RU2663683C1 - Method for registration of neutrons and device for its implementation - Google Patents
Method for registration of neutrons and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663683C1 RU2663683C1 RU2017141977A RU2017141977A RU2663683C1 RU 2663683 C1 RU2663683 C1 RU 2663683C1 RU 2017141977 A RU2017141977 A RU 2017141977A RU 2017141977 A RU2017141977 A RU 2017141977A RU 2663683 C1 RU2663683 C1 RU 2663683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- atoms
- neutron
- scintillation
- kev
- inorganic
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 76
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical group [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 44
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims description 8
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 claims 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 25
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 12
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 10
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 4
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000819038 Chichester Species 0.000 description 2
- PJANXHGTPQOBST-VAWYXSNFSA-N Stilbene Natural products C=1C=CC=CC=1/C=C/C1=CC=CC=C1 PJANXHGTPQOBST-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- 239000006017 silicate glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- PJANXHGTPQOBST-UHFFFAOYSA-N stilbene Chemical compound C=1C=CC=CC=1C=CC1=CC=CC=C1 PJANXHGTPQOBST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000021286 stilbenes Nutrition 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005557 Gd—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010748 Photoabsorption Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- KGOKDPWKDBWITQ-UHFFFAOYSA-K gadolinium(3+);tribromide Chemical compound Br[Gd](Br)Br KGOKDPWKDBWITQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- UKOAOXYMPSILTM-UHFFFAOYSA-N gadolinium(3+);trisilicate Chemical compound [Gd+3].[Gd+3].[Gd+3].[Gd+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] UKOAOXYMPSILTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000084 gamma-ray spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 lithium inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
- G01T3/06—Measuring neutron radiation with scintillation detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к способам регистрации нейтронов сцинтилляционным методом с использованием неорганического сцинтилляционного материала, полученного одним из известных способов, например, методом выращивания или вытягивания из расплава, получения стекла из расплава, получения стеклокерамики путем термической обработки стекла, для использования в детекторах ионизирующих излучений в досмотровой технике, приборах обнаружения делящихся материалов, научных исследованиях и т.д.The invention relates to methods for detecting neutrons by the scintillation method using inorganic scintillation material obtained by one of the known methods, for example, by growing or drawing from a melt, producing glass from a melt, producing glass ceramics by heat treatment of glass, for use in ionizing radiation detectors in inspection technology fissile material detection devices, research, etc.
Уровень техникиState of the art
Аппаратура неразрушающего контроля, обнаружения делящихся материалов и систем безопасности использует широкий комплекс физических методов регистрации различных типов ионизирующего излучения. Среди них регистрация нейтронов является отдельно стоящей задачей, так как нейтроны обладают малым сечением взаимодействия с электронными оболочками атомов, вследствие чего для их детектирования требуется значительная модификация методов регистрации других типов ионизирующего излучения. Эффективность регистрации нейтронов определяется сечением взаимодействия нейтронов с ядрами различных элементов в выбранном материале детектора.Non-destructive testing equipment, detection of fissile materials and safety systems uses a wide range of physical methods for recording various types of ionizing radiation. Among them, the registration of neutrons is a separate task, since neutrons have a small cross section for interaction with the electron shells of atoms, as a result of which a significant modification of the methods for detecting other types of ionizing radiation is required. The neutron detection efficiency is determined by the cross section of the interaction of neutrons with the nuclei of various elements in the selected detector material.
Техника регистрации тепловых и эпитермальных нейтронов основана на взаимодействии с имеющими высокое сечение захвата изотопами легких элементов, таких, как 3Не, 6Li, 10В. Концентрация взаимодействующих ядер в рабочем веществе детектора определяет чувствительность метода.The technique for detecting thermal and epithermal neutrons is based on interaction with isotopes of light elements having a high capture cross section, such as 3 He, 6 Li, and 10 V. The concentration of interacting nuclei in the working substance of the detector determines the sensitivity of the method.
Газовые счетчики нейтронов обладают высокой чувствительностью в области тепловых и эпитермальных (надтепловых) нейтронов [Radiation detection and measurement. Glenn F. Knoll. Third edition. John Wiley & Sons Inc. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 2000, 816 pp], однако увеличение плотности газа в счетчике выше 12-15 атм. приводит к существенному снижению его электрических свойств, что приводит к ухудшению потребительских свойств.Gas neutron counters are highly sensitive in the field of thermal and epithermal (epithermal) neutrons [Radiation detection and measurement. Glenn F. Knoll. Third edition. John Wiley & Sons Inc. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 2000, 816 pp], but the increase in gas density in the meter is above 12-15 atm. leads to a significant decrease in its electrical properties, which leads to a deterioration in consumer properties.
Регистрация нейтронов с использованием сцинтилляционных материалов (сцинтилляторов) основана на поглощении нейтронов ядрами с высоким сечением захвата нейтронов и последующей' регистрацией вторичного излучения (гамма, альфа, высокоэнергетические ионы) сцинтиллятором. Чувствительность твердотельных детекторов, например, литий силикатного стекла или стеклокерамики, содержащей в матрице ионы лития, обогащенного изотопом 6Li, существенно выше, чем у газовых счетчиков, что обусловлено более высокой концентрацией поглощающих ядер в детекторном материале. Эти материалы обладают сцинтилляционными свойствами, и широко используются в сцинтилляционных детекторах [Radiation detection and measurement. Glenn F. Knoll. Third edition. John Wiley & Sons Inc. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 2000, 816 рр]. Среди их наиболее важных характеристик, выход сцинтилляций является необходимым условием эффективности диагностического оборудования, а также условием повышения производительности любых измерений с использованием ионизирующих излучений [P. Lecoq, A. Gektin, V. Korzhik, Inorganic Scintillators for Detecting Systems, Springer, 2017, Р. 408]. Недостатком литиевых неорганических соединений является небольшой выход сцинтилляций.The registration of neutrons using scintillation materials (scintillators) is based on the absorption of neutrons by nuclei with a high neutron capture cross section and the subsequent registration of secondary radiation (gamma, alpha, high-energy ions) with a scintillator. The sensitivity of solid-state detectors, for example, lithium silicate glass or glass ceramics containing lithium ions enriched in the 6 Li isotope in the matrix, is significantly higher than that of gas meters, due to a higher concentration of absorbing nuclei in the detector material. These materials have scintillation properties, and are widely used in scintillation detectors [Radiation detection and measurement. Glenn F. Knoll. Third edition. John Wiley & Sons Inc. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 2000, 816 pp]. Among their most important characteristics, the output of scintillations is a necessary condition for the effectiveness of diagnostic equipment, as well as a condition for increasing the performance of any measurements using ionizing radiation [P. Lecoq, A. Gektin, V. Korzhik, Inorganic Scintillators for Detecting Systems, Springer, 2017, P. 408]. The disadvantage of lithium inorganic compounds is the small yield of scintillations.
Общим недостатком всех легких ядер, захватывающих нейтроны является монотонная убывающая по закону 1/v зависимость сечения поглощения нейтронов от их скорости v, что делает малоэффективной прямую регистрацию быстрых нейтронов.A common drawback of all light nuclei that capture neutrons is the monotonous dependence of the absorption cross section of neutrons on their velocity v, which decreases according to the 1 / v law, which makes direct registration of fast neutrons ineffective.
Возможно использование модераторов быстрых нейтронов на основе материалов, содержащих легкие ядра (графит, пластики) с последующей регистрацией замедленных нейтронов, однако такая конструкция существенно увеличивает габариты детекторов и снижает чувствительность за счет рассеяния излучения нейтронов в веществе модератора.It is possible to use fast neutron moderators based on materials containing light nuclei (graphite, plastics) with the subsequent registration of slow neutrons, however, this design significantly increases the dimensions of the detectors and reduces sensitivity due to scattering of neutron radiation in the moderator material.
Известен способ регистрации быстрых нейтронов с помощью ионизационных камер деления. В качестве ядер, взаимодействующих с нейтронами, используются ядра тяжелых элементов U-236, U-238, Th-232, напыляемых на стенки или другие внутренние конструкционные элементы ионизационных камер. В таких камерах ионизация газа обусловлена осколками деления. Недостатком ионизационных камер деления является малое количество поглощающего вещества в камере, а также использование изотопов урана и тория, что требует предварительно разделения изотопов и, как следствие, делает такие детекторы дорогими.A known method of detecting fast neutrons using ionization fission chambers. As nuclei interacting with neutrons, the nuclei of heavy elements U-236, U-238, Th-232 are used, sprayed onto walls or other internal structural elements of ionization chambers. In such chambers, gas ionization is caused by fission fragments. The disadvantage of ionization fission chambers is the small amount of absorbing substance in the chamber, as well as the use of isotopes of uranium and thorium, which requires preliminary separation of isotopes and, as a result, makes such detectors expensive.
Известен способ регистрации быстрых нейтронов по ядрам отдачи. Быстрые нейтроны при упругом рассеянии на ядрах среды передают им некоторую часть своей энергии, поэтому детектированию подвергаются ядра отдачи. В сцинтилляторах, содержащих легкие ядра, например, органических кристаллах стильбена ["Production of Stilbene for Fast Neutron Detection," Inrad Optics white paper (2012), http://bit.1y/XnJzfw], протоны отдачи обуславливают ионизацию и могут быть зарегистрированы по вспышкам сцинтилляций. При регистрации быстрых нейтронов, протоны отдачи могут покидать детекторный элемент на основе легкого органического кристалла, тем самым уменьшая чувствительность регистрации быстрых нейтронов. Этот же недостаток присущ и детекторным элементам на основе органических пластиков, используемых для регистрации протонов отдачи.A known method of detecting fast neutrons by recoil nuclei. Fast neutrons during elastic scattering on the nuclei of the medium transfer some of their energy to them, therefore recoil nuclei are detected. In scintillators containing light nuclei, for example, organic stilbene crystals ["Production of Stilbene for Fast Neutron Detection," Inrad Optics white paper (2012), http: //bit.1y/XnJzfw], recoil protons cause ionization and can be detected by scintillation outbreaks. When registering fast neutrons, recoil protons can leave the detector element based on a light organic crystal, thereby reducing the sensitivity of registration of fast neutrons. The same drawback is inherent in the detector elements based on organic plastics used for registration of recoil protons.
Известен способ регистрации тепловых нейтронов с помощью композитных сцинтилляционных материалов, состоящих из частиц неорганического сцинтилляционного материала, содержащего атомы гадолиния, скрепленных органическим клеем [Galunov NZ, Grinyov BV, Karavaeva NV et al. (2011) Gd-bearing composite scintillators as the new thermal neutron detectors. IEEE Trans Nucl Sci 58(1):339-346]. Естественная смесь изотопов гадолиния имеет наибольшее из всех элементов сечение поглощения тепловых нейтронов из-за наличия в естественной смеси изотопов с сечением захвата 259000 барн (157Gd). Указанный способ позволяет регистрировать быстрые нейтроны по мягким линиям в спектре гамма-квантов, излучаемых в результате взаимодействия атомов гадолиния и быстрых нейтронов, 33 и 77 кэВ. Недостатком указанного способа является низкая эффективность регистрации гамма-квантов более высоких энергий, в диапазоне от 100-1300 кэВ, излучаемых в результате взаимодействия атомов гадолиния и быстрых нейтронов, а также низкий выход сцинтилляций вследствие непрозрачности композита, что снижает эффективность работы устройства.A known method of detecting thermal neutrons using composite scintillation materials consisting of particles of inorganic scintillation material containing gadolinium atoms bonded with organic glue [Galunov NZ, Grinyov BV, Karavaeva NV et al. (2011) Gd-bearing composite scintillators as the new thermal neutron detectors. IEEE Trans Nucl Sci 58 (1): 339-346]. The natural mixture of gadolinium isotopes has the largest thermal neutron absorption cross section of all elements due to the presence in the natural mixture of isotopes with a capture cross section of 259,000 barn ( 157 Gd). This method allows you to register fast neutrons in soft lines in the spectrum of gamma rays emitted as a result of the interaction of gadolinium atoms and fast neutrons, 33 and 77 keV. The disadvantage of this method is the low detection efficiency of gamma rays of higher energies, in the range from 100-1300 keV, emitted as a result of the interaction of gadolinium atoms and fast neutrons, as well as a low scintillation yield due to the opacity of the composite, which reduces the efficiency of the device.
Известен способ регистрации преимущественно тепловых нейтронов с помощью неорганического монокристаллического сцинтилляционного материала Gd2SiO5:Ce (GSO:Ce), окруженного.., пластиковыми сцинтилляторами, действующими как спектрометр полного поглощения гамма-квантов совместно с GSO:Ce [P.L. Reeder / Neutron detection using GSO scintillator // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. A., Vol. 340(2), 21 Feb. 1994, pp. 371-378]. Поскольку пластиковые сцинтилляторы отличаются малой эффективностью поглощения высокоэнергичных гамма-квантов, предложенный спектрометр полного поглощения будет либо неэффективным, либо будет требовать очень больших объемов пластикового сцинтиллятора; при этом толстый слой пластикового сцинтиллятора неизбежно рассеивает и поглощает часть излучения нейтронов, снижая, таким образом, эффективность детектора нейтронов.A known method of detecting predominantly thermal neutrons using an inorganic single-crystal scintillation material Gd 2 SiO 5 : Ce (GSO: Ce) surrounded by .. plastic scintillators acting as a spectrometer for the complete absorption of gamma rays in conjunction with GSO: Ce [PL Reeder / Neutron detection using GSO scintillator // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. A., Vol. 340 (2), 21 Feb. 1994, pp. 371-378]. Since plastic scintillators are characterized by low absorption efficiency of high-energy gamma rays, the proposed total absorption spectrometer will either be ineffective or will require very large volumes of plastic scintillator; however, a thick layer of plastic scintillator inevitably scatters and absorbs part of the neutron radiation, thus reducing the efficiency of the neutron detector.
В качестве прототипа был выбран способ детектирования преимущественно тепловых нейтронов [Патент РФ 2501040], заключающийся в том, что нейтрон захватывается в гамма-лучевом сцинтилляторе на основе неорганического материала, содержащего нейтрон-поглощающие компоненты, затем измеряют свет, излучаемый из гамма-лучевого сцинтиллятора, из него определяют полную потерю энергии гамма-излучения после захвата нейтрона, и классифицируют событие как захват нейтрона, когда измеренная полная потеря энергии выше 2,614 МэВ. Нейтрон-поглощающие компоненты, содержащиеся в неорганическом сцинтилляционном материале, согласно способу, описанному в прототипе, должны высвобождать энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтронов, в основном посредством гамма-излучения. Способ реализуется на основе устройства, включающего в себя гамма-лучевой сцинтиллятор, оптически соединенный с ним детектор света, и оценивающее приспособление, которое способно сравнивать величину сигнала фотодетектора с некоторыми заданными значениями. Описанный в данном способе детектирования нейтронов метод обработки данных измерений, заключающийся в сравнении определенной величины полной потери энергии с пороговым значением 2,614 МэВ, позволяет отделить зарегистрированный нейтрон от других видов излучения, но не позволяет получать какую-либо информацию о спектральных характеристиках (энергии) регистрируемого нейтронного излучения.As a prototype, a method for detecting predominantly thermal neutrons was selected [RF Patent 2501040], namely, that the neutron is captured in a gamma ray scintillator based on an inorganic material containing neutron-absorbing components, then the light emitted from the gamma ray scintillator is measured, from it determine the total energy loss of gamma radiation after neutron capture, and classify the event as neutron capture, when the measured total energy loss is higher than 2.614 MeV. The neutron-absorbing components contained in the inorganic scintillation material, according to the method described in the prototype, must release the energy communicated to the excited nuclei after neutron capture, mainly through gamma radiation. The method is implemented on the basis of a device including a gamma ray scintillator, a light detector optically connected to it, and an evaluation device that is capable of comparing the magnitude of the photodetector signal with some predetermined values. The method for processing measurement data described in this method for detecting neutrons, which consists in comparing a certain value of the total energy loss with a threshold value of 2.614 MeV, allows one to separate the detected neutron from other types of radiation, but does not allow to obtain any information about the spectral characteristics (energy) of the detected neutron radiation.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность детектирования нейтронов в широком энергетическом диапазоне с высокой чувствительностью, обеспечение возможности получать информацию об энергии детектируемых нейтронов, в случае испускания нейтронов монохроматическим источником, либо создавать сигнатуры немонохроматических источников сложного спектрального состава, и различать такие источники по их сигнатурам.The technical result of the claimed invention is the possibility of detecting neutrons in a wide energy range with high sensitivity, providing the ability to obtain information about the energy of detected neutrons, in the case of neutrons emitted by a monochromatic source, or to create signatures of non-monochromatic sources of complex spectral composition, and to distinguish such sources by their signatures.
Для достижения данного технического результата предложен способ регистрации нейтронов, при котором регистрируют фотоны сцинтилляций, образующиеся при попадании нейтронов в гамма-лучевой сцинтиллятор на основе неорганического материала, содержащего нейтронпоглощающие компоненты, и определяют характеристики нейтронного излучения, при этом используют неорганический сцинтилляционный материал, содержащий атомы гадолиния, фотоны сцинтилляций от гамма-квантов регистрируют в энергетическом диапазоне 40-1300 кэВ и проводят сравнительный анализ интенсивности линий и/или групп линий в измеренном спектре излученных гамма-квантов в не менее чем двух энергетических диапазонах, и по результатам данного анализа делают вывод о величине и спектральных характеристиках регистрируемого излучения нейтронов. Кроме того:To achieve this technical result, a neutron detection method is proposed in which scintillation photons generated when neutrons enter the gamma ray scintillator based on an inorganic material containing neutron-absorbing components are recorded and neutron radiation characteristics are determined, using inorganic scintillation material containing gadolinium atoms , scintillation photons from gamma rays are recorded in the energy range of 40-1300 keV and a comparative Aliz intensity of the lines and / or trunk groups in the measured emission spectrum of gamma rays in at least two energy ranges, and the results of this analysis concluded on the magnitude and spectral characteristics of the detected neutron radiation. Besides:
- фотоны сцинтилляций от гамма-квантов регистрируют в энергетическом диапазоне 40-600 кэВ- scintillation photons from gamma rays are recorded in the energy range of 40-600 keV
- сравнивают интенсивности как минимум в двух линиях или группах линий, выбранных в энергетическом диапазоне 40-100 кэВ, 100-200 кэВ, и линии 511 кэВ- compare the intensities in at least two lines or groups of lines selected in the energy range of 40-100 keV, 100-200 keV, and
- в качестве неорганического сцинтилляционного материала, содержащего атомы гадолиния, используют материалы из ряда: Gd2SiO5, Gd2Si2O7, GdBr3, Gd3Al2Ga3O12 в форме монокристаллического или поликристаллического материала, содержащие в качестве активатора атомы Се и/или Tb и/или Eu, которые вводят в состав материала, замещая один или несколько элементов в количестве до 2 ат. %.- as inorganic scintillation material containing gadolinium atoms, use materials from the series: Gd 2 SiO 5 , Gd 2 Si 2 O 7 , GdBr 3 , Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 in the form of single-crystal or polycrystalline material containing as activator Ce atoms and / or Tb and / or Eu atoms, which are introduced into the composition of the material, replacing one or more elements in an amount of up to 2 at. %
- в указанных выше неорганических сцинтилляционных материалах, содержащих атомы гадолиния замещают до 60% атомов Gd атомами Y или лантаноидами.- in the above inorganic scintillation materials containing gadolinium atoms replace up to 60% of Gd atoms with Y atoms or lanthanides.
- в качестве неорганического сцинтилляционного материала, содержащего атомы гадолиния, используют сцинтилляционное стекло, содержащее оксиды Gd, Si, а в качестве активатора атомы Се и/или Tb.- as an inorganic scintillation material containing gadolinium atoms, scintillation glass containing Gd, Si oxides is used, and Ce and / or Tb atoms are used as an activator.
Также для достижения указанного технического результата предложено устройство для регистрации нейтронов, содержащее гамма-лучевой сцинтиллятор на основе неорганического сцинтилляционного материала оптически соединенного с фотодетектором, соединенным с анализирующим устройством в котором неорганический сцинтилляционный материал содержит атомы гадолиния, причем гамма-лучевой сцинтиллятор и фотодетектор, окружены экраном из неорганического вещества, поглощающим фоновое гамма-излучение.Also, to achieve the indicated technical result, a neutron registration device is proposed comprising a gamma ray scintillator based on an inorganic scintillation material optically connected to a photodetector connected to an analysis device in which the inorganic scintillation material contains gadolinium atoms, the gamma ray scintillator and photodetector being surrounded by a screen from an inorganic substance that absorbs background gamma radiation.
Кроме того:Besides:
- в качестве неорганического сцинтилляционного материала, содержащего атомы гадолиния, используют материалы, выбранные из ряда: Gd2SiO5, Gd2Si2O7, GdBr3, Gd3Al2Ga3O12 в форме монокристаллического или поликристаллического материала, содержащие в качестве активатора атомы Се, и/или Tb, и/или Eu, которые вводят в состав материала замещая один или несколько элементов в количестве до 2 ат. %- as an inorganic scintillation material containing gadolinium atoms, use materials selected from the series: Gd 2 SiO 5 , Gd 2 Si 2 O 7 , GdBr 3 , Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 in the form of single-crystal or polycrystalline material containing as an activator, Ce, and / or Tb, and / or Eu atoms, which are introduced into the material by replacing one or more elements in an amount of up to 2 at. %
- в вышеприведенных неорганических сцинтилляционных материалах, содержащих атомы гадолиния замещают до 60% атомов Gd атомами Y или лантаноидами.- in the above inorganic scintillation materials containing gadolinium atoms replace up to 60% of Gd atoms with Y atoms or lanthanides.
- в качестве поглощающего фоновое гамма-излучение экрана из неорганического вещества используют внешний слой свинца с толщиной не менее 1 мм и внутренний слой меди с толщиной не менее 1 мм.- as the screen absorbing background gamma radiation from an inorganic substance, an outer lead layer with a thickness of at least 1 mm and an inner layer of copper with a thickness of at least 1 mm are used.
Согласно предлагаемому способу, регистрация нейтронов осуществляется посредством их поглощения в неорганическом сцинтилляционном материале, содержащем атомы гадолиния Gd, входящими в кристаллическую или аморфную матрицу. При взаимодействии с нейтронами ядра атомов гадолиния излучают набор гамма-квантов в широком энергетическом диапазоне, вызывающих сцинтилляции в неорганическом сцинтилляционном материале. Наиболее выраженные (имеющие наибольший выход, интенсивные) линии в спектре излучаемых гамма-квантов лежат в диапазоне энергий от примерно 40 кэВ до примерно 1300 кэВ. Сцинтилляции регистрируются фотодетектором, например фотоэлектронным умножителем или полупроводниковым фотодетектором. Объем и параметры сцинтилляционного материала выбираются достаточными для эффективной регистрации гамма-квантов с энергиями вплоть до 200 кэВ, предпочтительно - до 600 кэВ или до 1300 кэВ. Поскольку в результате взаимодействия нейтронов со сцинтилляционным материалом происходит регистрация гамма-квантов, непосредственно появившихся в сцинтилляционном материале детектора, то предлагаемый способ существенно увеличивает чувствительность регистрации нейтронов по сравнению с известными способами когда взаимодействие с нейтронами для получения гамма-квантов осуществляется в одном материале, а регистрация излученных гамма-квантов в другом, пространственно-разнесенном, сцинтилляционном материале. По сравнению с известными способами, когда взаимодействие с нейтронами для получения гамма-квантов и их регистрация осуществляется в одном материале, в том числе - по сравнению с прототипом, проводится не измерение интегральной величины - полной потери энергии излучения в материале - а измерение интенсивности линий или групп линий в более чем одном энергетическом диапазоне; сравнение интенсивностей этих различных линий или групп линий позволяет дополнительно, помимо интенсивности регистрируемого излучения нейтронов, получать информацию о его спектральных характеристиках: позволяет определять энергию высокоэнергетических монохроматических нейтронных источников в диапазоне энергий от не более 100 кэВ до не менее 10 МэВ, либо создавать сигнатуры немонохроматических нейтронных источников сложного спектрального состава, и различать такие источники по их сигнатурам.According to the proposed method, neutrons are detected by absorbing them in an inorganic scintillation material containing gadolinium atoms Gd in a crystalline or amorphous matrix. When interacting with neutrons, the nuclei of gadolinium atoms emit a set of gamma rays in a wide energy range, causing scintillations in inorganic scintillation material. The most pronounced (having the highest yield, intense) lines in the spectrum of emitted gamma rays lie in the energy range from about 40 keV to about 1300 keV. Scintillations are detected by a photodetector, for example a photoelectron multiplier or a semiconductor photodetector. The volume and parameters of the scintillation material are selected sufficient for the efficient registration of gamma rays with energies up to 200 keV, preferably up to 600 keV or up to 1300 keV. Since, as a result of the interaction of neutrons with scintillation material, gamma rays that directly appear in the scintillation material of the detector are recorded, the proposed method significantly increases the sensitivity of neutron detection compared to known methods when interacting with neutrons to obtain gamma quanta is carried out in one material, and registration radiated gamma rays in another spatially spaced scintillation material. Compared with the known methods, when the interaction with neutrons to obtain gamma rays and their registration is carried out in one material, including - in comparison with the prototype, it is not a measurement of the integral value - the total loss of radiation energy in the material - but a measurement of the line intensity or groups of lines in more than one energy range; comparing the intensities of these various lines or groups of lines allows, in addition to the intensity of the recorded neutron radiation, to obtain information about its spectral characteristics: it allows you to determine the energy of high-energy monochromatic neutron sources in the energy range from no more than 100 keV to at least 10 MeV, or create signatures of non-monochromatic neutron sources of complex spectral composition, and distinguish such sources by their signatures.
Описанный способ может быть реализован при помощи устройства для регистрации нейтронов, которое включает сцинтилляционный элемент из неорганического сцинтилляционного материала, содержащего атомы гадолиния, и фотодетектор, окруженные поглощающим фоновое гамма-излучение экраном из неорганического вещества, и соединенным с анализирующим устройством на основе многоканального амплитудного анализатора, расположенное вне экрана.The described method can be implemented using a neutron registration device, which includes a scintillation element of an inorganic scintillation material containing gadolinium atoms, and a photo detector surrounded by an inorganic substance absorbing background gamma radiation and connected to an analysis device based on a multi-channel amplitude analyzer, located off screen.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что повышается чувствительность и информативность обнаружения нейтронов, что расширяют диапазон применений методов диагностики, дистанционного досмотра и обнаружения, использующих регистрацию нейтронов.The combination of the above essential features leads to the fact that the sensitivity and information content of neutron detection are increased, which expand the range of applications of diagnostic methods, remote screening and detection using neutron detection.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлены рассчитанные процентные доли поглощенных нейтронов в металлическом гадолинии природного изотопного состава различной толщины в диапазоне энергий нейтронов 0.0253 эВ - 15 МэВ.In FIG. Figure 1 shows the calculated percentages of absorbed neutrons in a metal gadolinium line of natural isotopic composition of various thicknesses in the range of neutron energies of 0.0253 eV - 15 MeV.
На фиг. 2 показан спектр индивидуальных энергий испущенных гамма-квантов в металлическом гадолинии толщиной 2 мм при облучении нейтронами Am-Ве источника.In FIG. Figure 2 shows the spectrum of individual energies of the emitted gamma rays in a metal gadolinium with a thickness of 2 mm when irradiated with neutrons by an Am-Be source.
На фиг. 3 показан спектр Am-Ве источника в энергетическом диапазоне 0-12 МэВ, использованный в моделировании, ISO 8529-2.In FIG. Figure 3 shows the spectrum of the Am-Be source in the energy range 0-12 MeV used in the simulation, ISO 8529-2.
На фиг. 4 показана зависимость площади под гамма-линиями в энергетическом диапазоне 40-100 кэВ от энергии нейтронов в спектре индивидуальных энергий гамма-квантов, испущенных в металлическом гадолинии толщиной 2 мм при облучении моноэнергетическими нейтронами (моделирование в GEANT4).In FIG. Figure 4 shows the dependence of the area under the gamma lines in the energy range of 40-100 keV on the neutron energy in the spectrum of individual gamma-ray energies emitted in a
На фиг. 5 показана зависимость площади под гамма-линиями в энергетическом диапазоне 100-200 кэВ от энергии нейтронов в спектре индивидуальных энергий гамма-квантов, испущенных в металлическом гадолинии толщиной 2 мм при облучении моноэнергетическими нейтронами (моделирование в GEANT4).In FIG. Figure 5 shows the dependence of the area under gamma lines in the energy range of 100-200 keV on the neutron energy in the spectrum of individual gamma-ray energies emitted in a
На фиг. 6 показана зависимость площади индивидуальной гамма-линии с максимумом при энергии 511 кэВ от энергии нейтронов в спектре индивидуальных энергий гамма-квантов, испущенных в металлическом гадолинии толщиной 2 мм при облучении моноэнергетическими нейтронами (моделирование в GEANT4).In FIG. Figure 6 shows the dependence of the area of an individual gamma line with a maximum at an energy of 511 keV on the neutron energy in the spectrum of individual gamma-ray energies emitted in a
На фиг. 7 показаны рассчитанные в GEANT4 процентные доли поглощенных нейтронов в различных слоях бора природного изотопного состава.In FIG. 7 shows the percentages of absorbed neutrons calculated in GEANT4 in various boron layers of a natural isotopic composition.
На фиг. 8 показаны, измеренные детектором Gd3Al2Ga3O12:Ce с размерами 18×18×7 мм3 спектры Am-Ве источника при различных толщинах борного поглотителя.In FIG. Figure 8 shows the spectra of an Am-Be source measured at a thickness of boron absorber measured with a Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 : Ce detector with dimensions 18 × 18 × 7 mm 3 .
На фиг. 9 показан один из вариантов выполнения устройства для реализации предложенного способа. 1 - гамма-лучевой сцинтиллятор, 2 - фотодетектор, например, фотоэлектронный умножитель;In FIG. 9 shows one embodiment of a device for implementing the proposed method. 1 - gamma ray scintillator, 2 - photodetector, for example, a photoelectronic multiplier;
3 и 4 - слои экрана для поглощения фонового излучения, 3 - слой металлической меди; 4 - слой металлического свинца.3 and 4 — layers of the screen for absorbing background radiation; 3 — a layer of metallic copper; 4 - a layer of metallic lead.
Также в состав устройства входит преобразователь сигналов на основе многоканального амплитудного анализатора, содержащего, например, аналого-цифровой преобразователь (на фигуре не показан), соединенный с фотодетектором 2 и расположенный вне экрана. Регистрируемый источник нейтронов (на фигуре не показан) может быть расположен с любой стороны от устройства.The device also includes a signal converter based on a multichannel amplitude analyzer containing, for example, an analog-to-digital converter (not shown in the figure) connected to the
Осуществление и примеры реализации изобретенияThe implementation and examples of implementation of the invention
Способ регистрации нейтронов включает в себя следующие операции: 1) Составление измерительной схемы (детектора), состоящей из сцинтиллятора 1, имеющего в своем составе атомы гадолиния, и оборудования, которое позволяет измерять свет, испускаемый сцинтиллятором любым из известных устройств, например, при помощи фотоэлектронного умножителя, кремниевого полупроводникового прибора, или любым другим способом.The neutron detection method includes the following operations: 1) Preparation of a measuring circuit (detector), consisting of a
Предлагаемый способ регистрации нейтронов в широком энергетическом диапазоне основан на особенности процесса захвата нейтронов ядрами гадолиния. В результате захвата нейтронов ядрами гадолиния происходит испускание гамма-квантов, причем спектр испущенных гамма-квантов зависит от энергии поглощаемого нейтронного излучения.The proposed method for detecting neutrons in a wide energy range is based on the features of the process of neutron capture by gadolinium nuclei. As a result of neutron capture by gadolinium nuclei, gamma rays are emitted, and the spectrum of emitted gamma rays depends on the energy of the absorbed neutron radiation.
Кроме того, ядро атома гадолиния обладает высоким сечением поглощения не только тепловых, но и быстрых нейтронов. На Фиг. 1 представлены рассчитанные на основе сечений поглощения процентные доли поглощенных нейтронов в металлическом гадолинии природного изотопного состава различной толщины в диапазоне энергий нейтронов 0.0253 эВ - 15 МэВ. Область резонансов залита цветом от максимума до минимума. В области быстрых нейтронов повышение эффективности поглощения начинается с энергии примерно 50 кэВ.In addition, the nucleus of the gadolinium atom has a high absorption cross section not only for thermal, but also for fast neutrons. In FIG. Figure 1 shows the percentages of absorbed neutrons calculated on the basis of absorption cross sections in a metal gadolinium line of natural isotopic composition of various thicknesses in the neutron energy range 0.0253 eV - 15 MeV. The resonance region is filled with color from maximum to minimum. In the region of fast neutrons, an increase in the absorption efficiency begins with an energy of about 50 keV.
Кроме того, атом гадолиния обладает большим атомным номером, и его присутствие в матрице в качестве матрицеобразующего элемента позволяет увеличить эффективный заряд соединения и, как следствие, увеличить эффективность регистрации гамма-квантов.In addition, the gadolinium atom has a large atomic number, and its presence in the matrix as a matrix-forming element allows us to increase the effective charge of the compound and, as a result, increase the efficiency of gamma-ray registration.
Таким образом, использование в качестве чувствительного сцинтилляционного материала вещества на основе гадолиния позволяет обеспечить одновременно высокое сечение захвата нейтронов в широком энергетическом диапазоне и высокую эффективность регистрации вторичных гамма-квантов.Thus, the use of a substance based on gadolinium as a sensitive scintillation material makes it possible to simultaneously provide a high neutron capture cross section in a wide energy range and high detection efficiency of secondary gamma rays.
Ниже приводятся примеры сцинтилляционных материалов, содержащие атомы гадолиния, которые могут быть использованы для реализации заявляемого способа.The following are examples of scintillation materials containing gadolinium atoms, which can be used to implement the proposed method.
В таблице приведены примеры сцинтилляционных материалов, содержащих атомы гадолиния, и проведено сравнение их сцинтилляционных параметров. Материалы, приведенные в строках 2-6, являются примерами материалов, которые могут быть использованы для реализации заявляемого способа регистрации нейтронов.The table shows examples of scintillation materials containing gadolinium atoms, and their scintillation parameters are compared. The materials shown in lines 2-6 are examples of materials that can be used to implement the inventive method for detecting neutrons.
Можно видеть, что сцинтилляционный материал, на основе органической матрицы из пластикового сцинтиллятора, наполненной гадолинием (строка 1), значительно уступает неорганическим сцинтилляционным материалам по характеристикам. Он обладает значительно меньшей плотностью, а, следовательно, эффективностью поглощения гамма-излучения. Неорганические сцинтилляционные материалы на основе гадолиния обладают значительно более высоким выходом сцинтилляций (для кристаллических сцинтилляторов, строки 3-6), высоким эффективным зарядом и коэффициентом фотопоглощения гамма-квантов, а концентрация атомов гадолиния в них на 2 порядка превышает концентрацию этих атомов при введении их в пластик в количестве 3 вес. % [V.B. Brudaninh, V.I. Bregadze at al. Element - loaded organic scintillators for neutron and neutrino physics, Письма в ЭЧАЯ 6 (109) (2001) 69-77]. Среди неорганических сцинтилляторов GdBr3:Ce и Gd3Al2Ga3O12:Ce обладают наилучшей совокупностью параметров, однако GdBr3:Ce является гигроскопичным материалом и требует принятия особых мер при производстве сцинтилляционных элементов. Сцинтилляционное стекло на основе композиции Ba-Gd-Si-Ce (строка 2), хотя и обладает меньшим выходом сцинтилляций, сравнимым с выходом материала на основе пластиковой матрицы, однако обладает высокой прозрачностью и производится по стандартной технологии производства стекла, и благодаря этому может вырабатываться в формы больших объемов, необходимых для полного поглощения гамма-квантов в диапазоне энергий до 1300 кэВ и выше. В приведенных выше примерах материалов атому активатора - Се - могут быть введены в материал, замещая любой из элементов матрицы или несколько таких элементов. Кроме того, для реализации способа могут быть использованы сцинтилляционные материалы, активированные другими известными активаторами, такими как Tb или Eu.It can be seen that the scintillation material, based on an organic matrix of a plastic scintillator filled with gadolinium (line 1), is significantly inferior to inorganic scintillation materials in terms of characteristics. It has a significantly lower density, and, consequently, the efficiency of absorption of gamma radiation. Inorganic scintillation materials based on gadolinium have a significantly higher scintillation yield (for crystalline scintillators, lines 3-6), a high effective charge and photoabsorption coefficient of gamma quanta, and the concentration of gadolinium atoms in them is 2 orders of magnitude higher than the concentration of these atoms when introduced into plastic in an amount of 3 weight. % [VB Brudaninh, VI Bregadze at al. Element - loaded organic scintillators for neutron and neutrino physics, Letters in POP 6 (109) (2001) 69-77]. Among inorganic scintillators, GdBr 3 : Ce and Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 : Ce have the best combination of parameters, however, GdBr 3 : Ce is a hygroscopic material and requires special measures in the production of scintillation elements. Although the scintillation glass based on the Ba-Gd-Si-Ce composition (line 2) has a lower scintillation yield, comparable to the output of a material based on a plastic matrix, it has high transparency and is produced according to standard glass production technology, and therefore it can be produced in the form of large volumes necessary for the complete absorption of gamma rays in the energy range up to 1300 keV and higher. In the above examples of materials, the activator atom - Ce - can be introduced into the material, replacing any of the matrix elements or several such elements. In addition, scintillation materials activated by other known activators, such as Tb or Eu, can be used to implement the method.
Указанными сцинтилляционными материалами не ограничен круг применения в изобретении материалов на основе гадолиния, а обозначен общий подход к их выбору и даны наиболее подходящие из числа реально используемых.The indicated scintillation materials do not limit the range of application of gadolinium-based materials in the invention, but outline a general approach to their selection and give the most suitable of those actually used.
Для реализации заявляемого способа могут быть использованы и другие сцинтилляторы, содержащие атомы гадолиния в достаточном количестве, чтобы обеспечить достаточную для целей измерения эффективность регистрации нейтронов, а также обладающие остальными характеристиками сцинтиллятора, подходящими для целей измерения.To implement the inventive method, other scintillators containing gadolinium atoms in a sufficient amount to provide neutron detection efficiency sufficient for measurement purposes, as well as possessing other scintillator characteristics suitable for measurement purposes, can be used.
2) Для используемого детектора на основе гадолиний-содержащего сцинтилляционного материала определяют следующие параметры:2) For the used detector based on gadolinium-containing scintillation material, the following parameters are determined:
F(En) - функцию зависимости отклика детектора в энергетических диапазонах 40-100 кэВ (F40-100), 100-200 кэВ (F100-200), площадь линии 511 кэВ (F511), от энергии нейтронов. F(En) может быть рассчитана методом Монте-Карло, или определена экспериментально, или рассчитана, а затем дополнена экспериментальными данными для немонохроматических источников нейтронов.F (E n ) is the function of the dependence of the detector response in the energy ranges of 40-100 keV (F 40-100 ), 100-200 keV (F 100-200 ), the line area is 511 keV (F 511 ), on the neutron energy. F (E n ) can be calculated by the Monte Carlo method, or determined experimentally, or calculated, and then supplemented by experimental data for non-monochromatic neutron sources.
- функцию зависимости чувствительности к гамма - квантам (ослабления, поглощения) гадолиний-содержащего материала (в том числе сцинтилляционного) от энергии гамма - квантов для заданной величины энергии (гамма-линии), или усредненная в требуемом диапазоне. Может быть рассчитана, например, в GEANT4, или в [https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html], или определена экспериментально. Определяют численный параметр для каждого из указанных выше энергетических диапазонов: λ40-100, λ100-200, λ511. - a function of the dependence of sensitivity to gamma quanta (attenuation, absorption) of gadolinium-containing material (including scintillation) on the energy of gamma quanta for a given amount of energy (gamma line), or averaged over the required range. It can be calculated, for example, in GEANT4, or in [https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html], or determined experimentally. A numerical parameter is determined for each of the above energy ranges: λ 40-100 , λ 100-200 , λ 511 .
3) Затем проводят измерение регистрируемого нейтронного излучения, помещая детектор в области измеряемого нейтронного излучения, или помещая источник нейтронов в области чувствительности детектора (это может быть реализовано любым из известных способов). Определяют интенсивность регистрируемых сигналов (количество испускаемого сцинтиллятором света) отклика на гамма-кванты в энергетических диапазонах 40-100 кэВ (S40-100), 100-200 кэВ (S100-200), а также интенсивность линии с максимумом при 511 кэВ (S511).3) Then measure the detected neutron radiation by placing the detector in the region of the measured neutron radiation, or by placing the neutron source in the sensitivity region of the detector (this can be implemented by any of the known methods). The intensity of the recorded signals (the amount of light emitted by the scintillator) of the response to gamma rays in the energy ranges of 40-100 keV (S 40-100 ), 100-200 keV (S 100-200 ), as well as the line intensity with a maximum at 511 keV ( S 511 ).
Предпочтительным вариантов определения интенсивностей сигналов является запись амплитудного спектра регистрируемого, излучения нейтронов, измеряя количество света, испускаемого при регистрации гадолиний-содержащим сцинтилляционным материалом гамма-квантов, испускаемых при взаимодействии нейтронов с ядрами атомов гадолиния и последующий расчет интегральной спектральной интенсивности групп линий в энергетических диапазонах 40-100 кэВ (S40-100), 100-200 кэВ (S100-200) и интенсивность линии с максимумом при 511 кэВ (S511). Это может быть сделано путем гауссовой аппроксимации формы линий и линейной интерполяции фоновой подставки под ними, или любым другим способом.Preferred options for determining signal intensities are recording the amplitude spectrum of the recorded neutron radiation, measuring the amount of light emitted during registration by the gadolinium-containing scintillation material of gamma quanta emitted during the interaction of neutrons with the nuclei of gadolinium atoms and the subsequent calculation of the integral spectral intensity of line groups in the energy ranges 40 -100 keV (S 40-100 ), 100-200 keV (S 100-200 ) and line intensity with a maximum at 511 keV (S 511 ). This can be done by Gaussian approximation of the shape of the lines and linear interpolation of the background stand under them, or in any other way.
Другим примером способа определения интенсивности регистрируемых сигналов S40-100, S100-200, S511 является прямое накопление сигналов в этих энергетических диапазонах без промежуточной записи амплитудного спектра и расчета площади под спектральными линиями.Another example of a method for determining the intensity of recorded signals S 40-100 , S 100-200 , S 511 is the direct accumulation of signals in these energy ranges without intermediate recording of the amplitude spectrum and calculation of the area under the spectral lines.
Интенсивность регистрируемых сигналов в энергетических диапазонах: 40-100 кэВ (S40-100), 100-200 кэВ (S100-200), 511 кэВ (S511) может быть определена любым другим известным способом.The intensity of the recorded signals in the energy ranges: 40-100 keV (S 40-100 ), 100-200 keV (S 100-200 ), 511 keV (S 511 ) can be determined by any other known method.
При взаимодействии ядер атомов гадолиния с нейтронами происходит испускание гамма-квантов с характерным спектральным составом. На Фиг. 2 приведен смоделированный в программном пакете GEANT4 [S. Agostinelli et al. / Geant4 - a simulation toolkit // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. A., Vol. 506 (2003), pp. 250-303], использующем статистические методы Монте-Карло [N. Metropolis, S. Ulam / The Monte Carlo Method // Journal of the American Statistical Association, Vol. 44, No. 247 (1949), pp. 335-341], спектр индивидуальных энергий испущенных гамма-квантов в металлическом гадолинии толщиной 2 мм (толщина, достаточная для полной термализации позитронов в гадолинии, возникающих в результате реакций нейтронов с гадолинием, и, как следствие, максимального возможного выхода гамма-линии от аннигиляционных гамма-квантов) при облучении нейтронами от Am-Ве источника с широким и известным спектром испускаемых нейтронов, который приведен на Фиг. 3. При моделировании спектра гамма-квантов, возникающих в результате реакций нейтронов Am-Ве источника в гадолинии, осуществлялось его сглаживание таким образом, чтобы многочисленные линии в спектре, особенно в мягкой его части, сливались в группы так, как это происходит в реальном спектре, измеренном сцинтилляционным детектором с невысоким энергетическим разрешением.When nuclei of gadolinium atoms interact with neutrons, gamma-rays with a characteristic spectral composition are emitted. In FIG. 2 shows the simulated in the GEANT4 software package [S. Agostinelli et al. / Geant4 - a simulation toolkit // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. A., Vol. 506 (2003), pp. 250-303] using statistical Monte Carlo methods [N. Metropolis, S. Ulam / The Monte Carlo Method // Journal of the American Statistical Association, Vol. 44, No. 247 (1949), pp. 335-341], the spectrum of the individual energies of the emitted gamma rays in a
В спектре генерируемого от взаимодействия нейтронов с гадолинием гамма-излучения можно выделить наиболее выраженные мягкие линии и группы линий, которые имеют энергии 511 кэВ (моноэнергетическая линия от аннигиляционных гамма-квантов), примерно 190 кэВ (группа линий) и примерно 90 кэВ (группа линий).In the spectrum of gamma radiation generated from the interaction of neutrons with gadolinium, one can distinguish the most pronounced soft lines and groups of lines that have energies of 511 keV (monoenergetic line from annihilation gamma rays), about 190 keV (group of lines) and about 90 keV (group of lines )
Интенсивности каждой из указанных групп линий зависят от энергии нейтронов, с которыми взаимодействуют ядра гадолиния. На фиг. 4-6. приведены зависимости площади под гамма-линиями в энергетических диапазонах 40-100 кэВ (S40-100), 100-200 кэВ (S100-200) и площади линии 511 кэВ (S511) от энергии нейтронов. Зависимости были получены обработкой смоделированных в программном пакете GEANT4 спектров испущенных гамма-квантов в металлическом гадолинии толщиной 2 мм при его облучении равными потоками монохроматических нейтронов следующих энергий: 0,1 МэВ, 0,3 МэВ, 0,5 МэВ, 1,0 МэВ, 3,0 МэВ, 5,0 МэВ, 10,0 МэВ. При моделировании спектров осуществлялось его сглаживание таким образом, чтобы многочисленные линии в спектре, особенно в мягкой его части, передавались раздельно и хорошо аппроксимировались функцией Гаусса. Площадь линий и групп линий в указанных энергетических диапазонах определялась при гауссовой аппроксимации формы линий и линейной интерполяции фоновой подставки под ними. Принципиально важно то, что форма приведенных зависимостей существенно различается во всем диапазоне энергий нейтронов.The intensities of each of these groups of lines depend on the neutron energy with which the gadolinium nuclei interact. In FIG. 4-6. dependences of the area under gamma lines in the energy ranges of 40-100 keV (S 40-100 ), 100-200 keV (S 100-200 ) and the area of the 511 keV line (S 511 ) versus neutron energy are shown. The dependences were obtained by processing the spectra of emitted gamma rays simulated in the GEANT4 software package in 2 mm thick metal gadolinium when it was irradiated with equal fluxes of monochromatic neutrons of the following energies: 0.1 MeV, 0.3 MeV, 0.5 MeV, 1.0 MeV, 3.0 MeV, 5.0 MeV, 10.0 MeV. When modeling the spectra, it was smoothed in such a way that the numerous lines in the spectrum, especially in its soft part, were transmitted separately and were well approximated by the Gauss function. The area of lines and groups of lines in the indicated energy ranges was determined by a Gaussian approximation of the shape of the lines and linear interpolation of the background stand under them. It is fundamentally important that the form of the given dependences differs significantly in the entire range of neutron energies.
Таким образом, соотношение интегральных интенсивностей указанных групп (спектральных диапазонов) линий можно использовать для определения спектральных характеристик детектируемого нейтронного излучения.Thus, the ratio of the integrated intensities of the indicated groups (spectral ranges) of the lines can be used to determine the spectral characteristics of the detected neutron radiation.
4) Затем проводят расчетное определение энергии (для монохроматического излучения нейтронов) или усредненной энергии (для немонохроматического излучения нейтронов) детектируемых нейтронов, либо сопоставление полученных величин в относительных единицах с значениями, предварительно измеренными для источников, представляющих интерес для различения.4) Then, a calculated determination of the energy (for monochromatic neutron radiation) or the average energy (for non-monochromatic neutron radiation) of the detected neutrons is carried out, or the values obtained in relative units are compared with the values previously measured for sources of interest for distinguishing.
Для определения энергии (для монохроматического излучения нейтронов) или усредненной энергии (для немонохроматического излучения нейтронов) детектируемых нейтронов, численно решают систему из не менее, чем двух любых уравнений из набора (1), (2), (3):To determine the energy (for monochromatic radiation of neutrons) or the average energy (for non-monochromatic radiation of neutrons) of the detected neutrons, a system of at least two of any equations from the set (1), (2), (3) is solved numerically:
где Фn - поток нейтронов (интенсивность нейтронного излучения) или активность нейтронного источника (с точностью до калибровочного коэффициента); En - энергия или усредненная энергия источника; S40-100, S100-200, S511 - интенсивности регистрируемых детектором, сигналов в энергетических диапазонах 40-100 кэВ, 100-200 кэВ, площадь линии 511 кэВ соответственно; F40-100 (En), F100-200 (En), F511 (En) - функции зависимости отклика детектора в энергетических диапазонах 40-100 кэВ, 100-200 кэВ, площадь линии 511 кэВ от энергии нейтронов; λ40-100, λ100-200, λ511 - коэффициенты чувствительности детектора к гамма - квантам в энергетических диапазонах 40-100 кэВ, 100-200 кэВ, 511 кэВ; относительно двух неизвестных параметров - Фn и En.where Ф n is the neutron flux (neutron radiation intensity) or the activity of a neutron source (accurate to a calibration coefficient); E n is the energy or average energy of the source; S 40-100 , S 100-200 , S 511 - intensities of the signals recorded by the detector, signals in the energy ranges 40-100 keV, 100-200 keV,
В случае необходимости в зависимости от диапазона энергий нейтронов набор приведенных выше уравнений может быть расширен и включать аналогичные (1), (2), (3) уравнения для любых выраженных линий или групп линий в диапазоне энергий гамма-квантов примерно до 1300 кэВ.If necessary, depending on the range of neutron energies, the set of the above equations can be expanded to include equations similar to (1), (2), (3) for any expressed lines or groups of lines in the gamma-ray energy range up to about 1300 keV.
Кроме того, может быть записана библиотека экспериментальных данных величин S40-100, S100-200, S511 (так же как и для других энергетических диапазонов) для источников, предполагаемых для детектирования. Затем, при регистрации излучения нейтронов от неизвестного источника, измеренные величины S40-100, S100-200, S511 могут быть сравнены с величинами из библиотеки, совпадение значений будет означать идентификацию источника.In addition, a library of experimental data of values S 40-100 , S 100-200 , S 511 (as well as for other energy ranges) for sources intended for detection can be recorded. Then, when registering neutron radiation from an unknown source, the measured values of S 40-100 , S 100-200 , S 511 can be compared with the values from the library, the coincidence of the values will mean identification of the source.
В качестве примера реализации способа приведено устройство, которое состоит из сцинтилляционного детектора 1 на основе гадолиний-содержащего сцинтиллятора с размерами, обеспечивающими высокую степень термализации в используемом сцинтилляторе позитронов, возникших в результате взаимодействия нейтронов с атомами гадолиния, фотодетектора 2 на основе электровакуумного или полупроводникового прибора, внешней защиты - двухслойного экрана от фонового гамма-излучения 3, 4 с толщиной, достаточной для эффективного подавления естественного гамма-фона в выбранном анализируемом диапазоне энергий рожденных нейтронами в гадолинии гамма-квантов, а также преобразователь сигналов на основе многоканального амплитудного анализатора, содержащего аналого-цифровой преобразователь (на фигуре не показан), расположенный за экраном и соединенный с фотодетектором 2.As an example of the implementation of the method, a device is presented that consists of a
В качестве сцинтиллятора могут быть использованы, например, следующие материалы, активированные лантаноидами: сцинтилляционное стекло на основе композиции Ba-Gd-Si; ортосиликат гадолиния Gd2SiO5 или смешанный ортосиликат гадолиния и другого элемента из группы лантаноидов (Gd,Ln)2SiO5; пиросиликат гадолиния Gd2Si2O или смешанный пиросиликат гадолиния и другого элемента из группы лантаноидов (Gd,Ln)2Si2O7; бромид гадолиния GdBr3 или смешанный бромид гадолиния и другого элемента из группы лантаноидов (Gd,Ln)Br3, сложный оксид со структурой граната, содержащий гадолиний Gd3Al2Ga3O:Ce, а также другие неорганические сцинтилляторы, содержащие гадолиний.As the scintillator, for example, the following materials activated with lanthanides can be used: scintillation glass based on the composition Ba-Gd-Si; gadolinium orthosilicate Gd 2 SiO 5 or a mixed orthosilicate of gadolinium and another element from the group of lanthanides (Gd, Ln) 2 SiO 5 ; gadolinium pyrosilicate Gd 2 Si 2 O or a mixed pyrosilicate of gadolinium and another element from the group of lanthanides (Gd, Ln) 2 Si 2 O 7 ; gadolinium bromide GdBr 3 or a mixed bromide of gadolinium and another element from the group of lanthanides (Gd, Ln) Br 3 , a complex oxide with a garnet structure containing gadolinium Gd 3 Al 2 Ga 3 O: Ce, as well as other inorganic scintillators containing gadolinium.
Внешняя защита от фонового излучения должна эффективно поглощать гамма-излучение в диапазоне энергий 40-600 кэВ, и должна подбираться исходя из планируемых условий использования устройства и требований к его техническим характеристикам, в частности - к массогабаритным характеристикам. Например, экран может состоять из слоя свинца 4, и в этом случае в предпочтительном исполнении включать в себя дополнительный слой 3 внутренней медной или медь-содержащей защиты от характеристических линий свинца с энергиями < 100 кэВ, попадающих в анализируемый диапазон рожденных нейтронами в гадолинии гамма-квантов, с эквивалентной толщиной по металлической меди не менее 2-3 мм. Или может быть использована защита на основе композиций редкоземельных элементов. Также для защиты могут быть использованы любые другие известные материалы для зашиты от гамма-излучения. Устройство работает следующим образом:External protection against background radiation should effectively absorb gamma radiation in the energy range of 40-600 keV, and should be selected based on the planned conditions for the use of the device and the requirements for its technical characteristics, in particular, for weight and size characteristics. For example, the screen may consist of a layer of
Внешний слой защиты поглощает фоновое гамма-излучение, в результате чего сцинтиллятор избирательно регистрирует излучение нейтронов, согласно заявляемому способу. Это позволяет повысить точность заявленного способа регистрации нейтронов.The outer layer of protection absorbs background gamma radiation, as a result of which the scintillator selectively detects neutron radiation, according to the claimed method. This improves the accuracy of the claimed method of detecting neutrons.
Пример 1.Example 1
Кристалл Gd3Al2Ga3O12:Ce с размерами 18×18×7 мм3 использовали для изготовления сцинтилляционного детектора с считыванием света с помощью фотоэлектронного умножителя. В качестве источника нейтронов использовали Am-Ве источник, помещенный в окруженную нейтронным поглотителем на основе бора шахту диаметром 10 см. Расстояние от источника до детектора составляло примерно 20 см. В непосредственной близости от источника был установлен свинцовый диск диаметром 8 см и толщиной 2,6 см для ослабления влияния на показания детектора гамма-квантов, излученных источником и окружающим шахту нейтронным поглотителем. В непосредственной близости от детектора был установлен второй свинцовый диск диаметром 8 см и толщиной 1,4 см для ослабления влияния на показания детектора гамма-квантов, излученных нейтронным поглотителем на основе борной кислоты Н3ВО3, пластиковый контейнер с которой устанавливался между свинцовыми дисками. С одинаковым «живым» временем набора было записано два амплитудных спектра гамма-квантов, зарегистрированных с помощью детектора Gd3Al2Ga3O12:Ce, причем в одном случае толщина слоя борной кислоты в контейнере составляла 4,5 см, а в другом - 10,5 см. Таким образом моделировалось излучение нейтронов с различными спектральными характеристиками - относительная доля быстрых нейтронов в нем тем выше, чем больше толщина борного поглотителя.A Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 : Ce crystal with dimensions 18 × 18 × 7 mm 3 was used to make a scintillation detector with light sensing using a photoelectron multiplier. An Am-Be source was used as a neutron source, placed in a
На Фиг. 7 представлены рассчитанные в GEANT4 процентные доли поглощенных нейтронов в различных слоях бора природного изотопного состава.In FIG. Figure 7 shows the percentages of absorbed neutrons calculated in GEANT4 in various boron layers of a natural isotopic composition.
На Фиг. 8 представлены измеренные детектором Gd3Al2Ga3O12:Ce с размерами 18×18×7 мм спектры Am-Ве источника при различных толщинах борного поглотителя. Обработка этих спектров дает следующий результат: увеличении толщины поглотителя с 4,5 см до 10,5 см привело к уменьшению площади S40-100 более чем в 4 раза, в то время как S511 уменьшилась всего в 2 раза. Данный пример демонстрирует возможность решения системы уравнений (1) и (3).In FIG. Figure 8 shows the spectra of the Am-Be source measured at a Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 : Ce detector with dimensions 18 × 18 × 7 mm at various boron absorber thicknesses. Processing these spectra gives the following result: an increase in the thickness of the absorber from 4.5 cm to 10.5 cm led to a decrease in the area of S40-100 by more than 4 times, while S 511 decreased by only 2 times. This example demonstrates the possibility of solving the system of equations (1) and (3).
Таким образом, предложенный метод позволяет по зарегистрированным спектрам гамма-квантов различать детектируемое излучение нейтронов с различными спектральными характеристиками.Thus, the proposed method makes it possible to distinguish between detectable neutron radiation with different spectral characteristics from the registered gamma-ray spectra.
Пример 2.Example 2
Пример конструкции устройства для реализации предложенного метода состоит из сцинтилляционного детектора на основе гадолиний-содержащего сцинтилляционного кристалла Gd3Al2Ga3O12:Ce (GAGG:Ce) с размерами в каждом измерении не менее 1 мм, фотодетектора на основе электровакуумного или полупроводникового прибора, внешней свинцовой защиты от фонового гамма-излучения с толщиной, достаточной для эффективного подавления естественного гамма-фона в выбранном анализируемом диапазоне энергий рожденных нейтронами в гадолинии гамма-квантов, и внутренней медной или медь-содержащей защиты от характеристических линий свинца с энергиями < 100 кэВ, попадающих в анализируемый диапазон рожденных нейтронами в гадолинии гамма-квантов, с эквивалентной толщиной по металлической меди не менее 2-3 мм,An example of the design of a device for implementing the proposed method consists of a scintillation detector based on a gadolinium-containing scintillation crystal Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 : Ce (GAGG: Ce) with dimensions in each dimension of at least 1 mm, a photo detector based on an electrovacuum or semiconductor device , external lead protection against background gamma radiation with a thickness sufficient to effectively suppress the natural gamma background in the selected analyzed range of energies generated by neutrons in the gadolinium line of gamma rays, and internal copper or copper-containing protection against characteristic lines of lead with energies <100 keV falling into the analyzed range of neutron-generated gadgets of gamma rays with an equivalent thickness of metallic copper of at least 2-3 mm,
Таким образом, поскольку в результате взаимодействия нейтронов со сцинтилляционным материалом происходит регистрация гамма-квантов, непосредственно появившихся в сцинтилляционном материале детектора, то предлагаемое техническое решение существенно увеличивает чувствительность регистрации нейтронов по сравнению с известными способами, когда взаимодействие с нейтронами для получения гамма-квантов осуществляется в одном материале, а регистрация излученных гамма-квантов в другом, пространственно-разнесенном, сцинтилляционном материале. Кроме того, увеличивается чувствительность регистрации нейтронов за счет учета большего количества выраженных линий или групп линий в спектре испущенных гамма-квантов, а сравнение интенсивностей этих различных линий или групп линий позволяет дополнительно, помимо интенсивности регистрируемого излучения нейтронов, получать информацию о его спектральных характеристиках.Thus, since as a result of the interaction of neutrons with scintillation material, gamma rays that directly appear in the scintillation material of the detector are recorded, the proposed technical solution significantly increases the sensitivity of neutron detection compared to known methods when interacting with neutrons to obtain gamma rays is carried out in one material, and registration of emitted gamma rays in another, spatially separated, scintillation mat iale. In addition, the sensitivity of neutron detection is increased by taking into account a greater number of expressed lines or groups of lines in the spectrum of emitted gamma rays, and a comparison of the intensities of these various lines or groups of lines allows, in addition to the intensity of the recorded neutron radiation, to obtain information about its spectral characteristics.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017141977A RU2663683C1 (en) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | Method for registration of neutrons and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017141977A RU2663683C1 (en) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | Method for registration of neutrons and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2663683C1 true RU2663683C1 (en) | 2018-08-08 |
Family
ID=63142678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017141977A RU2663683C1 (en) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | Method for registration of neutrons and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2663683C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737636C2 (en) * | 2018-09-13 | 2020-12-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Device for determining low concentrations of fm in sfa |
RU2757219C1 (en) * | 2020-04-23 | 2021-10-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Fission ionisation chamber for neutron detection |
RU2781041C1 (en) * | 2021-12-15 | 2022-10-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Scintillation composition for neutron detection |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030165211A1 (en) * | 2002-03-01 | 2003-09-04 | Lee Grodzins | Detectors for x-rays and neutrons |
US7247853B2 (en) * | 2002-03-22 | 2007-07-24 | General Electric Company | Instrumentation package and integrated radiation detector |
RU2501040C2 (en) * | 2009-07-27 | 2013-12-10 | Флир Радиацион Гмбх | Apparatus and method for detecting neutrons using neutron-absorbing calorimetric gamma detectors |
RU2591207C1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Protective material from neutron radiation and gamma-ray scintillation detector |
-
2017
- 2017-12-01 RU RU2017141977A patent/RU2663683C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030165211A1 (en) * | 2002-03-01 | 2003-09-04 | Lee Grodzins | Detectors for x-rays and neutrons |
US7247853B2 (en) * | 2002-03-22 | 2007-07-24 | General Electric Company | Instrumentation package and integrated radiation detector |
RU2501040C2 (en) * | 2009-07-27 | 2013-12-10 | Флир Радиацион Гмбх | Apparatus and method for detecting neutrons using neutron-absorbing calorimetric gamma detectors |
RU2591207C1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Protective material from neutron radiation and gamma-ray scintillation detector |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737636C2 (en) * | 2018-09-13 | 2020-12-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Device for determining low concentrations of fm in sfa |
RU2757219C1 (en) * | 2020-04-23 | 2021-10-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Fission ionisation chamber for neutron detection |
RU2781041C1 (en) * | 2021-12-15 | 2022-10-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Scintillation composition for neutron detection |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Danevich et al. | α activity of natural tungsten isotopes | |
RU2501040C2 (en) | Apparatus and method for detecting neutrons using neutron-absorbing calorimetric gamma detectors | |
US7388206B2 (en) | Pulse shape discrimination method and apparatus for high-sensitivity radioisotope identification with an integrated neutron-gamma radiation detector | |
US7626178B2 (en) | Integrated neutron-gamma radiation detector with adaptively selected gamma threshold | |
Hussein | Handbook on radiation probing, gauging, imaging and analysis: Volume I: Basics and techniques | |
Fazzini et al. | Pulse-shape discrimination with CdWO4 crystal scintillators | |
RU2502088C2 (en) | Apparatus and method for neutron detection by capture-gamma calorimetry | |
Iwanowska et al. | Thermal neutron detection with Ce3+ doped LiCaAlF6 single crystals | |
CA2702961C (en) | Fast neutron spectroscopy using neutron-induced charged particle reactions | |
CA2528177A1 (en) | Neutron and gamma ray monitor | |
Korjik et al. | Compact and effective detector of the fast neutrons on a base of Ce-doped Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 scintillation crystal | |
US7629588B1 (en) | Activation detector | |
RU2189057C2 (en) | Scintillation detector of neutron and gamma radiation | |
Galunov et al. | Gd-bearing composite scintillators as the new thermal neutron detectors | |
US7601965B1 (en) | Infra-red signature neutron detector | |
RU2143711C1 (en) | Detector for registration of ionizing radiation | |
RU2663683C1 (en) | Method for registration of neutrons and device for its implementation | |
Szczȩśniak et al. | Light pulse shapes in liquid scintillators originating from gamma-rays and neutrons | |
Slaughter et al. | Performance of large neutron detectors containing Lithium-Gadolinium-Borate scintillator | |
Yavuzkanat et al. | Investigation of the gamma-ray efficiency for various scintillation detector systems | |
Stoykov et al. | Trigger efficiency of a ZnS: 6 LiF scintillation neutron detector readout with a SiPM | |
Rawat et al. | Efficiency studies on Gd 3 Ga 3 Al 2 O 12: Ce scintillators: simulations and measurements | |
CN114509801A (en) | A neutron/gamma screening system and method for gadolinium-based materials | |
Mukhopadhyay et al. | Portable gamma and thermal neutron detector using 6LiI (Eu) crystals | |
Shao et al. | Design of a Portable Phoswich Detector for Simultaneous α, β, and γ Identification |