Времяпролетный спектрометр быстрых нейтронов

,А пецгг (11 адпояГ я, 1 цс 1 е 1981,апТ Т е Гог р 1 аяш Ьодя, 320. шеС епд епг ся оГ ех г 1 пяггц 185, 1 щ 2(54) ВРЕМЯПРОЛЕТ РЪХ НЕЙТРОНОВ (57) Изобретение диагностики терм может быть испол для измерения ио мы. Цель изобрет 1 Й П 1 ЕКТРОИЕТР БЪ 1 С относится к техникеядерной плазмы и например,ературы плазеличение отьэованс ннои тем ения - у ошения с меньшени Времяп коллиматортектораже электро лектронна я схе ой по чает вхо игналов и нтервалов ипа че ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гнал-шум - достигается м вклада фоновых событий тный спектрометр содержит и два сциитилляционных дестартовый и стоповый, а так нную схему регистрации.ма регистрации вклюрогоный формирователь блок измерения временныхСтартовый детектор распобретение относится к техни диагностики термоядерной плазмы и м жет быть использовано, например для измерения ионной температуры плазмы ложен за коллиматором на его оси.Стоповый детектор расположен под уг" лом (/ к оси коллиматора на расстоянии 1 от стартового детектора. Увеличение отношения сигнал-шум достигается выполнением стартового детектора в виде набора чередующихся пластин сцинтиллятора и поглотителя. Плоскос" ти пластин расположены под углом90. -к оси коллиматора. Толщина каждой пластины сцинтиллятора равна 1 =. Лр ГЕ(агссоЯ д.)р где Лр- пРобег протона отдачи, который рассеивается под углом (90 - ) в сцинтилляторе, Х = Е /Е р - коэффициент отбора полезных событий, где Е 1- энергия д протона отдачи, который рассеивает- ф ся пол углом (90 - , Е - энергия протона отдачи, который рассеивается поц углои 90- (с(Г ясснгпг) . Толщина же пластины поглотителя ранняетгде р, - плотность сцинтиллятора, еа 2 , - зарядовый номер сцинтилляе,рар ф А, - атомный номер сцинтиллятора,- плотность поглотителя, 2 ,- зарядовый .номер поглотителя, А пррр атомный номе, оглотителя, Е щ - энергиянейтрона, Реализация изобретения поз воляет примерно на три порядка повы Сить отношение сигнал-шум времяпролетных спектрометров быстрых нейтронов. 1 ил. новках с магнитным удержаниемОКАМАК.ью изобретения является увелиотношения сигнал-шум путемЬ = Л г 8(агссоз Ф),30где л - пробег протона, рассеянногопод углом 90- с( в сцинтилляторе,"Е /Е - коэффициент отбора полезныхсобытий;Е р - энергия протона отдачи, рассеянного под углом 90- д,Е - энергия протона отдачи расРрсеянного под углом 90 - 40(д агсз 1 и 4Толщина пластин поглотителя 5 Й выбрана из условия Рс ЕсиАаоглРтзо рл летлА с и Е "Е р 45 Ер где Е,- зарядовый номер сцинтиллятора;Ел- зарядовый номер поглатителя А - атомный номер сцинтиллятора, А,- атомный номер поглотителя;" плотность сцинтиллятора;Р" плотность поглотителяЕ- энергия нейтрона.Спектрометр работает следующим образом.После прохождения через коллиматор 1 нейтрон и с энергией Е попада уменьшения вклада фоновых событий.На Чертеже показана схема спектрометра, содержащего коллиматор 1, стартовый детектор 2, включающий в себя ФЭУ 3, пластины сцинтиллятора 4 и пластины поглотителя 5, стоповый .детектор б состоящий из сцинтиллятора 7 и ФЭУ Э,электронную схему регистрации 8,в состав которой входят входные пороговые формирователи сигналов 9 и блок измерения 1 Овременных интервалов.Показано также расстояние 1 от стартового детектора 2 до стопового 15 детектора 6 направление полета нейтронов и, рассеянных нейтронов и, протонов р.Стартовый детектор 2 расположен на оси коллиматора 1, у его выхода, и выполнен в виде набора пластин сцинтиллятора 4, чередующихся с пластинами поглотителя 5, причем плоскости пластин составляют с осью коллимато. ра 1 угол 90 - И, а толщина каждой 25 пластины сцинтиллятора 4 выбрана из соотношения ет под углом Оо в стартовый детектор 2, выполненный из набора пластин сцинтиллятора и поглотителя. Тол" щина каждой пластины сцинтиллятора 4 выбрана таким образом, что в ней полностью укладывается только пробег протонов р, вылетевших под углами 90 ф- ( Ы ф агсв 1 и х ) . С вероятностью Ь нейтрон упруго рассеивается на ядре водорода, входящего в состав пластины сцинтиллятора 4 толщиной Ь, и вылетает ипод углом Я от 0 до 90 Под углом (90- Ы ) вылетает протон отдачи р, энергия которого равна Е Р = Ез 1 и Ыз На выходе стартового детектора 2 возникает импульс, начало которого соответствует моменту ре" гистрации нейтрона Ь в стартовом детекторе 2, а амплитуда пропорциональна Е . Фоновые протоны отдачи, вылетевшие под углами большими или меньоршими 90 - Ц+ аг эи л), попадают в палстину поглотителя 5 толщиной1 УсзлсзАлогл Ел-Е р Р погл 2 ррглА си, Ер теряя там часть своей энергии. Толщина д пластины поглотителя 5 вьбрана так, что с учетом поглощенной в ней энергии фонового протона отдачи соответствующий электронный сигнал, пропорциональный поглощенной в пластинах сцинтиллятора 4 энергии, оказывается ниже порогового значения. Нейтрон и, рассеянный в направлении стопового детектора .6, пролетает расстояние 1 и через вреия С, = 1 у 72 К. регистрируется стоповым детектором 6. Здесь ш- масса нейтрона, Е - его энергия после рассеяния. Электрические сигналы стартового детектора 2 и стопового детектора 6 проходят через пороговые формирователи сигналов 9 в блок измерения 10 временных интервалов, где измеряется задержка между ними. В электронной схеме регистрации 8 происходит накопление информации и ее предварительная Обработка перед подачей на ЭБ 11. По измеренному г восстанавливается Е , а/ затем с. учетом угла с(- начальная энергия нейтрона по формуле Е= = ЕосозсзСуть предложения заключается вследующем. В стартовом детекторе 2протоны отдачи р, соответствующие нейВремяпропетный спектрометр быстрых нейтронов, содержащий коплиматор, стартовый и стопоцый спицтиппяцион- цые детекторы и электронную схему регистрации, включак.щую входной пороговый формирователь сигналов и блок измерения временных интервалов, причем стартовый детектор расположен за колпимэторомна его оси, а стоповый детектор расположен ца расстоянии 1 от стартового детектора под углом Ы к оси коппиматора о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с цепью увели 5 1477 тронам и, попавшим в стоповый детек" тор 6, т.е. "полезным" событиям, рассеиваются под углами 90-Ыфагсн 1 п р), так, что их пробеги полностью укла" дываются в пластине сцинтиллятора 4 толщиной Ь, и амплитуда сцинтилляции соответствует полной энергии "полезного" протона отдачи р. Толщина Ь пластины сцинтиллятора 4 выбрана из соотношения Ь =3 Р д(агссоэх) устанавливающего зависимость от заданного коэффициента отбора х= Е /Е и учиР Р тывающего через разброс углов рассеяния нейтронов требуемое энергетическое разрешение спектрометра. Таким образом, "полезными" являются протоны р рассеянные под углами 90 ф - в (+агснпх).В этом случае, если уголрассеяния протона отдачи це попадает н укаэанный интервал углов, рассеянный нетройн це попадает н стоповый детектор 6, т,е. является фоновым. Пробег фонового протона отдачи не укладывается полностью ц пластине 25 сцицтилплтора 4 толщиной Ь, Фоновый протон отдачи попадает н пластину поглотитепя 6, теряя там часть своей энергии, затем попадает в пластину сцицтилпятора 4, теряя ц цей часть З 0 зцергии, и т,д. в зависимости от его угла рассеяния и энергии. Толщинапластины поглотцтспя 6 выбрана так, что энергия, остацпяемая фоновым протоном отдачи в ппастцце спин 35 типпятора 4, це прецьнзает энергию "полезного протоца отдачи р. В результате амплитуда сиицтиппяциоццого сигнала от любого фонового протона отдачи всегда меньше амплитуды сигнала отполезного протона отдачи р, При установлении порога входного порогового формирователя сигналов .9, соответствующего Ер все фоновые сигналы оказываются ниже порога и це вызывают срабатываний стартового канала, В результате отношение сигнал/ фоц существенно возрастает.Изобретение реализовано с использованием коппиматора из борировацного 50 полиэтилена длиной 1 м с диаметром щели 30 мм, Стартовый детектор состоял из фотоумножителя ФЭУ типа ФЭУс диаметром фотокатода 50 мм и набора равных по толщине 100 мкм пластин сцицтилпятора из полистирола и пластин погпотитепя из меди, Высота пластин равнялась 30 мм ширина пластин 30 мм. Общее число пластин сцицтил 108 6лятора 4, ранное числу пластик погло"тителя 6, равнялось 150. Стоповый детектор состоял иэ ФЭУ типа ФЭУ"30 исцинтиллятора 7 иэ полистирола диаметром 50 мм и высотой 50 мм. Столовый детектор 6 был расположен подеуглом= 45 к оси коллиматора 1(с нершиной угла в стартовом детек-торе 2) и на расстоянии 5 м от стартового детектора 2. Привязка по фронту токового импульса ФЭУ 3 осуществлялась с точностью около 1 нс. Квлибровка и испытание спектрометраосущестнлялась на лазерном генераторе цейтронон с энергией 14 МэВ. Вцб"ранный угол ориентации плоскостипластин сцинтиллятора 4 и пластинпоглотителя 6 (90-45 45) соотнетстновал тому, что в данном случаепод углом 45 относительно оси колпнматора 1 рассеивался протон р сэнергией 7 МэВ, которымирегистрировался как "полезное" событие. Проведенные измерения показали, что внаихудшем случае фоновый протон сэнергией 14 МэВ(т.е. рассеянный подуглом 0 ) оставляет н пластинах по-гпотитепя 6 энергию около 10 мэВ, ав пластинах сцинтиллятора 4 энергиюоколо 4 МзВ. При выбранном пороговоминтервале энергий регистрации "полезных" событий (65-75 МэВ) отношение сигцал-шум в стартовом детекто"ре 2 составило 1.,В изнестцых спектрометрах при такой же геометрии измерений отношение сигнал-шум составляет величину -10Реализация изобретения позноляет,по крайней мере, ца три порядка повысить отношение сигцап-фон времяпролетных спектрометров быстрых нейтронов,Формула иэ обретенияА слл Р тьюгл пыл поелЕ Составитель Т,Авчиева едактор Т,Орловская Техред А.Кравчук Корректор Э.ЛончакЗаказ 3331 Тираж 354 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 КНТ Пронзводственно"издательский комбинат "Патент", гУжгород, ул. Гагарина,чения отношения сигнал/шум путем уменьшения вклада фоновых событий, стартовый детектор выполнен в виде набора пластин сцинтиллятара и поглотители, чередующихся между собой,:5 плоскости пластин составляют с осью коллиматора угол 90" Ы, причем толщина каждой сцинтилляцириной пластины выбрана иэ соотношения 10 где 1 - пробег протона отдачи, .расР,Фсеянного под углом 90 -15в сцинтилляторе,йЕ /Е- коэффициент отбора полезныхсобытий;Е- энергия протона отдачи,орассеянного под углом 9 О - 20-ол Е- энергия протона отдачи,1рассеянного под углом 90-(Ы загсами),а толщина пластины поглотителя д выбрана из условия плотность сцинтиллятора,зарядовый номер сцинтиллятора,атомный номер сцинтиллятора,плотность поглотителя,зарядовый номер поглотителя,атомный номер поглотителя,энергия нейтрона.