Способ регулирования чувствительности устройства для регистрации быстрых нейтронов

,ЯО 7865 94 С 01 Т 1 01 Т 3/Оо СССРКРЫТИЙ ЕНКЫй КОМИТ ЗОБРЕТЕНИЙ И ГОСУД АРС ПО ДЕ,ЛА САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ьности В Е-Ою 5- 1 и изотроп ения фона 31.Синицын излучения веществом етектора, вания, то анинопубли2,1952.1959,76 егулир област ени процесса твительно свого дет У полудают та- ношения тора роводниой, чт ь соо ы вып ол нял ЙЕ (Е ) Дх) В,В де В нат орог диск средняя на пути, равном У, удельнаяпотеря энергии в веществе детекторапротона с начальной энергией, равной 3Е, К(В) - пробег в детекторе прото- руна с начальной энергией, равной В, а %Ф Ртолщину водородсодержащего радиатора задают постоянной для каждого устройства в пределах 1-50 мм,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЪНОСТИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ с плоским полупроводниковым детектором,с интегральным дискриминатором, с помощью водородсодержащего радиатора протоновотдачи, помещенного перед чувствительной областью полупроводникового детектора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью обеспечения регулируемои чувстви энергии нейтро мононаправленн нейтронов, уме ствующего гамм ций нейтронов бласти00 МэВ вом поляхот сопутот реакПредлагаемое изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а конкретно к измерению полей быстрых нейтронов, 5Существуют способы регулирования чувствительности датчиков быстрых нейтронов с целью получения требуемой по условиям и задачам эксперимента зависимости чувствительности от энергии нейтронов. Например при изготовлении дозиметров нейтронов для получения кривой чувствительности, близкой к дозовойприменяют способ, заключаю-щийся в том, что датчик дозиметра вы полняют из двух различных делящихся веществ, смешанных в определенном отношении. Однако, возможности этого способа ограничены, поскольку трудно подобрать делящиеся вещества, позво ляющие получить нужную характеристику в широком диапазоне энергий нейтроновИзвестен способ, заключающийся в том, что пропорциональный счетчик 25 наполняют водородсодержащим газом, стенки счетчика выполняют из водород- содержащего материала. Меняя давление газа и толщину стенок, получают требуемую энергетическую зависимость 30 чувствительности датчика. Недостаток этого способа состоит в том, что применение его ограничено областью дозиметрии быстрых нейтронов с энергией ниже 15 МэВ.Наиболее близким решением к заявляемому является способ регулирования чувствительности устройства с плоским полупроводниковым детектором с интегральным дискриминатором для реги страции быстрых нейтронов с помощью водородсодержащего радиатора протонов отдачи, помещенного перед чувствительной областью полупроводникового детектора. 45 Выход детектора соединяют со входом интегрального дискриминатора импульсов. Требуемую характеристику устройства (в данном случае это - за. висимость от энергии нейтронов отношения числа импульсов на выходе дискриминатора к потоку нейтронов) получают подбором соответствующего профиля радиатора, При этом характеристика устройства может быть рассчи 55 тана,Однако, у этого способа имеются существенные недостатки, которые не позволили найти ему широкого практического применения.1, В общем случае для получения требуемой характеристики необходимо задавать сложный профиль радиатора (толщина радиатора перед детектором должна меняться от долей миллиметра до 1-2 см). При этом рассчитать характеристику можно лишь при выполнении двух условий: при мононаправленном поле нейтронов, когда направление полета нейтронов совпадает с нормалью к поверхности детектора, и при достаточно большой толщине чувствительной области детектора, такой, что высокоэнергетичные протоны отдачи теряютв чувствительной области энергию, превышающую порог дискриминатора. В связи с этим практическое использование способа при регистрации нейтронов с энергией выше 20 МэВ затр уднено.2. Использование детекторов с большой толщиной чувствительной области приводит к увеличению фона от сопутствующего гамма-излучения и от реакций нейтронов с веществом детектора.3. При регулировании чувствительности в процессе регистрации нейтро" нов необходимо прерывать измерения и производить замену радиатора, что приводит к увеличению затрат времени и к уменьшению точности получаемых результатов.Целью предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно, создание устройства с регулируемой чувствительностью в области энергий нейтронов Е в мононаправленном и изотропном полях нейтронов, при этом 0,5 МэВЕ, ( 100 МэВ уменьшение фона от сопутствующего гамма-излучения и от реакций нейтронов с веществом детектора, упрощение процесса регулирования чувствительности.Для достижения поставленной цели в известном способе регулирования чувствительности с плоским полупроводниковым детектором с интегральным дискриминатором для регистрации быстрых нейтронов с помощью водородсодержащего радиатора протонов. отдачи, помещенного перед чувствительной областью полупроводникового детектора, порог дискриминатора В и толщину чувствительной области И полупроводникового (предпочтительно кремниевого) детектора задают такими, чтобы выполнялись/6655ЙЕсоотношения ЕВ, В/ - (Е) ) И 7Йх7 Е(В) В Й (Е,) средняя на путиГВ ЙЕ1 Е( Йхравном И, удельная потеря энергии в В веществе детектора протона с начальной энергией, равной Е К(В) - пробег в детекторе протона с начальной энергией . равной В толщину водородВ В10 содержащего (предпочтительно полиэтиленового) радиатора задают постоянной для каждого устройства в пределах 1- 50 мм.Например в устройстве, содержащем полупроводниковый детектор, перед чувствительной областью которого помещают радиатор. толщиной 20 мм, задают толщину чувствительной области Я - 300 мкм и пороги дискриминатора лоследовательно равными 1, 1,5, 2 МэВ. Указанные значения удовлетворяют приведенным вьппе соотношениям в области высоких энергией нейтронов (например при Е30 МэВ), что позволяет1получить набор различных зависимостей чувствительности от энергии нейтронов в мононаправленном поле излучения (фиг. 1; 1 - при пороге В - 1 МэВ;2 - 1,5 МэВ, 3 - 2 МэВ). Это указывает на воэможность регулирования;чувствительности устройства. Аналогичные зависимости для изотропного поля нейтронов приведены на фиг, 2 при Я = 500 мкм (4 - В=1 МэВ, 5 - 2 МэВ, б - 3 МэВ), 35Физической основой предлагаемого способа является то, что при выполненни соотношения В/( (Е; 7 1 ВЙЕЙх 40 пробеги протонов с энергией от Едо 100 МэВ, образующихся при регистрации нейтронов, будут меньше толщины чувствительной области детектора Я, Более того, вследствие малых величин 4511 ЙЕ удельных потерь энергии - высокоЙхэнергетичных протонов часть протонов, попадающих в детектор с энергией Е 100 мЭв, оставит в чувствительной об- БО ласти энергию меньше пороговой В и не будет зарегистрирована, что повлияет на чувствительность устройства к нейтронам. Долянезарегистрированных протонов будет зависеть от величин В и И, вследствие чег 6 можно менять чувствительность устройства в пжроком диапазоне энергий нейтронов, изменяя величины В и Я; Выполнение 1 ч Гв условий Е р В и 4 ) К(В) --Е ЕФ- чувствительность устройства; - энергия нейтронове- порог дискриминатора; - толщина чувствительной области детектора;- толщина радиатора; - число атомов водорода в 1 смрадиатора;- сечение взаимодействия нейтрона с протоном;- площадь детектора;- энергия протонов отдачи; - толщина некоей эффективнойобласти радиатора; все протоны, образующиеся в пределах этой области с энергиейЕ в результате взаимодейстРвия нейтрона энергии Е, достигнут детектора и будут,зарегистрированы, и ни одинпротон с энергией ЕР, образующийся в радиаторе внепределов этой области, небудет зарегистрирован устройством;- коэффициент, учитывающий анизотропию рассеяния нейтронана протоне в системе центрамасс. Ьпп ЯЕХ печивает отличие от 0 чувствительности во всей области энергий нейтронов Е, - 100 МэВ, Фон от сопутствующего гамма"излучения и от реакций нейтронов с веществом детектора сводится к минимуму, поскольку способ реализуется при достаточно малых толщинах чувствительной области,а при этом,вопервых мала вероятность взаимодействия гамма-квантов и нейтронов с веществом детектора и, во-вторых, фоновые импульсы имеют небольшую величийе и легко дискриминируются. Толщина радиатора задается постоянной для каждого устройства, что позволяет провести расчет чувствительности как для мононаправленного, так и для изотропного полей нейтронов.Расчет чувствительности для моно- направленного поля нейтронов проводится по формулеДля изотропного поля нейтронов чувствительность рассчитывается по ФормулеФ%3д Е Б(к,в,ч,ь) . -- -в(н, д) пн Б Ви о о ЕрЬак, ааХ,где Ы," угол меяцу нормалью к поверхности детектора и направле)нием вылета протона отдачи;Х - переменная интегрирования потолщине радиатора;Я)1 й 15КИ - нижнияя и верхняя границыэнергий протонов отдачи, образу 1 ощихся в радиаторе на расстоянии Х от детектора, вылетающих под углом с и остав" щляющих в чувствительной области детектора энергию больше .:порога дискриминатораРезультаты расчета, представленныена Фиг, 1, 2 получены для случая, ког;28да в качестве материала радиаторавзят полиэтилен, детектора - кремний,Изменение чувствительности с помощью параметров устройства - порогадискриминатора и толщины чувствительной области детектора - в сочетании сконтролем вида характеристики,осуществляемым расчетным путем, позволяетрегулировать чувствительность в об"ласти энергий нейтронов 0,5-100 МэВ,Устройства, в которых реализуетсяданный способ, могут оказаться незаменимыми при регистрации быстрых нейтронов, образующихся при работе ускорителей заряженных частиц, а также вверхних слоях атмосферы, там, где основной вклад в дозу дают нейтроны сэнергией выше 10 МэВ, Воэможностьплавного изменения чувствительности устройства позволяет подбирать оптимальную характеристику,исходя из условий измерения нейтронных полей. Существенно упрощается пссравнению с прототипом регулровкачувствительности устройства, для чего достаточно изменить порог дискриминатора. Пренебрежимо малая чувствительность к гамма-излучению позволяет использовать подобные устройства в смешанных полях излучений привысоких отношениях потоков гамма-лучей и нейтронов. Например при толщине чувствительной области кремниевого детектора 500 мкм и пороге дискриминатора 2,5 МэВ, вклад в показанияустройства от гамма-излучения не превышает 1при работе в полях с отношением гамма"лучей кнейтронам 1000/1.Предлагаемый способ открывает воможность применения для регистрациинейтронов полупроводниковых детекторов с малой толщиной чувствительнойобласти. Такие детекторы существеннопроще в изготовлении и дешевле.., д. 4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. П на М ф Ч 4407 Тираж 52ВНИИПИ Государспо делам изоб113035, Москва, Ж Подписноеенного комитета СССРтений и открытий5, Раушская наб