов низкой энергии.

Экспериментальная установка и метод

Рисунок 1: Экспериментальная установка

На рис. 1 показаны типовые основные компоненты установки блока регистрации нейтронов. В принципе, на схеме показана установка, как в любом современном физика элементарных частиц лаборатории, но подробности описывают настройку в Джефферсон Лаб (Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния ).

В этой установке падающие частицы, состоящие из нейтронов и фотонов, попадают в детектор нейтронов; обычно это сцинтилляционный детектор, состоящий из искрящийся материал, а волновод, а фотоумножитель трубки (PMT) и будет подключен к системе сбора данных (DAQ) для регистрации деталей обнаружения.

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

Осциллограф регистрирует импульс тока при каждом событии. Импульс - это просто ионизационный ток в детекторе, вызванный этим событием, отложенный во времени. Полная энергия падающей частицы может быть найдена путем интегрирования этого импульса тока по времени, чтобы получить общий заряд, нанесенный в конце ФЭУ. Эта интеграция выполняется в аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Общий накопленный заряд является прямой мерой энергии ионизирующей частицы (нейтрона или фотона), попадающей в детектор нейтронов. Этот метод интегрирования сигналов является признанным методом измерения ионизации в детекторе в ядерной физике.[72] У АЦП большее время простоя, чем у осциллографа, который имеет ограниченную память и должен быстро передавать события в АЦП. Таким образом, АЦП выбирает для анализа примерно одно из 30 событий с осциллографа. Поскольку типичная частота событий составляет около 106 нейтроны каждую секунду,[73] эта выборка по-прежнему 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 заключается в различии между формой импульса тока ионизации фотона и нейтрона. Фотонный импульс длиннее на концах (или «хвостах»), тогда как нейтронный импульс хорошо центрирован.[73] Этот факт можно использовать для идентификации входящих нейтронов и подсчета общей скорости приходящих нейтронов. Шаги, ведущие к этому разделению (те, которые обычно выполняются в ведущих национальных лабораториях, в частности, в лаборатории Джефферсона), - это экстракция стробированных импульсов и построение разницы.

Извлечение стробированных импульсов

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

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

Построение разницы

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

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

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

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

Контроль скорости

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

Более точные точки обнаружения

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

Можно спросить, как экспериментаторы могут быть уверены, что каждый импульс тока на осциллографе соответствует ровно одному событию. Это правда, потому что пульс длится около 50.нс, позволяя максимум 2×107 события каждую секунду. Это число намного выше, чем фактическая типичная ставка, которая обычно порядок величины меньше, как упоминалось выше.[73] Это означает, что наличие двух частиц, генерирующих один импульс тока, маловероятно. Текущие импульсы длятся 50 нс каждый и начинают регистрировать следующее событие после паузы с предыдущим событием.

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Обзор физики элементарных частиц, проведенный Группой данных по частицам, 2006 г.
  2. ^ Таблица сводных данных по группам частиц по барионам
  3. ^ а б c d Цулфанидис, Николас (1995). Измерение и обнаружение излучения (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Тейлор и Фрэнсис. стр.467 –501. ISBN  978-1-56032-317-4.
  4. ^ Материалы с высоким содержанием водорода, такие как вода или пластик.
  5. ^ Трифторид бора (BF3) Детекторы нейтронов
  6. ^ Юске, I .; Daiki, S .; Hirohiko, K .; Nobuhiro, S .; Кенджи, И. (2000). Ухудшение дискриминации формы импульса в жидком органическом сцинтилляторе при высоких энергиях. Запись конференции симпозиума по ядерной науке. 1. IEEE. С. 6 / 219–6 / 221. Дои:10.1109 / NSSMIC.2000.949173. ISBN  978-0-7803-6503-2. S2CID  119538680.
  7. ^ Kawaguchi, N .; Янагида, Т .; Yokota, Y .; Watanabe, K .; Камада, К .; Fukuda, K .; Suyama, T .; Йошикава, А. (2009). Исследование роста кристаллов и сцинтилляционных свойств в качестве детектора нейтронов на монокристалле LiCaAlF6, легированном ес диаметром 2 дюйма. Запись конференции симпозиума по ядерной науке. IEEE. С. 1493–1495. Дои:10.1109 / NSSMIC.2009.5402299. ISBN  978-1-4244-3961-4. S2CID  5807137.
  8. ^ Пример кристаллического сцинтиллятора на основе нейтронного монитора.
  9. ^ Боллинджер, Л. М .; Thomas, G.E .; Гинтер, Р. Дж. (1962). «Обнаружение нейтронов с помощью стеклянных сцинтилляторов». Ядерные инструменты и методы. 17 (1): 97–116. Bibcode:1962NucIM..17 ... 97B. Дои:10.1016 / 0029-554X (62) 90178-7.
  10. ^ Miyanaga, N .; Ohba, N .; Фудзимото, К. (1997). «Волоконный сцинтиллятор / детектор с полосовой камерой для измерения истории горения в эксперименте по термоядерному синтезу с инерционным удержанием». Обзор научных инструментов. 68 (1): 621–623. Bibcode:1997RScI ... 68..621M. Дои:10.1063/1.1147667.
  11. ^ Egelstaff, P. A .; и другие. (1957). «Стеклянные сцинтилляторы для быстрого обнаружения нейтронов промежуточных энергий». Ядерные инструменты и методы. 1 (4): 197–199. Bibcode:1957 NucIn ... 1..197E. Дои:10.1016 / 0369-643x (57) 90042-7.
  12. ^ Боллинджер, Л. М .; Thomas, G.E .; Гинтер, Р. Дж. (1962). «Обнаружение нейтронов стеклянными сцинтилляторами». Ядерные инструменты и методы. 17: 97–116. Bibcode:1962NucIM..17 ... 97B. Дои:10.1016 / 0029-554X (62) 90178-7.
  13. ^ Споварт, А. Р. (1976). "Нейтронные мерцающие стекла .1. Активация внешними заряженными частицами и тепловыми нейтронами". Ядерные инструменты и методы. 135 (3): 441–453. Bibcode:1976NucIM.135..441S. Дои:10.1016 / 0029-554X (76) 90057-4.
  14. ^ Аткинсон, М .; Fent J .; Фишер С .; и другие. (1987). "Первоначальные испытания трекера сцинтилляционного волокна (Scifi) с высоким разрешением". Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 254 (3): 500–514. Bibcode:1987НИМПА.254..500А. Дои:10.1016/0168-9002(87)90022-2.
  15. ^ Bliss, M .; Бродзинский Р. Л .; Craig R.A .; Джилхуд Б. Д .; Knopf M. A .; Miley H. S .; Perkins R.W .; Reeder P.L .; Санберг Д. С .; Уорнер Р. А .; Вогман Н. А. (1995). Джонсон, К. Брюс; Фенивс, Эрвин Дж (ред.). «Детекторы нейтронов на основе стекловолокна для сред с высоким и низким потоком». Proc. SPIE. Фотоэлектронные детекторы, камеры и системы. 2551: 108. Bibcode:1995SPIE.2551..108B. Дои:10.1117/12.218622. S2CID  137395702.[постоянная мертвая ссылка ]
  16. ^ Abel, K. H .; Артур Р. Дж .; Bliss M .; Brite D. W .; и другие. (1993). "Характеристики и применение сцинтиллирующих сенсоров нейтронов из стекловолокна". Материалы семинара SCIFI 93 по сцинтилляционным волоконным детекторам: 463–472.
  17. ^ Abel, K. H .; Артур Р. Дж .; Bliss M .; Brite D. W .; и другие. (1994). "Сцинтиллирующие стеклянные волоконно-оптические нейтронные сенсоры". Материалы симпозиума Общества исследования материалов. 348: 203–208. Bibcode:1994-й..встречаетR ... 4A. Дои:10.1557 / PROC-348-203.
  18. ^ Bliss, M .; Craig R.A .; Ридер П. Л. (1994). «Физика и взаимосвязь структура-свойство сцинтилляционных материалов: влияние термической истории и химии на светоотдачу сцинтилляционных стекол». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 342 (2–3): 357–393. Bibcode:1994НИМПА.342..357Б. Дои:10.1016/0168-9002(94)90263-1.
  19. ^ Bliss, M .; Craig R.A .; Reeder P.L .; Санберг Д. С .; Вебер М. Дж. (1994). «Взаимосвязь между микроструктурой и эффективностью сцинтилляционных стекол». Материалы симпозиума Общества исследования материалов. 348: 195–202. Дои:10.1557 / PROC-348-195.
  20. ^ Seymour, R .; Crawford, T .; и другие. (2001). «Порталы, грузовые перевозки и мониторинг транспортных средств с использованием сцинтилляционных детекторов из стекловолокна для обнаружения плутония в Программе оценки радиации незаконного оборота». Журнал радиоаналитической и ядерной химии. 248 (3): 699–705. Дои:10.1023 / А: 1010692712292. S2CID  94473173.
  21. ^ Сеймур, Р. С .; Craig R.A .; Bliss M .; Ричардсон Б .; Hull C.D .; Барнетт Д. С. (1998). «Характеристики нейтронно-чувствительной сцинтилляционной стекловолоконной панели для мониторинга порталов, грузов и транспортных средств». Proc. SPIE. Приборостроение для ядерных отходов. 3536: 148–155. Дои:10.1117/12.339067. S2CID  137600990.[постоянная мертвая ссылка ]
  22. ^ Сеймур, Р. С .; Ричардсон Б .; Моричи М .; Bliss M .; Craig R.A .; Санберг Д. С. (2000). «Датчики нейтронов из стекловолокна, их применение и характеристики для обнаружения и мониторинга плутония». Журнал радиоаналитической и ядерной химии. 243 (2): 387–388. Дои:10.1023 / А: 1016009726996. S2CID  94700090.
  23. ^ Веб-сайт Nucsafe Inc.
  24. ^ а б Van Ginhoven, R.M .; Кузес Р. Т .; Стивенс Д. Л. (2009). «Альтернативные технологии нейтронных детекторов для внутренней безопасности PIET-43741-TM-840 PNNL-18471». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  25. ^ Янагида, Т .; и другие. (2011). "LiCaAlF, содопированный европием и натрием6 Сцинтиллятор для обнаружения нейтронов ». Прикладная физика Экспресс. 4 (10): 106401. Bibcode:2011APExp ... 4j6401Y. Дои:10.1143 / apex.4.106401.
  26. ^ Коле, М .; и другие. (2013). "Измерение с помощью воздушного шара высокоширотных атмосферных нейтронов с использованием нейтронного детектора LiCAF". Запись конференции симпозиума по ядерной науке. arXiv:1311.5531. Bibcode:2013arXiv1311.5531K.
  27. ^ Iwanowska, J .; и другие. (2011). «Детектирование тепловых нейтронов с помощью Ce3+ легированный LiCaAlF6 монокристаллы ». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 652 (1): 319–322. Bibcode:2011NIMPA.652..319I. Дои:10.1016 / j.nima.2010.09.182.
  28. ^ Широкоформатный сцинтилляционный детектор NaI: Tl с ко-легированием Li для двойного обнаружения гамма-лучей и нейтронов, Техническая статья 2017 г.
  29. ^ Совместно легированный Li NaI: Tl (NaIL) - нейтронно-гамма-сцинтиллятор большого объема с исключительной дискриминацией формы импульса Презентация IEEE, 2017 г.
  30. ^ Пример двойного гамма-нейтронного детектора.
  31. ^ Карузо, А. (2010). "Физика материалов и геометрии твердотельных нейтронных детекторов". J. Phys .: Condens. Иметь значение. 22 (44): 443201 (32 с.). Дои:10.1088/0953-8984/22/44/443201. PMID  21403341.
  32. ^ Роуз, А. (1967). "Напыленные пленки бора на кремниевых поверхностных барьерных детекторах". Ядерные инструменты и методы. 52 (1): 166–170. Bibcode:1967NucIM..52..166R. Дои:10.1016 / 0029-554X (67) 90576-9.
  33. ^ Пописил, С .; Сопко, Б .; Гавранкова, Е .; Janout, Z .; Konicek, J .; Macha, I .; Павлу, Дж. (1993). «Si-диод как малый детектор медленных нейтронов». Дозиметрия радиационной защиты. 46: 115–118.
  34. ^ Babcock, R.V .; Davis, R.E .; Ruby, S.L .; Sun, K.H .; Уолли, Э. (1959). «Полупроводник с покрытием - крошечный детектор нейтронов». Нуклеоника. 17: 116–122.
  35. ^ McGregor, D.S .; Hammig, MD; Ян И-Х .; Gersch, H.K .; Кланн, Р. (2003). «Конструктивные соображения для тонкопленочных полупроводниковых детекторов тепловых нейтронов - I: Основы, касающиеся нейтронных реактивных пленок, испускающих альфа-частицы». Ядерные инструменты и методы A. 500 (1–3): 272–308. Bibcode:2003НИМПА.500..272М. Дои:10.1016 / S0168-9002 (02) 02078-8.
  36. ^ Rauch, H .; Grass, F .; Фейгл, Б. (1967). "Ein Neuartiger Detektor fur Langsame Neutronen". Ядерные инструменты и методы. 46 (1): 153–156. Bibcode:1967NucIM..46..153R. Дои:10.1016 / 0029-554X (67) 90408-9.
  37. ^ Feigl, B .; Раух, Х. (1968). "Der Gd-нейтроненцахлер". Ядерные инструменты и методы. 61 (3): 349–356. Bibcode:1968NucIM..61..349F. Дои:10.1016 / 0029-554X (68) 90250-4.
  38. ^ McGregor, D.S .; Klann, R.T .; Sanders, J.D .; Lindsay, J.T .; Linden, K.J .; Gersch, H.K .; De Lurgio, P.M .; Fink, C.L .; Ариесанти, Э. (2002). Джеймс, Ральф Б; Фрэнкс, Ларри А; Бургер, Арнольд; Уэстбрук, Эдвин М; Дерст, Роджер Д. (ред.). «Последние результаты из полупроводниковых нейтронных детекторов с тонкопленочным покрытием». Proc. SPIE. Детекторы рентгеновского и гамма-излучения и их применение IV. 4784: 164–182. CiteSeerX  10.1.1.510.5968. Дои:10.1117/12.455697. S2CID  14303554.
  39. ^ McGregor, D.S .; Bellinger, S.L .; Шултис, Дж. (2013). «Текущее состояние микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов» (PDF). J. Crys. Рост. 379: 99–110. Bibcode:2013JCrGr.379 ... 99M. Дои:10.1016 / j.jcrysgro.2012.10.061. HDL:2097/16983.
  40. ^ McGregor, D.S .; Bellinger, S.L .; Fronk, R.G .; Henson, L.C .; Huddleston, D.E .; Ochs, T.R .; Shultis, J.K .; Отрезвляющий, T.J .; Тейлор, Р.Д. (2015). «Разработка компактных высокоэффективных микроструктурированных полупроводниковых нейтронных детекторов». Рад. Phys. Chem. 116: 32–37. Bibcode:2015RaPC..116 ... 32M. Дои:10.1016 / j.radphyschem.2015.05.025.
  41. ^ Муминов, Р.А .; Цванг, Л. (1987). «Высокоэффективные полупроводниковые детекторы тепловых нейтронов». Советская атомная энергия. 62 (4): 316–319. Дои:10.1007 / BF01123372. S2CID  119511403.
  42. ^ Schelten, J .; Balzhauser, M .; Hongesberg, F .; Энгельс, Р .; Рейнарц, Р. (1997). "Разработка нового нейтронного детектора на основе кремниевых полупроводников и 6Конвертер LiF ». Physica B: конденсированное вещество. 234-236: 1084–1086. Bibcode:1997PhyB..234.1084S. Дои:10.1016 / S0921-4526 (97) 00024-0.
  43. ^ McGregor, D.S .; Klann, R.T .; Gersch, H.K .; Ariesanti, E .; Sanders, J.D .; Ван дер Эльзен, Б. (2001). "Новая морфология поверхности для низко напряженных тонкопленочных детекторов тепловых нейтронов". IEEE Nucl Sci. Symp. Конф. Рек., Сан-Диего, Калифорния, 4-9 ноября.. 49 (4): 1999. Bibcode:2002ITNS ... 49.1999M. Дои:10.1109 / TNS.2002.801697.
  44. ^ McGregor, D.S .; Klann, R.T .; Gersch, H.K .; Ariesanti, E .; Sanders, J.D .; Ван дер Эльзен, Б. (2002). "Новая морфология поверхности для низко напряженных тонкопленочных детекторов тепловых нейтронов". IEEE Transactions по ядерной науке. 49 (4): 1999–2004. Bibcode:2002ITNS ... 49.1999M. Дои:10.1109 / TNS.2002.801697.
  45. ^ Fronk, R.G .; Bellinger, S.L .; Henson, L.C .; Huddleston, D.E .; Ochs, T.R .; Отрезвляющий, T.J .; МакГрегор, Д.С. (2015). «Высокоэффективные микроструктурированные полупроводниковые нейтронные детекторы для прямой замены гелия-3». Nucl. Instrum. Методы А. 779: 25–32. Дои:10.1016 / j.nima.2015.01.041.
  46. ^ Uher, J .; Jakubek, J .; Kenney, C .; Kohout, Z .; Linhart, V .; Паркер, С .; Petersson, S .; Pospisil, S .; Тангстром, Г. (2007). «Характеристика трехмерных полупроводниковых детекторов тепловых нейтронов». Nucl. Instrum. Методы А. 576 (1): 32–37. Bibcode:2007NIMPA.576 ... 32U. Дои:10.1016 / j.nima.2007.01.115.
  47. ^ Nikolic, R.J .; Конвей, AM; Reinhart, C.E .; Graff, R.T .; Ван, Т.Ф. (2008). "Детектор тепловых нейтронов на основе кремниевой опоры с соотношением сторон 6: 1, заполненный 10B ". Appl. Phys. Латыш. 93 (13): 133502 (3 страницы). Bibcode:2008АпФЛ..93м3502Н. Дои:10.1063/1.2985817.
  48. ^ Веб-сайт RDT, Inc.
  49. ^ Ochs, T.R .; Bellinger, S.L .; Fronk, R.G .; Henson, L.C .; Huddleston, D.E .; Lyric, Z.I .; Shultis, J.K .; Smith C.T .; Отрезвляющий, T.J .; МакГрегор, Д.С. (2017). «Текущее состояние микроструктурированного полупроводникового нейтронного детектора на основе прямой замены гелия-3». IEEE Trans. Nucl. Наука. 64 (7): 1846–1850. Bibcode:2017ITNS ... 64.1846O. Дои:10.1109 / TNS.2017.2653719. S2CID  38524621.
  50. ^ Ananthanarayanan, K.P .; Gielisse, P.J .; Чоудри, А. (1974). «Соединения бора для обнаружения тепловых нейтронов». Nucl. Instrum. Методы. 118 (1): 45–48. Bibcode:1974NucIM.118 ... 45A. Дои:10.1016 / 0029-554X (74) 90683-1.
  51. ^ Kumashiro, Y .; Okada, Y .; Misawa, S .; Коширо, Т. (1987). "Подготовка 10Монокристаллы БП ». Proc. Десятая международная конференция по химическому осаждению из паровой фазы. 87-88: 813–818.
  52. ^ Эмин, Д .; Аселаж, Т. (2005). «Предлагаемый твердотельный нейтронный детектор на основе карбида бора». J. Appl. Phys. 97 (1): 013529–013529–3. Bibcode:2005JAP .... 97a3529E. Дои:10.1063/1.1823579.
  53. ^ Caruso, A.N .; Dowben, P.A .; Балкир, Н .; Schemm, N .; Осберг, К .; Fairchild, R.W .; Флорес, О. Б.; Балаз, С .; Harken, A.D .; Robertson, B.W .; Бренд, J.I. (2006). "Детектор нейтронов на основе карбида бора на основе диодов: сравнение и теория". Мат. Sci. Англ. B. 135 (2): 129–133. Дои:10.1016 / j.mseb.2006.08.049.
  54. ^ McGregor, D.S .; Unruh, T .; Макнил, У.Дж. (2008). «Детектирование тепловых нейтронов с пиролитическим нитридом бора». Nucl. Instrum. Методы А. 591 (3): 530–533. Bibcode:2008НИМПА.591..530М. Дои:10.1016 / j.nima.2008.03.002.
  55. ^ Doan, T.C .; Majety, S .; Гренадер, С .; Li, J .; Lin, J.Y .; Цзян, Х. (2015). «Гексагональные тонкопленочные детекторы тепловых нейтронов из нитрида бора с высоким энергетическим разрешением продуктов реакции». Nucl. Instrum. Методы А. 783: 121–127. Bibcode:2015NIMPA.783..121D. Дои:10.1016 / j.nima.2015.02.045.
  56. ^ Домнич, В .; Reynaud, S .; Haber, R.A .; Човолла, М. (2011). «Карбид бора: структура, свойства и устойчивость при напряжении». Варенье. Ceram. Soc. 94 (11): 3605–3628. Дои:10.1111 / j.1551-2916.2011.04865.x.
  57. ^ Montag, B.W .; Reichenberger, M.A .; Эдвардс, Н .; Ugorwoski, P.B .; Sunder, M .; Weeks, J .; МакГрегор, Д.С. (2016). «Изготовление устройств, характеристика и реакция обнаружения тепловых нейтронов полупроводниковых устройств LiZnP и LiZnAs». Nucl. Instrum. Методы А. 836: 30–36. Bibcode:2016NIMPA.836 ... 30 млн. Дои:10.1016 / j.nima.2016.08.037.
  58. ^ Врадий, А.Г .; Крапивин, М.И.; Маслова, Л.В .; Матвеев, О.А .; Хусаинов, А.Х .; Шашурин, В. (1977). «Возможности регистрации тепловых нейтронов детекторами из теллурида кадмия». Сов. Атомная энергия. 42: 64–66. Дои:10.1007 / BF01119710. S2CID  95935837.
  59. ^ McGregor, D.S .; Lindsay, J.T .; Олсен, Р.В. (1996). «Обнаружение тепловых нейтронов с кадмием.1-хЦинкИксТеллуридные полупроводниковые детекторы ". Nucl. Instrum. Методы А. 381 (2–3): 498–501. Bibcode:1996НИМПА.381..498М. Дои:10.1016 / S0168-9002 (96) 00580-3.
  60. ^ Beyerle, A.G .; Халл, К. (1987). «Обнаружение нейтронов с помощью детекторов иодида ртути». Nucl. Instrum. Методы А. 256 (2): 377–380. Bibcode:1987НИМПА.256..377Б. Дои:10.1016/0168-9002(87)90236-1.
  61. ^ Bell, Z.W .; Pohl, K.R .; Ван Ден Берг, Л. (2004). «Обнаружение нейтронов с помощью йодида ртути». IEEE Trans. Nucl. Наука. 51 (3): 1163–1165. Bibcode:2004ITNS ... 51.1163B. Дои:10.1109 / TNS.2004.829651. OSTI  812511. S2CID  62773581.
  62. ^ van Eijk, C. W. E .; de Haas, J. T. M .; Dorenbos, P .; Kramer, K. W .; Гудель, Х. У. (2005). Разработка эльпасолита и моноклинных сцинтилляторов тепловых нейтронов. Запись конференции симпозиума по ядерной науке. 1. IEEE. С. 239–243. Дои:10.1109 / NSSMIC.2005.1596245. ISBN  978-0-7803-9221-2. S2CID  44200145.
  63. ^ Стромсволд, округ Колумбия; AJ Peurrung; Р. Р. Хансен; П.Л. Ридер (1999). «Прямое обнаружение быстрых нейтронов. PNNL-13068, Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  64. ^ Поцци, С. А .; Дж. Л. Долан; Э. С. Миллер; М. Фляска; С. Д. Кларк; А. Энквист; П. Пирани; М. А. Смит-Нельсон; Э. Падовани; Дж. Б. Цирр; Л. Б. Рис (2011). «Оценка новых и существующих органических сцинтилляторов для обнаружения быстрых нейтронов». Труды 52-го ежегодного собрания Института управления ядерными материалами на CD-ROM, Палм-Дезерт, Калифорния, США. 17-22 июля.
  65. ^ Lewis, J.M .; Р. П. Келли; Д. Мурер; К. А. Джордан (2014). «Детектирование сигнала деления с помощью сцинтилляционных детекторов на быстрых нейтронах на газе гелий-4». Appl. Phys. Латыш. 105 (1): 014102. Bibcode:2014АпФЛ.105а4102Л. Дои:10.1063/1.4887366.
  66. ^ Ghosh, P .; W. Fu; М. Дж. Харрисон; П. К. Дойл; Н. С. Эдвардс; Дж. А. Робертс; Д. С. МакГрегор (2018). «Высокоэффективный детектор быстрых нейтронов с малым еренковским микропроцессором для годоскопа TREAT». Ядерные приборы и методы в физике: A. 904: 100–106. Bibcode:2018NIMPA.904..100G. Дои:10.1016 / j.nima.2018.07.035.
  67. ^ Ghosh, P .; Д. М. Николс; W. Fu; Дж. А. Робертс; Д. С. МакГрегор (2020). "Подавление гамма-излучения микрослоистым детектором быстрых нейтронов, связанным с SiPM". Симпозиум IEEE по ядерной науке и конференция по медицинской визуализации (NSS / MIC) 2019 г.: 1–3. Дои:10.1109 / NSS / MIC42101.2019.9059869. ISBN  978-1-7281-4164-0. S2CID  204877955.
  68. ^ Vanier, P.E .; Forman, L .; Dioszegi, I .; Salwen, C .; Гош, В. Дж. (2007). Калибровка и испытание направленного детектора быстрых нейтронов большой площади. Запись конференции симпозиума по ядерной науке. IEEE. С. 179–184. Дои:10.1109 / NSSMIC.2007.4436312. ISBN  978-1-4244-0922-8. S2CID  26211444.
  69. ^ Френье, Дж. (1996), "Нейтронная диагностика MPR в Jet - исследование прототипа ИТЭР", Диагностика экспериментальных реакторов термоядерного синтеза, Springer США, стр. 417–420, Дои:10.1007/978-1-4613-0369-5_49, ISBN  9781461380207
  70. ^ Хатчинсон, И. Х. (2002). Принципы диагностики плазмы (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  0521803896. OCLC  50124576.
  71. ^ Джон Ф. Биком и Марк Р. Вагинс (2004). «Спектроскопия антинейтрино с большими водяными детекторами Черенкова». Письма с физическими проверками. 93 (17): 171101. arXiv:hep-ph / 0309300. Bibcode:2004PhRvL..93q1101B. Дои:10.1103 / PhysRevLett.93.171101. PMID  15525063. S2CID  10472028.
  72. ^ а б Лео, В. Р. (1994). Методы проведения экспериментов по ядерной физике и физике элементарных частиц. Springer.
  73. ^ а б c Черни, Дж. К., Долемал, З., Иванов, М. П., Кузьмин, Э. П., Свейда, Дж., Вильгельм, И. (2003). «Исследование нейтронного отклика и n – γ дискриминации методом сравнения зарядов для малогабаритного жидкостного сцинтилляционного детектора». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 527 (3): 512–518. arXiv:nucl-ex / 0311022. Bibcode:2004NIMPA.527..512C. Дои:10.1016 / j.nima.2004.03.179.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  74. ^ Джастания, С. Д., Селлин, П. Дж. (2003). «Цифровые методы спектроскопии нейтронных нейтронов с распознаванием формы n – γ импульса с использованием жидкости». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 517 (1–3): 202–210. Bibcode:2004NIMPA.517..202J. Дои:10.1016 / j.nima.2003.08.178.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)

дальнейшее чтение