I bob. Neytronlar fizikasi tarixi

Neytronga sezgir sintillatuvchi shisha tolali detektorlar.

Sintilatsion Neytronlarni aniqlash uchun Li stakan haqida birinchi marta 1957 yilda ilmiy adabiyotlarda xabar berilgan va 1960-1970 yillarda asosiy yutuqlarga erishildi. Sintillatuvchi tola Atkinson M. tomonidan namoyish etildi va boshqa. 1987 yilda 1980-yillarning oxiri va 1990-yillarning boshlarida Tinch okeanining shimoli-g'arbiy milliy laboratoriyasida katta yutuqlarga erishildi, u erda u tasniflangan texnologiya sifatida ishlab chiqildi^. U 1994 yilda deklaratsiyadan chiqarilgan va birinchi marta 1997 yilda Oksford Instruments tomonidan litsenziyalangan, keyin 1999 yilda Nucsafe kompaniyasiga o'tgan. Elyaf va tolali detektorlar hozirda Nucsafe, Inc. tomonidan ishlab chiqariladi va sotiladi.
Sintilatsiyalashtiruvchi shisha elyaflar birlashtirib ishlaydi ⁶Li va Ce³⁺ shisha katta tarkibiga. The ⁶Li orqali termal neytron yutish uchun yuqori tasavvurlar mavjud ⁶Li (n, a) reaktsiyasi. Neytron yutilishida tritiy ioni, alfa zarrachasi va kinetik energiya hosil bo'ladi. Alfa zarrachasi va triton shisha matritsa bilan o'zaro ta'sirlashib, ionlanishni hosil qiladi, bu esa energiyani Ce ga o'tkazadi.³⁺ ionlari va natijada to'lqin uzunligi 390 nm - 600 nm bo'lgan fotonlar chiqarilib, hayajonlangan holat Ce³⁺ ionlari asosiy holatga qaytadi. Hodisa har bir so'rilgan neytron uchun bir necha ming fotonli yorug'likni keltirib chiqaradi. Sintilatsion nurning bir qismi to'lqin qo'llanmasi vazifasini bajaradigan shisha tola orqali tarqaladi. Foton portlashlarini aniqlash uchun tolalar uchlari optomli ravishda juft fotomaytuvchi naychalar (PMT) bilan bog'langan. Detektorlardan ikkala neytron va gamma nurlarini aniqlash uchun foydalanish mumkin, ular odatda impuls balandligi bo'yicha diskriminatsiya yordamida ajralib turadi. Elyaf detektorining gamma nurlanishiga sezgirligini kamaytirish bo'yicha katta sa'y-harakatlar va yutuqlarga erishildi. Asl detektorlar 0,02 mR gamma maydonida yolg'on neytronlardan aziyat chekdilar. Dizayn, jarayon va algoritmni takomillashtirish endi gamma maydonlarida 20 mR / soatgacha ishlashga imkon beradi (⁶⁰Co).
Scintillating tolali detektorlari mukammal sezgirlikka ega, ular qo'pol va tezkor vaqtga ega (~ 60 ns), shuning uchun hisoblash tezligida katta dinamik diapazon mumkin. Detektorlarning afzalligi shundaki, ular istalgan shaklda shakllantirilishi mumkin va ularni turli xil ilovalarda ishlatish uchun juda katta yoki juda kichkina qilish mumkin. Bundan tashqari, ular ishonmaydi ³U yoki mavjudligi cheklangan har qanday xom ashyo, shuningdek ular tarkibida toksik yoki tartibga solinadigan materiallar mavjud emas. Ularning ko'rsatkichlari mos keladi yoki undan yuqori u qattiq shishada neytron yutuvchi turlarning zichligi yuqori bo'lganligi sababli yalpi neytronlarni hisoblash uchun quvurlar.Uning termal neytron kesmasi bo'lsa ham ⁶Li nisbatan past ³U (940 ombor va 5330 omborga qarshi), atom zichligi ⁶Elyafdagi Li ellik baravar ko'p, natijada zichlik zichligi nisbati taxminan 10: 1 ga teng.Yana bir atomlardan biri neytron reaktiv bo'lgan yarimo'tkazgichli detektorlarga ommaviy yarimo'tkazgich neytron detektorlari deyiladi. Ommaviy qattiq holatdagi neytron detektorlarini ikkita asosiy toifaga bo'lish mumkin: zaryadlangan zarracha reaktsiyasi mahsulotlarini aniqlashga va tezkor qamrab olinadigan gamma nurlarini aniqlashga tayanadiganlar. Umuman olganda, ushbu turdagi neytron detektorini ishonchli qilish qiyin va hozirda sotuvda mavjud emas.
Zaryadlangan zarrachalar chiqindilariga tayanadigan asosiy materiallar yarimo'tkazgichlarni o'z ichiga olgan bor va litiyga asoslangan. Katta yarimo'tkazgichli neytron detektorlarini izlashda BP, BA, BN ​​va B kabi bor asosidagi materiallar₄C, boshqa potentsial materiallarga qaraganda ko'proq tekshirilgan.Bor asosidagi yarimo'tkazgichlarni kubik shaklda ko'paytirish qiyin, chunki ular sintez uchun yuqori harorat va yuqori bosimni talab qiladi. BP va Bas yuqori bosim ostida sintez qilinmasa, kiruvchi kristalli tuzilmalarga (kubdan ikosaedral shaklgacha) ajralishi mumkin. B₄C, shuningdek, romboedral kristalli tuzilishda ikosaedral birliklarni hosil qiladi, bu esa kiruvchi transformatsiya, chunki ikosaedral struktura zaryadlarni yig'ish xususiyatlariga nisbatan zaifdir. bu ikosahedral shakllarni neytronni aniqlash uchun yaroqsiz holga keltiradigan.
BN o'sish haroratiga qarab oddiy olti burchakli, kubik (sinkblende) yoki vursit kristallari shaklida hosil bo'lishi mumkin va u odatda ingichka plyonka usullari bilan o'stiriladi. Bu neytron detektori sifatida eng ko'p o'rganilgan BN ning oddiy olti burchakli shakli. Yupqa plyonkali kimyoviy bug 'cho'ktirish usullari odatda BP, BA, BN ​​yoki B ishlab chiqarish uchun ishlatiladi₄C. Borga asoslangan ushbu plyonkalar ko'pincha Si tipidagi pn birikmasini hosil qilishi mumkin bo'lgan va shuning uchun ushbu bo'lim boshida aytib o'tilganidek, qoplangan Si diodasini ishlab chiqaradigan n-tipli Si substratlarda o'stiriladi. Binobarin, qurilmadan neytron reaktsiyasi, aslida qoplamali diodli javob bo'lganda, uni katta miqdordagi javob sifatida osonlikcha adashishi mumkin. Bugungi kunga kelib, ichki neytron signallarini ishlab chiqaradigan borga asoslangan yarimo'tkazgichlarning kamdan-kam dalillari mavjud.Nowotny-Juza birikmalari deb tasniflangan Li tarkibidagi yarimo'tkazgichlar, shuningdek, katta miqdordagi neytron detektorlari sifatida tekshirilgan. Nowotny-Juza birikmasi LiZnAs neytron detektori sifatida namoyish etildi,ammo, materialni sintez qilish qiyin va qimmat bo'lib, faqat kichik yarimo'tkazgich kristallari haqida xabar berilgan. Va nihoyat, neytronli reaktiv dopantlar bo'lgan an'anaviy yarimo'tkazgich materiallari, ya'ni Si (Li) detektorlari o'rganildi. Neytronlar moddadagi lityum dopant bilan o'zaro ta'sir qiladi va energetik reaktsiya mahsulotlarini ishlab chiqaradi. Shu bilan birga, Li Drifted Si detektorlarida (yoki boshqa aralashtirilgan yarim o'tkazgichlarda) dopant konsentratsiyasi nisbatan past, odatda 10 dan kam¹⁹ sm⁻³. 10-tartib bo'yicha degenerativ Li kontsentratsiyasi uchun¹⁹ sm⁻³, 5 sm qalinlikdagi tabiiy Si (Li) bloki 1% dan kam issiqlik neytronlarni aniqlash samaradorligiga ega, 5 sm qalinlikdagi Si (1)⁶Li) detektori atigi 4,6% issiqlik neytronlarni aniqlash samaradorligiga ega bo'lar edi.Odatda tezkor neytron detektorlari suyuq sintilatorlar, 4-U asosli dvigatel gaz detektorlari va plastik detektorlar. Tez neytron detektorlari o'zlarini bir-biridan neytron gamma diskriminatsiyasi qobiliyati (impuls shaklidagi diskriminatsiya orqali) sezgirligi bilan ajralib turadi. Neytronlar va gammalarni ajrata olish qobiliyati gazning asosli 4-He detektorlarida juda past, chunki ularning elektron zichligi pastligi va impuls shaklini mukammal darajada kamsitish xususiyati mavjud. Darhaqiqat, rux sulfidi kabi noorganik sintilatorlar proton va elektronlar uchun parchalanish vaqtlarida katta farqlar ko'rsatishi isbotlangan; anorganik kristalni neytron konvertori (masalan, polimetil metakrilat) bilan mikro qatlamli tezkor neytron detektorida birlashtirish orqali foydalaniladigan xususiyati. Bunday aniqlash tizimlari impuls shaklidagi diskriminatsiya kabi qo'shimcha diskriminatsiya usullarini talab qilmasdan aralash neytron-gamma nurlanish sohasidagi faqat tez neytronlarni tanlab aniqlashga qodir.Tez neytronlarni aniqlash bir qator maxsus muammolarni keltirib chiqaradi.Plastik sintilator materialining ajratilgan tekisliklarida bir nechta proton orqaga qaytish yordamida yo'naltirilgan tez neytron detektori ishlab chiqilgan. Neytron to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan orqaga qaytish yadrolarining yo'llari qayd etiladi; Ikki qaytaruvchi yadroning energiyasi va impulsini aniqlash ular bilan elastik sochilib ketgan neytronning harakat yo'nalishini va energiyasini hisoblash imkonini beradi.Neytronni aniqlash turli maqsadlarda qo'llaniladi. Har bir dastur aniqlash tizimiga turli talablarga ega.

• 
  Reaktorni asbobsozlik: Reaktor kuchi asosan ga mutanosib chiziqli neytron oqimi, neytron detektorlari atom energetikasi va tadqiqot reaktorlarida muhim quvvatni ta'minlaydi. Qaynayotgan suv reaktorlari yonilg'i yig'ish uchun bitta bittadan o'nlab neytron detektorlari bo'lishi mumkin. Issiqlik spektrli yadro reaktorlarida ishlatiladigan neytron detektorlarining aksariyati aniqlash uchun optimallashtirilgan termal neytronlar.
  
• 
  Plazma fizikasi: Neytronlarni aniqlash kabi termoyadroviy plazma fizikasi tajribalarida qo'llaniladi JET. Masalan, plazmadan aniqlangan neytron tezligi ion harorati haqida ma'lumot berishi mumkin.
  
• 
  Zarralar fizikasi: Neytronlarni aniqlashni kuchaytirish usuli sifatida taklif qilingan neytrino detektorlari.
  
• 
  Materialshunoslik: Elastik va elastik bo'lmagan neytronlarning tarqalishi eksperimentalistlarga materiallarning morfologiyasini tarozidan tortib to tavsiflashga imkon beradi. angstromlar taxminan biriga mikrometr.
  
• 
  Radiatsiya xavfsizligi: neytron nurlanishi bilan bog'liq bo'lgan xavf neytron manbalari, kosmik sayohat, tezlatgichlar va atom reaktorlari. Radiatsion xavfsizlik uchun ishlatiladigan neytron detektorlari hisobga olinishi kerak nisbiy biologik samaradorlik (ya'ni neytronlar tomonidan etkazilgan zararning energiyaga qarab o'zgarishi).
  
• 
  Kosmik nurlarni aniqlash: Ikkilamchi neytronlar uning tarkibiy qismlaridan biridir zarracha yomg'irlari tomonidan Yer atmosferasida ishlab chiqarilgan kosmik nurlar. Ajratilgan yer sathidagi neytron detektorlari, ya'ni neytronli monitorlar, kosmik nurlar oqimining o'zgarishini kuzatish uchun foydalaniladi.
  
• 
  Maxsus yadro materialini aniqlash: Maxsus yadroviy materiallar (SNM) kabi uran-233 va plutoniy-239 chirish o'z-o'zidan bo'linish, hosil qiluvchi neytronlar. Savdoda SNM monitoringi uchun neytron detektorlaridan foydalanish mumkin.