СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ Российский патент 1997 года по МПК G01T3/08 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно, к регистрации нейтронного излучения и предназначено для применения в нейтронных радиометрах, используемых в системах обеспечения радиационной безопасности, учета и контроля ядерных материалов и технологического контроля при производстве делящихся материалов.

Известные способы регистрации нейтронов подразделяются на методы измерения ядер отдачи при упругих соударениях, методы, связанные с регистрацией заряженных частиц или гамма-квантов, образующихся в результате ядерных реакций, и активационные методы.

Известен способ регистрации нейтронов, основанный на взаимодействии нейтронов с полупроводниковым материалом (Акимов Ю.К. и др. Полупроводниковые детекторы ядерных частиц и их применение. М. Атомиздат, 1967, с.174-179).

Недостаток этого способа заключается в малой эффективности.

Известен способ, основанный на регистрации мгновенных гамма-квантов, образующихся при радиационном захвате нейтрона ядром кадмия-113. Этот способ описан в книге Аллена В.А. Регистрация нейтронов. М. Госатомиздат, 1962, с. 32. В известном способе, являющемся наиболее близким к предложенному, гамма-кванты регистрируются внешним сцинтилляционным детектором.

Эффективность регистрации при данном способе выше, но он сложен в реализации, так как при осуществлении способа требуется дополнительный внешний сцинтилляционный детектор.

Предлагаемый способ регистрации нейтронов решает задачу повышения эффективности простыми средствами.

В предложенном способе, основанном на регистрации мгновенных гамма-квантов, образующихся при радиационном захвате нейтрона ядром кадмия, повышение эффективности достигается тем, что захват нейтронов и регистрация гамма-квантов осуществляется монокристаллом полупроводникового соединения кадмия, например, селенидом или теллуридом кадмия.

Для чего при осуществлении способа регистрации нейтронов, основанного на взаимодействии нейтронов с полупроводниковым материалом, согласно которому облучают в измеряемом нейтронном потоке полупроводниковый материал, в предлагаемом способе облучают монокристалл полупроводникового соединения кадмия, например, селенида или теллурида кадмия, прикладывают к нему напряжение смещения и измеряют количество импульсов тока, по которому судят о величине потока нейтронов.

На чертеже представлена схема монокристалла, выполняющего роль детектора, где обозначены: монокристалл 1 из полуизолирующего материала, контакты 2, нагрузочное сопротивление 3, источник напряжения смещения 4.

При захвате нейтрона ядром кадмия-113 образуется 3 или 4 мгновенных гамма-кванта с общей энергией примерно 9 МэВ, которые, взаимодействуя с атомами полупроводника путем фотоэффекта или эффекта Комптона, создают в объеме полупроводника быстрые электроны. Последние, сталкиваясь с атомами решетки полупроводника, образуют электронно-дырочные пары, которые разделяются электрическим полем и создают в нагрузочном сопротивлении импульс тока, регистрируемый счетным устройством.

Детектор (см. чертеж) представляет собой пластину 1 из полуизолирующего селенида или теллурида кадмия. На две противоположные стороны пластины нанесены металлические контакты 2, полученные методом напыления золота, индия или цинка. К контактам 2 через нагрузочное сопротивление 3 приложено напряжение смещения, создающее в объеме полупроводника электрическое поле.

Полупроводниковые детекторы из теллурида кадмия известны и применяются для спектрометрии гамма-излучения, однако для этих детекторов необходим высококачественный теллурид кадмия с большим временем жизни неравновесных носителей, который стоит очень дорого. Для регистрации нейтронов, вследствие большой суммарной энергии, сигнал существенно превышает сигналы от гамма-квантов в гамма-спектрометрах, что позволяет использовать значительно более дешевый подложечный материал.

Из-за большого сечения захвата нейтронов ядрами кадмия (2550 барн для природного изотопного состава) предлагаемый способ обладает высокой эффективностью, достигающей 20% по тепловым нейтронам при толщине кристалла 1 мм. Применение энергетической дискриминации на уровне 1-1,5 МэВ позволяет надежно защититься от гамма-фона.

Сущность изобретения: способ основан на счете мгновенных гамма-квантов захвата, образующихся при взаимодействии нейтронов с ядрами кадмия-113. Согласно изобретению для создания гамма-квантов захвата и их регистрации используют монокристалл полупроводникового соединения кадмия, например, селенит или теллурид кадмия, к которому приложено напряжение смещения, приводящее к возникновению импульса тока при взаимодействии нейтронов с ядрами кадмия. По количеству возникших импульсов тока судят о величине потока нейтронов. 1 ил.

Способ регистрации нейтронов, основанный на счете мгновенных гамма-квантов захвата, образующихся при взаимодействии нейтронов с ядрами кадмия-113, отличающийся тем, что для создания гамма-квантов захвата и их регистрации используют монокристалл полупроводникового соединения кадмия, для чего монокристалл с приложенным к нему напряжением смещения помещают в поток нейтронов, и по количеству возникших в результате взаимодействия импульсов тока судят о величине потока нейтронов.