ДЕТЕКТОР ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ Российский патент 2024 года по МПК G01T1/20 G01T3/06 

Настоящее изобретение относится к области радиационного контроля, в частности, параллельного определения нейтронов и гамма-излучения.

Нейтроны, испускаемые в результате спонтанного или вынужденного деления, обеспечивают явный признак присутствия специального ядерного материала (SNM). Обнаружение SNM представляет особый интерес для устройств обеспечения внутренней безопасности - портальных мониторов, ручных приборов, ранцевых мониторов и т.п. Кроме того, одновременное определение нейтронов и гамма-излучения сама по себе представляет особый интерес для контроля ядерных (энергетических) систем и ускорителей частиц, а также для геофизических исследований скважин.

Эффективное одновременное определение (медленных) нейтронов и гамма-излучения всего одним детектором вместо детекторов двух типов будет при этом главным преимуществом при обнаружении SNM, и не только в контексте применения с целью обеспечения внутренней безопасности.

Нейтроны являются нейтральными частицами, имеющими массу и магнитный момент. Из-за природы нейтронов, их взаимодействие с веществом (не учитывая их магнитного момента) ограничено взаимодействием с ядрами и, следовательно, происходит с низкими вероятностями для большинства материалов.

Энергии (кинетические) свободных нейтронов охватывают диапазон величин во много порядков. Большая часть нейтронов, испускаемых при реакции спонтанного или вынужденного деления, имеют энергии вплоть до 10 МэВ, с разделением на нейтроны с тремя энергетическими состояниями: медленные нейтроны (<1 кэВ), промежуточные нейтроны (от 1 кэВ до 0,5 МэВ) и быстрые нейтроны (от 0,5 МэВ до 10 МэВ).

Взаимодействие нейтронов с веществом, например, захват нейтронов или нейтронное рассеяние, сильно зависит от энергии нейтронов. Медленные нейтроны, в особенности, тепловые нейтроны, т.е. нейтроны, у которых распределение кинетической энергии соответствует распределению Больцмана при комнатной температуре, имеют более высокую вероятность быть захваченными, чем быстрые нейтроны. Нейтронное сечение определяет вероятность взаимодействия между нейтроном и ядром.

Большинство обычных способов определения нейтронов базируются на реакциях ³He(n,p)³H, ⁶Li(n,α)³H, или ¹⁰B(n,α)⁷Li. Упомянутые реакции испускают ионизирующие частицы, которые легко обнаруживаются и хорошо отличаются от гамма-излучения. Кроме того, ³Не, ⁶Li и ¹⁰B отличаются большим сечением захвата тепловых нейтронов.

Испускаемые заряженные частицы образуют короткие, но интенсивные треки ионизации с длинами пробегов в несколько микрометров в твердых телах и до нескольких миллиметров в газах с соответствующим давлением. Следовательно, компонент, захватывающий нейтроны, либо должен быть структурной составляющей регистрирующей среды (как например, в трубках, наполненных ³Не и BF₃, сцинтилляторах, содержащих ⁶Li), либо должен обеспечиваться в виде тонкого слоя в тесном контакте с регистрирующей средой (как например, в пропорциональных счетчиках с покрытием из ¹⁰B). Компонент, захватывающий нейтроны, должен состоять из изотопно-разделенных нуклидов, чтобы исключить конкурирующие реакции захвата нейтронов, снижающие эффективность определения. Следовательно, соответствующие детекторы часто являются дорогими. Кроме того, ³Не очень подорожал в последнее время из-за серьезного дефицита.

Ранее уже были разработаны сцинтиллирующие кристаллы, содержащие природный Li или изотопно-обогащенный или отделенный ⁶Li, для параллельного определения нейтронов и гамма-излучения, в том числе CLYC (Glodo et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 55 (2008) 1206), CLLB (Shirwadkar et al., Nucl. Instr. Meth. In Phys. Res. A 652 (2011) 268) или NAIL (Yang et al., IEEE TNS 64 (2017) 2406). Эти улучшенные сцинтиллирующие материалы позволяют различать нейтронные взаимодействия и взаимодействия гамма-излучения посредством анализа формы импульса сигналов детектора. Нейтронные взаимодействия производят ядра трития и альфа-частицы, а взаимодействия гамма-излучения производят фотоэлектроны, комптоновские электроны или электрон-позитронные пары. Таким образом, с использованием таких сцинтиллирующих кристаллов можно изготавливать сцинтилляционные детекторы, обеспечивающие приемлемую эффективность определения нейтронов, а также оптимальные спектроскопические характеристики детекторов гамма-излучения. Однако данные сцинтиллирующие кристаллы являются более сложными и потому дорогими, что повышает цену соответствующих детекторов до значений, превышающих цену широко распространенных детекторов NaI(Tl) одинакового размера в по меньшей мере 2-5 раз. В результате, такие детекторы могут оказаться даже дороже комбинации из широко распространенных гамма-детекторов NaI(Tl) и отдельного нейтронного детектора (например, трубки, наполненной ³Не).

Альтернативное и более дешевое решение для определения нейтронов в вариантах применения, которые так или иначе используют детекторы гамма-излучения, базируется на реакциях захвата нейтронов с последующим испусканием гамма-излучения, так называемых детекторах с захватом нейтронов (NCD). Детекторы NCD регистрируют нейтроны путем измерения гамма-излучения, сопровождающего захват нейтронов в нейтрон-гамма конвертере, расположенном вокруг или содержащемся внутри детектора гамма-излучения, как описано в документах ЕР 2460032 А1 и WO 2011/012155 А1. Естественно, основная задача любого детектора NCD состоит в том, чтобы отличать сигнал гамма-излучения, происходящего в результате захвата нейтронов от сигнала повсеместно присутствующего гамма-излучения внешних источников.

В ходе реакций захвата нейтронов нейтрон захватывается ядром ^АХ, что приводит к образованию дочернего ядра ^А+1Х с возбуждением, соответствующим энергии отрыва нейтрона S_n(^A+1X) дочернего ядра. Далее эта энергия высвобождается в форме каскадного гамма-излучения. Каскад может включать в себя непрерывные состояния и различные гамма-переходы. Дискретные линии представляют собой характерные признаки захватывающего(ей) нуклида или смеси нуклидов, например, химических элементов в их природном изотопном составе. Гамма-излучение, испускаемое после захвата тепловых нейтронов, в особенности, так называемое «мгновенное гамма-излучение захвата медленных нейтронов», используется для элементного анализа методом нейтронной активации, например, при применении для обеспечения внутренней безопасности и скважинных исследований. Энергии и интенсивности мгновенного гамма-излучения захвата нейтронов имеются в непрерывно охарактеризованном и табличном виде, например, в «Database of prompt gamma rays from slow neutron capture for elemental analysis», IAEA (2007).

Определение гамма-излучения основано обычно на измерении электрических токов. Электроны и позитроны, образованные при взаимодействиях гамма-излучения с регистрирующей средой, либо непосредственно образуют электронно-дырочные пары в полупроводниковых материалах или преобразуются в электрический ток сцинтиллирующим материалом и фотодетектором с внутренним или внешним усилением.

Документ ЕР 17170025.5 раскрывает способ определения как гамма-излучения, так и быстрых нейтронов с использованием сцинтиллирующего кристалла, обеспечивающего разные формы световых импульсов для комптоновских электронов и ядер отдачи, такого как NaI(Tl) (йодид натрия, легированный таллием), для применения с целью обеспечения внутренней безопасности. Однако данный способ ограничен определением быстрых нейтронов.

Документ ЕР 2460032 А1 раскрывает детектор NCD, содержащий детектор гамма-излучения, дополненный нейтрон-гамма конвертерами для, по возможности, калориметрического детектирования каскадных гамма-излучений, сопровождающих реакции захвата нейтронов. Ограничение данного подхода обусловлено чувствительностью детектора NCD к внешнему гамма-излучению.

Документ WO 2011/012155 А1 раскрывает детектор NCD, состоящий из одного или более детекторов гамма-излучения, содержащих изотоп химического элемента, преобразующий нейтроны в гамма-кванты и применяемый в качестве структурной составляющей или примеси активного материала детектора для, по возможности, калориметрического детектирования каскадных гамма-излучений, сопровождающих реакции захвата нейтронов. Ограничение данного подхода обусловлено чувствительностью детектора NCD к внешнему гамма-излучению.

До недавнего времени, единственным способом для различения между гамма-излучением захвата нейтронов и гамма-излучением от других источников в детекторе NCD является подавление сигнала детектора, соответствующего уровням выделения энергии ниже, приблизительно, 3 МэВ, порога NCD, для рассмотрения как сигналов от нейтронов, поскольку распространенные радиоактивные нуклиды не испускают заметных пропорций гамма-излучения с энергиями выше 2615 кэВ.

Основной недостаток подавления сигналов ниже порога NCD заключается в том, что во внимание не принимается также каскадное гамма-излучение захвата нейтронов, приводящее к выделениям энергии в детекторе гамма-излучения ниже порога NCD. Такие случаи не возникали бы, если бы детектор NCD гарантировал действительно калориметрическое детектирование каскадного гамма-излучения захвата нейтронов. На практике, калориметрический режим можно обеспечить только соответствующей конструкцией и применением достаточно большого и плотного детектора гамма-излучения. Следовательно, порог NCD снижает вероятность определения нейтронов, т.е. чувствительность детектора. Снижение чувствительности соизмеримо с отклонением от действительно калориметрического режима. Поэтому, чтобы нейтрализовать ограничивающие условия, налагаемые порогом NCD на детекторы NCD, требуются детекторы NCD больших размеров и с соответствующими большими весами.

Якушев с соавторами в Nucl.Inst.Meth. A 848 (2017) 162 предложил способ определения тепловых нейтронов в сцинтилляторах, содержащих йод, например, обычных сцинтилляторах на основе кристалла NaI, легированного Tl. Природный йод состоит только из стабильного изотопа ¹²⁷I, который обеспечивает относительно большое сечение захвата тепловых нейтронов около 6,2 барн. Данное сечение является достаточно большим для поглощения значительной доли тепловых нейтронов, взаимодействующих со сцинтиллятором на основе кристалла NaI, легированного Tl, с обычными размерами (диаметром 2-3 дюймов (5,1-7,6 см), высотой 2-3 дюймов (5,1-7,6 см)). Каскад девозбуждения, следующий за захватом нейтрона в ¹²⁷I, часто включает в себя состояние 137,8 кэВ в ¹²⁸I, имеющем период полураспада (T_1/2) 845 нс. Каскад девозбуждения состояния 137,8 кэВ в ¹²⁸I включает в себя низкоэнергетическое гамма-излучение и конвертированные переходы, значительная часть которых регистрируется в самом детекторе NaI, с некоторой задержкой после мгновенной части каскада девозбуждения, который также может, по меньшей мере, частично поглощаться и затем генерировать сигнал в детекторе NaI. Следовательно, полученный электрический сигнал тока каскадного гамма-излучения при захвате тепловых нейтронов иногда имеет двойной импульс во временном интервале несколько микросекунд, при этом запаздывающий импульс соответствует выделению энергии приблизительно 138 кэВ. Тогда нейтроны регистрируются, если распределение разностей времен двойных импульсов показывает составляющую с задержкой 845 нс, в соответствии с чем мощность составляющей с задержкой 845 нс отображает поток тепловых нейтронов, которым облучается детектор NCD.

С помощью метода Якушева с соавторами, тепловые нейтроны можно отличать от фонового гамма-излучения, происходящего из других (внешних) источников, если фон является достаточно слабым, что не портить существенно распределение разностей времен двойных импульсов случайными наложениями импульсов. Однако, согласно Якушеву с соавторами, анализ двойных импульсов, обусловленных задержанным гамма-излучением при захвате нейтронов, возможен только потому, что постоянная времени задержанного испускания гамма-излучения, 845 нс, превышает время послесвечения сцинтиллятора на основе кристалла NaI, легированного Tl, примененного при демонстрации, которое приблизительно равно 250 нс.

Хотя способ Якушева с соавторами базируется на обычных сцинтилляторах NaI(Tl) (на основе кристалла NaI, легированного Tl), которые являются сравнительно дешевыми и широко применяются для гамма-спектроскопии в многочисленных областях применения, из упомянутого способа проистекает ряд недостатков:

Упомянутый способ основан на поиске двойных импульсов в последовательности четко разделенных сигналов, т.е. определения и выделении поочередно импульсов в потоке данных о событиях. Следовательно, мертвое время дигитайзера (задержка запуска) устанавливалось до 1,8 мкс, вследствие чего запаздывающие импульсы, имеющие задержку менее 1,8 мкс от мгновенного сигнала, были нерегистрируемыми. Такая задержка запуска гарантирует, что задержанная составляющая сигнала не накладывается на мгновенную составляющую сигнала. В случае периода полураспада 845 нс, закон радиоактивного распада дает долю только 23% от всех запаздывающих излучений, которые испускаются более чем через 1,8 мкс после мгновенной части каскада. Это означает, что более чем 3/4 от запаздывающих гамма-излучений невозможно зарегистрировать при времени задержки запуска, указанном Якушевым с соавторами.

Упомянутый способ требует, чтобы запаздывающие импульсы не накладывались на мгновенный сигнал, чтобы можно было измерить их энергию, выделенную в сцинтиллирующем кристалле, и временную задержку отдельных сигналов, следующих один за другим.

Хотя упомянутый способ обычно допускает измерение нейтронов на фоне внешнего гамма-излучения, устранение фона является недостаточным для определения слабого нейтронного потока в сильных полях гамма-излучения, что является стандартной задачей в прикладных системах обеспечения внутренней безопасности.

Сахаров с соавторами (Nucl. Phys. А528 (1991) 317) исследовал схему энергетических уровней ¹²⁸I. Они указали, что долгоживущее состояние 137,85 кэВ в ¹²⁸I часто поддерживается другим долгоживущим состоянием, а именно состоянием 167,3 кэВ, имеющим период полураспада 175 нс. Соответствующий переход 29,5 кэВ конвертируется почти полностью. В соответствии с исследованием упомянутых авторов, состояние 167,3 кэВ поддерживается, в основном, 2-ступенчатым переходом, содержащим 142-кэВ гамма-переход из состояния 376 кэВ в состояние 234 кэВ, конвертируемый незначительно, с последующим, сильно конвертируемым 67-кэВ переходом в состояние 167,3 кэВ. Упомянутые авторы нашли, что данный каскад гамма-излучения и конверсионных электронов часто участвует в цепочке распадов, сопровождающей захват нейтронов в ¹²⁷I.

Кроме того, общеизвестной и неустраненной проблемой в области радиационного контроля является наложение импульсов. Ядерные реакции и сопровождающие каскады девозбуждения происходят случайным образом. С одной стороны, разность времен между последовательными импульсами, регистрируемыми в детекторах гамма-излучения, следует функции плотности вероятности с экспоненциальным распределением. Следовательно, небольшие разности времен между последовательными импульсами являются более вероятными, чем большие разности времен. С другой стороны, длительность импульса регулируется временем послесвечения сцинтиллятора, которое определяет промежуток времени для разрешения отдельных сигналов. В случае, когда разность времен между последовательными импульсами становится короче, чем длительность импульса, сигналы накладываются. Определение энергии соответствующего события, подразумевающее интегрирование сигнала по времени с целью измерения величины заряда, в случае наложения импульсов не удается, т.е. не может обеспечить точные результаты для двух наложенных сигналов.

Наложения импульсов можно обнаруживать, например, сравнением отношения двух смещенных интегралов по каждому импульсу сигнала. При том, что одиночные импульсы всегда будут выдавать одно и то же отношение смещенных интегралов, отношение смещенных интегралов наложений импульсов изменяется.

На основании идентификации наложенных событий, сигналы наложенных импульсов часто подавляются. Главным недостатком подавления наложения импульсов является, при этом, потеря потенциально ценного сигнала.

В публикации Scoullar et al, AIP Conf. Proc. 1412 (2011) 270 предлагается способ декодирования в реальном времени событий наложения импульсов для семейства детекторов, содержащих сцинтилляционные радиационные детекторы. Данный способ применяет модель и характеризует число, время поступления и энергию всех событий в выходном сигнале детектора. При этом составные события декодируются, и энергия и время поступления многократного наложения импульсов восстанавливаются с разрешением пары импульсов вплоть до 50 нс. Важным ограничением данного подхода является фиксация формы импульса, ожидаемого от детектора.

Методы декодирования или восстановления наложений импульсов были до недавнего времени особенно полезными в экспериментах с высокоинтенсивными импульсными пучками с малым коэффициентом заполнения и относительно инерционными детекторами, такими как лазеры на свободных электронах, для которых наложения импульсов являются неизбежными, и получение сигналов обходится дорого. При обычных спектроскопических измерениях, повышенные скорости счета приводят к усилению помех спектра вследствие наложения импульсов. Однако достаточно высокие скорости ввода обычно допускают частичную потерю сигналов, что делает подавление наложения импульсов предпочтительным способом.

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание системы и соответствующего способа, позволяющих регистрировать медленные нейтроны с помощью обычных йод-содержащих сцинтилляционных детекторов таким образом, чтобы минимизировать, по меньшей мере частично, вышеупомянутые недостатки, с повышением тем самым чувствительности обычных йод-содержащих сцинтилляционных детекторов для определения нейтронов и обеспечением возможности их крупномасштабного внедрения с этой целью.

Данная задача решается с помощью системы радиационного контроля и способа определения нейтронов с использованием определения гамма-излучения по задержанным тройным совпадающим поглощениям в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления описаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Конкретнее, изобретение предлагает систему радиационного контроля для параллельного определения гамма-излучения и нейтронов, содержащую детектор гамма-излучения, дигитайзер и анализатор. Детектор гамма-излучения содержит сцинтиллирующий кристалл, содержащий ¹²⁷I, и фотодетектор с усилителем, при этом упомянутый сцинтиллирующий кристалл выполнен с возможностью преобразования энергии, выделенной гамма-излучением или конверсионными электронами в оптические фотоны. Фотодетектор выполнен с возможностью преобразования оптических фотонов в электрический сигнал. Усилитель выполнен с возможностью усиления электрического сигнала, при этом электрический сигнал имеет известную зависимость от энергии, выделяемой регистрируемым гамма-излучением или конверсионными электронами в упомянутом сцинтиллирующем кристалле. Дигитайзер содержит дискретизирующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), при этом упомянутый дигитайзер выполнен с возможностью дискретизации электрического сигнала упомянутого детектора гамма-излучения с заданной частотой по меньшей мере 20 миллионов отсчетов в секунду, чтобы генерировать дискретизированные временные последовательности электрического сигнала. Анализатор функционально связан с упомянутым дигитайзером. Упомянутый дигитайзер выполнен с возможностью передачи дискретизированных временных последовательностей в анализатор, и анализатор выполнен с возможностью анализа дискретизированных временных последовательностей, чтобы идентифицировать составляющие сигналов в дискретизированных временных последовательностях с последовательными временными задержками одной за другой по меньшей мере 20 наносекунд и не более 10 микросекунд, при этом каждая составляющая сигнала вызывается энергией, выделяемой в сцинтиллирующем кристалле.

Анализатор дополнительно выполнен с возможностью идентификации первичной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности, соответствующий выделению энергии Е₀ в заданном диапазоне. Анализатор выполнен с возможностью поиска первой задержанной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности, при этом первая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии E₁ около 30 кэВ, предпочтительно от 15 кэВ до 50 кэВ, и следует за первичной составляющей сигнала во времени, и поиска второй задержанной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности, причем вторая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии Е₂ около 138 кэВ, предпочтительно от 100 кэВ до 200 кэВ, и следует за первой задержанной составляющей сигнала во времени. Кроме того, анализатор выполнен с возможностью подсчета числа дискретизированных временных последовательностей, содержащих по меньшей мере первую задержанную составляющую сигнала и вторую задержанную составляющую сигнала, в качестве нейтронных событий, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

Система по изобретению обладает тем преимуществом, что не требуется никакой задержки запуска, которая не допускает определение задержанных составляющих сигнала с разностью времен меньше, чем 1,8 мкс относительно первичной составляющей сигнала. Таким образом, составляющую сигнала, происходящую в результате девозбуждения долгоживущего возбужденного состояния с приблизительно 167 кэВ с периодом полураспада почти 175 нс, можно использовать для повышения чувствительности критерия для поиска гамма-излучения захватов нейтронов в сцинтиллирующем кристалле. В результате, система радиационного контроля по изобретению характеризуется намного более сильным устранением фона по сравнению с другими способами определения нейтронов за счет гамма-излучения захвата нейтронов, что делает систему радиационного контроля применимой в намного более сильных полях гамма-излучения.

В предпочтительном варианте дигитайзер выполнен с возможностью дискретизации электрического сигнала упомянутого детектора гамма-излучения даже с заданной частотой по меньшей мере 100 миллионов отсчетов в секунду.

В предпочтительном варианте анализатор дополнительно выполнен с возможностью количественного определения по меньшей мере одного параметра события из группы параметров событий для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, при этом группа параметров событий содержит:

разность времен между упомянутой первичной составляющей сигнала и упомянутой первой задержанной составляющей сигнала,

разность времен между упомянутой первичной составляющей сигнала и упомянутой второй задержанной составляющей сигнала,

разность времен между упомянутой первой задержанной составляющей сигнала и упомянутой второй задержанной составляющей сигнала,

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первичной составляющей сигнала,

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первой задержанной составляющей сигнала,

и выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее второй задержанной составляющей сигнала, и

их комбинации.

Кроме того, анализатор выполнен с возможностью оценки для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать упомянутые дискретизированные временные последовательности как нейтронное событие, и подсчета числа дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

Предпочтительный вариант осуществления системы по изобретению обладает дополнительным преимуществом в том, что даже одиночные импульсы счета нейтронов, в особенности, импульсы счета тепловых нейтронов, могут регистрироваться даже в окружающих средах с интенсивным внешним гамма-излучением. Относительно точное количественное определение по меньшей мере одного параметра события оказывается достаточным для устранения фона благодаря случайным событиям тройных импульсов, вследствие чего отдельную дискретизированную временную последовательность, представляющую задержанные тройные совпадения, можно отнести за счет нейтронного события, т.е. захватов нейтронов в ¹²⁷I в сцинтиллирующем кристалле.

В предпочтительном варианте фотодетектор детектора гамма-излучения является фотоумножителем, кремниевым фотоумножителем (SiPM) или лавинным фотодиодом.

В дополнительном предпочтительном варианте фотоумножитель содержит супербищелочной фотокатод или ультрабищелочной фотокатод.

В предпочтительном варианте упомянутый сцинтиллирующий кристалл является кристаллом NaI, предпочтительно с примесью Tl, или кристаллом CsI, предпочтительно с примесью Na или Tl, или кристаллом NaI, предпочтительно с примесью Tl, содержащим Li или В в качестве содопанта.

Следовательно, система радиационного контроля по изобретению обладает преимуществом в том, что она может располагать обычными йод-содержащими кристаллами, которые являются сравнительно дешевыми и уже широко применяются в гамма-спектроскопии.

В предпочтительном варианте детектор гамма-излучения, дигитайзер и анализатор системы радиационного контроля достаточно невелики для размещения в ручном устройстве.

В предпочтительном варианте детектор гамма-излучения, дигитайзер и анализатор системы радиационного контроля достаточно невелики для размещения в рюкзаке.

Следовательно, система радиационного контроля по изобретению особенно хорошо адаптирована к применению в области обеспечения внутренней безопасности.

Кроме того, изобретение предлагает способ определения нейтронов и гамма-излучения, использующий систему радиационного контроля по изобретению. Способ содержит ряд этапов, в соответствии с которым нейтроны взаимодействуют с ¹²⁷I в сцинтиллирующем кристалле, с образованием ¹²⁸I при захвате нейтронов, при этом ¹²⁸I девозбуждается как путем мгновенного испускания гамма-излучения, так и, по меньшей мере частично, через по меньшей мере одно долгоживущее возбужденное состояние, поддерживающее другое долгоживущее возбужденное состояние, что, по меньшей мере иногда, приводит к двум задержанным выделениям энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующим двум задержанным этапам девозбуждения, производящим либо конверсионные электроны, либо гамма-излучение, взаимодействующие со сцинтиллирующий кристаллом, следом за первичной составляющей сигнала, которая обусловлена мгновенным испусканием. Детектор гамма-излучения формирует электрический сигнал в последовательном порядке взаимодействия между гамма-излучением или конверсионными электронами и упомянутым сцинтиллирующий кристаллом, при этом упомянутый электрический сигнал имеет известную зависимость от энергии, выделяемой регистрируемыми гамма-излучением или конверсионными электронами в упомянутом сцинтиллирующем кристалле. Дигитайзер дискретизирует электрический сигнал упомянутого детектора гамма-излучения с заданной частотой по меньшей мере 20 миллионов отсчетов в секунду, предпочтительно по меньшей мере 100 миллионов отсчетов в секунду, чтобы генерировать дискретизированную временную последовательность регистрируемого гамма-излучения, и передает дискретизированную временную последовательность в анализатор. Анализатор идентифицирует первичную составляющую сигнала в дискретизированной временной последовательности, соответствующей выделению энергии Е₀ в заданном диапазоне, выполняет поиск первой задержанной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности, при этом первая задержанная составляющая сигнала соответствующий выделению энергии около 30 кэВ, предпочтительно от 15 кэВ до 50 кэВ, и следует за первичным сигналом во времени, выполняет поиск второй задержанной составляющей сигнала, причем вторая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии около 138 кэВ, предпочтительно от 100 кэВ до 200 кэВ, и следует за первой задержанной составляющей сигнала во времени. Кроме того, анализатор считает число дискретизированных временных последовательностей, содержащих по меньшей мере первую задержанную составляющую сигнала и вторую задержанную составляющую сигнала, в качестве нейтронных событий, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этапы, в соответствии с которыми анализатор количественно определяет по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, при этом группа параметров событий содержит:

разность времен между упомянутой первичной составляющей сигнала и упомянутой первой задержанной составляющей сигнала,

разность времен между упомянутой первичной составляющей и упомянутой второй задержанной составляющей сигнала

разность времен между упомянутой первой задержанной составляющей сигнала и упомянутой второй задержанной составляющей сигнала,

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первичной составляющей сигнала,

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первой задержанной составляющей сигнала,

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее второй задержанной составляющей сигнала, и

их комбинации.

На дополнительном этапе анализатор оценивает для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать упомянутые дискретизированные временные последовательности как нейтронное событие, и в итоге считает число дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

Способ по изобретению обеспечивает преимущество в том, что данный способ поддерживает одновременно гамма-спектроскопию и определение нейтронов с помощью обычных, стандартных сцинтилляционных детекторов, использующих йод-содержащие сцинтилляторы, например, на основе NaI(Tl), CsI(Na) или CsI(Tl). Следовательно, способ по изобретению обеспечивает возможности определения нейтронов в обычных цифровых спектрометрах гамма-излучения с йод-содержащими сцинтилляционными детекторами, без потребности в дополнительно аппаратуре.

Посредством поиска первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности сразу после первичного сигнала, т.е., без задержки запуска дигитайзера до 1,8 мкс, события захвата нейтронов можно регистрировать намного эффективнее благодаря намного более сильному устранению фона по сравнению с другими способами определения нейтронов с использованием йод-содержащих сцинтиллирующих кристаллов, например, способом Якушева. Авторы настоящего изобретения первыми осознали, что девозбуждение долгоживущего возбужденного состояния с 167 кэВ в ¹²⁸I в долгоживущее возбужденное состояние с 138 кэВ в ¹²⁸I обеспечивает эффективный способ отличать каскад девозбуждения с испусканием гамма-излучения следом за событием захвата нейтрона от случайного наложения импульсов в окружающей среде с сильным гамма-излучением. В частности, в зависимости от радиационного фона, часто может быть недостаточно полагаться на совпадения с двухимпульсной структурой/задержанные двойные совпадения, как следует из работы Якушева с соавторами, в соответствии с которыми запаздывающие импульсы соответствуют выделению энергии около 138 кэВ, поскольку могут иметь место случайные импульсы с энергиями, которые равны в пределах разрешения сцинтиллирующего кристалла. Напротив, случайные импульсы, удовлетворяющие критерию поиска способа по изобретению, являются намного менее вероятными, что намного повышает устойчивость упомянутого способа в условиях интенсивных фоновых гамма-излучений, которые типичны для применения с целью обеспечения внутренней безопасности.

В предпочтительном варианте анализатор находит и идентифицирует по меньшей мере одну задержанную составляющую сигнала в упомянутой дискретизированной временной последовательности посредством методов реконструкции при наложении импульсов, с использованием способа разложения дискретизированной временной последовательности, содержащей наложенные составляющие сигнала, на данные составляющие, с количественным определением тем самым по меньшей мере одного из группы параметров событий.

Применение методов реконструкции при наложении импульсов обладает преимуществом над поочередным определением импульсов, предложенным Якушевым, в том, что могут также распознаваться и регистрироваться составляющие сигналов с временной задержкой менее 1,8 мкс от первичной составляющей сигнала. Это повышает эффективность определения нейтронов по сравнению с известным уровнем техники в 2-4 раза, а также повышает отношение эффект/фон даже в случае поиска только двойных импульсов, т.е. при использовании событий задержанных двойных совпадений. Положительный результат зависит в основном от минимального временного интервала между первичной и задержанной составляющими сигнала, который требуется алгоритму реконструкции при наложении для однозначного декодирования сигнала.

В наиболее предпочтительном варианте анализатор дополнительно идентифицирует другую первичную составляющую сигнала в дискретизированных временных последовательностях, соответствующую выделению энергии в заданном диапазоне, выполняет поиск задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, при этом задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии около 138 кэВ, предпочтительно от 100 кэВ до 200 кэВ, и следует за упомянутой первичной составляющей сигнала во времени, количественно определяет по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, причем группа параметров событий дополнительно содержит:

разность времен между упомянутой первичной составляющей и упомянутой задержанной составляющей сигнала,

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее упомянутой первичной составляющей сигнала, и

выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее упомянутым задержанным составляющим сигнала,

оценивает для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать упомянутые дискретизированные временные последовательности как тепловое нейтронное событие, и считает число дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

Сочетание поиска задержанных тройных совпадений и задержанных двойных совпадений с использованием методов реконструкции при наложении импульсов дает в итоге еще более высокие отношения эффект/фон, допускающие параллельное определение нейтронов и гамма-излучения даже в окружающих средах с интенсивным внешним гамма-излучением.

В одном аспекте изобретения способ по изобретению применяется в системе радиационного контроля, которая достаточно невелика для размещения в рюкзаке.

В дополнительном аспекте изобретения способ по изобретению применяется в системе радиационного контроля, которая достаточно невелика для размещения в ручном устройстве.

Некоторые варианты осуществления изобретения поясняются далее со ссылкой на чертежи. Описанные примеры предлагаются для наглядности и не предназначены для ограничения объема изобретения. На чертежах:

Фиг. 1 - схематическое изображение варианта осуществления системы радиационного контроля для параллельного определения гамма-излучения и нейтронов, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 - примерные дискретизированные временные последовательности, содержащие задержанные тройные совпадения, указывающие на захваты нейтронов в ¹²⁷I;

Фиг. 3 - распределения разностей t32 времен между второй задержанной составляющей сигнала и первой задержанной составляющей сигнала задержанных тройных совпадений, измеренных при разных нагрузках детектора;

Фиг. 4 - распределения разностей t21 времен между задержанной составляющей сигнала и первичной составляющей сигнала задержанных двойных совпадений, измеренных при разных нагрузках детектора и анализированных с использованием метода реконструкции при наложении импульсов, при этом анализ исключает все зарегистрированные события задержанных тройных совпадений;

Фиг. 5 - распределения разностей t21 времен между задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии 138 кэВ, и первичной составляющей сигнала задержанных двойных совпадений, измеренных при разных нагрузках детектора, при задержке запуска 1,8 мкс, что соответствует известному уровню техники. Данный анализ включает в себя также задержанные тройные совпадения, однако, без определения самих по себе, так как первая задержанная составляющая сигнала скрыта из-за задержки запуска.

Фиг. 1 представляет первый вариант осуществления системы радиационного контроля для параллельного определения гамма-излучения и нейтронов, предложенной в настоящем изобретении.

На чертеже показана система 1 радиационного контроля, содержащая детектор 10 гамма-излучения, дигитайзер 40 и анализатор 50. Детектор 10 гамма-излучения содержит сцинтиллирующий кристалл 20, содержащий ¹²⁷I и фотодетектор 30 с усилителем, при этом упомянутый сцинтиллирующий кристалл 20 выполнен с возможностью преобразования энергии, выделенной гамма-излучением или конверсионными электронами в оптические фотоны. Фотодетектор 30 выполнен с возможностью преобразования оптических фотонов в электрический сигнал, и усилитель выполнен с возможностью усиления электрического сигнала, при этом электрический сигнал имеет известную зависимость от энергии, выделяемой регистрируемым гамма-излучением или конверсионными электронами в упомянутом сцинтиллирующем кристалле 20.

В предпочтительном варианте фотодетектор 30 является фотоумножителем с собственным усилением сигнала. Фотоумножитель может быть также лавинным фотодиодом или кремниевым фотоумножителем (SiPM).

В наиболее предпочтительном варианте фотоумножитель содержит супербищелочной фотокатод или ультрабищелочной фотокатод.

Сцинтиллирующий кристалл 20 содержит ¹²⁷I, действующий в силу своей природы как нейтрон-гамма конвертер. Нейтрон-гамма конвертер выполнен с возможностью испускания гамма-излучения при захвате нейтронов.

Точнее, упомянутый сцинтиллирующий кристалл 20 является кристаллом NaI, предпочтительно с примесью Tl, или кристаллом CsI, предпочтительно с примесью Na или Tl, или кристаллом NaI, предпочтительно с примесью Tl, содержащим Li или В в качестве содопанта.

Разумеется, сцинтиллирующий кристалл 20 и фотодетектор 30 могут быть завернуты в светоотражающие материалы и размещены в корпусе для их защиты от внешнего света и влажности (не показано).

Вариант осуществления системы радиационного контроля, показанной на фиг. 1, дополнительно содержит дигитайзер 40, содержащий дискретизирующие аналого-цифровые преобразователи, АЦП. Дигитайзер 40 выполнен с возможностью дискретизации электрического сигнала упомянутого детектора гамма-излучения с заданной частотой по меньшей мере 20 миллионов отсчетов в секунду, предпочтительно по меньшей мере 100 миллионов отсчетов в секунду, чтобы генерировать дискретизированные временные последовательности электрического сигнала.

Вариант осуществления системы радиационного контроля, показанной на фиг. 1, содержит также анализатор 50, который функционально связан с упомянутым дигитайзером 40. Дигитайзер 40 выполнен с возможностью передачи дискретизированных временных последовательностей в анализатор 50, и анализатор 50 выполнен с возможностью анализа дискретизированных временных последовательностей, чтобы определять количественный показатель нейтронного потока, в особенности, потока медленных нейтронов, которым облучается детектор 10. С этой целью анализатор 50 выполнен с возможностью идентификации составляющих сигнала в дискретизированных временных последовательностях с последовательными временными задержками одной за другой по меньшей мере 20 нс и не более 10 мкс, при этом каждая составляющая сигнала обусловлена выделением энергии в сцинтиллирующем кристалле 20.

В предпочтительном варианте анализатор 50 выполнен с возможностью анализа дискретизированных временных последовательностей и определения количественного показателя для нейтронного потока, в особенности, потока медленных нейтронов, которым облучается детектор 10, в реальном времени.

Анализатор 50 дополнительно выполнен с возможностью идентификации первичной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, соответствующей выделению энергии Е₀ в заданном диапазоне. Анализатор 50 выполнен с возможностью поиска первой задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, при этом первая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии E₁ около 30 кэВ и следует за первичной составляющей сигнала во времени, и поиска второй задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, причем вторая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии Е₂ около 138 кэВ и следует за первой задержанной составляющей сигнала во времени. Анализатор 50 дополнительно выполнен с возможностью подсчета числа дискретизированных временных последовательностей, содержащих по меньшей мере первую задержанную составляющую сигнала и вторую задержанную составляющую сигнала, в качестве нейтронных событий, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

На практике может быть достаточно определять выделения энергии задержанных составляющих сигнала приблизительно, во временных и энергетических интервалах, при этом энергетические интервалы изменяются, например, от 15 кэВ до 50 кэВ для первой задержанной составляющей сигнала и от 100 кэВ до 200 кэВ для второй задержанной составляющей сигнала. Для одиночных импульсов счета нейтронов, в особенности, в окружающих средах с очень интенсивным внешним гамма-излучением (скорости счета намного выше 1000 импульсов счета в секунду), доказана целесообразность дополнительного подавления фона из случайных событий тройных импульсов посредством более точного количественного определения по меньшей мере одного параметра события из группы параметров событий.

В предпочтительном варианте группа параметров событий содержит разность времен между первичной составляющей сигнала и первой задержанной составляющей сигнала, разность времен между первичной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала, разность времен между первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала и соответствующие выделения энергии каждой составляющей сигнала в сцинтиллирующем кристалле 20, и их комбинации.

Авторы настоящего изобретения первыми осознали, что дискретизированные временные последовательности, представляющие события тройных совпадений, когда каждый импульс событий тройных совпадений удовлетворяет относительно большим временным и энергетическим интервалам, можно с высокой точностью относить к нейтронным событиям, если по меньшей мере один из параметров событий удовлетворяет заданному точному критерию. Примерами таких заданных критерием являются разность времен между первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала менее чем 4 мкс, выделение энергии, соответствующее первичной составляющей сигнала, менее чем 300 кэВ или выделения энергии, соответствующие первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала 30 кэВ и 138 кэВ, соответственно, в пределах разрешения сцинтиллирующего кристалла 20.

Конкретнее, анализатор 50 предпочтительно выполнен с возможностью выполнения методов реконструкции при наложении импульсов, при этом методы реконструкции при наложении импульсов содержат способ разложения дискретизированных временных последовательностей на их составляющие сигнала. Каждая составляющая сигнала может иметь форму импульса, содержащую начало, при этом начало характеризуется резким подъемом за короткое время, и экспоненциальное затухание, причем экспоненциальное затухание характеризуется, по существу, временем послесвечения сцинтиллирующего кристалла 20. На основании реконструированных составляющих сигнала, анализатор 50 может количественно определять по меньшей мере один из группы параметров событий. Разности времен могут вычисляться между началами двух последовательных составляющих сигнала, и выделения энергии в сцинтиллирующем кристалле 20 соответствующей составляющей сигнала могут определяться интегрированием соответствующей составляющей сигнала.

Анализатор 50 предпочтительно может выполнять методы реконструкции при наложении импульсов и последующее вычисление параметров событий в реальном времени, чтобы обеспечивать оперативное определение нейтронных событий, например, для применения с целью обеспечения внутренней безопасности, при подвижных источниках.

В предпочтительном варианте детектор 10 гамма-излучения и соответствующие электронные блоки 40 и 50 достаточно невелики для размещения в ручном устройстве. Равным образом, в предпочтительном варианте детектор 10 гамма-излучения и соответствующий соответствующие электронные блоки 40 и 50 достаточно невелики для размещения в рюкзаке. Как доказано, данные конструктивные параметры системы радиационного контроля по изобретению пригодны для применения с целью обеспечения внутренней безопасности.

Фиг. 2 представляет примерные дискретизированные временные последовательности, содержащие задержанные тройные совпадения, указывающие на захват нейтронов в ¹²⁷I, за которыми следуют каскады гамма-излучения, включающие в себя два долгоживущих возбужденных состояния в ¹²⁸I, с приблизительно 167 кэВ (период полураспада 175 нс) и с приблизительно 138 кэВ (период полураспада 845 нс), соответственно.

Дискретизированные временные последовательности, показанные на фиг. 2, измерялись как непосредственно дискретизированные анодные токи в варианте осуществления системы радиационного контроля, содержащей кристалл NaI(Tl) 20 размером 2×2 дюймов (5,08×5,08 см), связанный с фотоумножителем (ФЭУ), при этом ФЭУ связан с цифровым спектрометром 4 0, имеющим рабочую частоту дискретизации 250 МГц. Детектор 10 гамма-излучения облучался источником нейтронов на основе изотопа ²⁵²Cf с замедлителем. Дискретизированные временные последовательности, представляющие составляющие сигнала, сохранялись в памяти и автономно анализировались на предмет выделения задержанных двойных и тройных совпадений.

Дискретизированные временные последовательности, представляющие задержанные тройные совпадения, содержат три составляющих сигнала, а именно, первичную составляющую сигнала, записанную в момент времени t1, первую задержанную составляющую сигнала, записанную в момент времени t2, и вторую задержанную составляющую сигнала, записанную в момент времени t3. На фиг. 2 упомянутые составляющие сигнала обозначены как импульс 1, импульс 2 и импульс 3, соответственно. Тройные совпадения, определяемые по способу в соответствии с настоящим изобретением, характеризуются первой задержанной составляющей сигнала, импульсом 2, соответствующим выделению энергии около 30 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, и второй задержанной составляющей сигнала, импульсом 3, соответствующим выделению энергии около 138 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20. Следует отметить, что субимпульсные энергии, изображенные на фиг. 2, немного завышены, поскольку линейная энергетическая калибровка, применяемая на данной стадии анализа сигналов, не учитывает нелинейность светового выхода кристалла NaI(Tl).

Дискретизированные временные последовательности, представляющие задержанные двойные совпадения, содержат только две составляющих сигнала, а именно, первичную составляющую сигнала, записанную в момент времени t1, и задержанную составляющую сигнала, записанную в момент времени t2. Задержанные двойные совпадения, упомянутые Якушевым с соавторами, характеризуются задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии около 138 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20.

На фиг. 2 показаны только представления событий задержанных тройных совпадений, которые анализировались с использованием методов реконструкции при наложении импульсов. В случае измерения, предполагающего задержку запуска, упомянутые события задержанных тройных совпадений, как правило, принимаются за задержанные двойные совпадения, поскольку, в большинстве случаев, первую задержанную составляющую сигнала невозможно отделить от первичной составляющей сигнала из-за задержки запуска, вследствие чего событие задержанного тройного совпадения проявляется в виде структуры из двух импульсов, содержащей первичную составляющую сигнала и задержанную составляющую сигнала, соответствующую выделению энергии около 138 кэВ. Однако реальные события задержанных двойных совпадений содержат только одну задержанную составляющую сигнала, соответствующую выделению энергии около 138 кэВ, поскольку каскады девозбуждения не включают в себя возбужденного состояния с приблизительно 167 кэВ (период полураспада 175 нс) в ¹²⁸I в данных случаях. Без применения методов реконструкции при наложении импульсов, реальные задержанные двойные совпадения нельзя отличить от задержанных тройных совпадений, так как последние также регистрируются как двойные импульсы, например, вследствие задержки запуска.

Три поля на фиг. 2 представляют три разных сценария задержанных тройных совпадений, обнаруживаемых способом по настоящему изобретению. Верхнее поле, фиг. 2а, представляет четко разделенные составляющие сигнала задержанного тройного совпадения, которые были довольно редкими в записанном наборе данных. В частности, первая задержанная составляющая сигнала, импульс 2, соответствующая выделению энергии около 30 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, чаще всего накладывается на первичную составляющую сигнала, импульс 1, как показано в среднем (фиг. 2b) и нижнем (фиг. 2с) полях на фиг. 2. Даже вторая задержанная составляющая сигнала, импульс 3, соответствующая выделению энергии около 138 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, часто накладывается на мгновенную составляющую сигнала или на первую задержанную составляющую сигнала, как показано на фиг. 2с. Следовательно, методы реконструкции при наложении импульсов необходимы, чтобы разлагать дискретизированные временные последовательности для идентификации релевантных составляющих сигнала задержанных тройных совпадений, указывающих на захваты нейтронов в ¹²⁷I.

Исходя из частоты дискретизации цифрового спектрометра 40, примененного для данной демонстрации, 1,8 мкс соответствует 450 отсчетам в примере на фиг. 2. Следовательно, примерные дискретизированные временные последовательности на фиг. 2 ясно показывают, что способ Якушева с соавторами, ограниченный 1,8-мкс задержкой запуска спектрометра, пропускал бы не только первую задержанную составляющую сигнала, импульс 2, соответствующую энергии около 30 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, но также даже вторую задержанную составляющую сигнала, импульс 3, соответствующую выделению энергии около 138 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20 во всех показанных примерных дискретизированных временных последовательностях.

Примеры задержанных тройных совпадений, показанные на фиг. 2, получаются способом, предложенным настоящим изобретением для определения нейтронов и гамма-излучение и использующим систему радиационного контроля по изобретению.

На первом этапе способа нейтроны взаимодействуют с ¹²⁷I в сцинтиллирующем кристалле, с образованием ¹²⁸I при захвате нейтронов. ¹²⁸I девозбуждается как путем мгновенного испускания гамма-излучения и, по меньшей мере частично, через по меньшей мере одно долгоживущее возбужденное состояние, поддерживающее другое долгоживущее возбужденное состояние, что, по меньшей мере иногда, приводит к двум задержанным выделениям энергии в сцинтиллирующем кристалле 20, соответствующим двум задержанным этапам девозбуждения, производящим либо конверсионные электроны, либо гамма-излучение, взаимодействующие со сцинтиллирующим кристаллом 20, следом за первичной составляющей сигнала, которая обусловлена мгновенным испусканием.

На следующем этапе способа детектор 10 гамма-излучения формирует электрический сигнал в последовательном порядке взаимодействия между гамма-излучением или конверсионными электронами и упомянутым сцинтиллирующим кристаллом 20. Электрический сигнал имеет известную зависимость от энергии, выделяемой регистрируемым гамма-излучением или конверсионными электронами в упомянутом сцинтиллирующем кристалле 20.

Затем дигитайзер дискретизирует электрический сигнал упомянутого детектора гамма-излучения с заданной частотой по меньшей мере 20 миллионов отсчетов в секунду, предпочтительно по меньшей мере 100 миллионов отсчетов в секунду, чтобы генерировать дискретизированные временные последовательности регистрируемого гамма-излучения, и передает дискретизированные временные последовательности в анализатор 50.

На дополнительном этапе способа по изобретению анализатор 50 идентифицирует первичную составляющую сигнала в дискретизированной временной последовательности, обозначенную как импульс 1 на фиг. 2 и соответствующую выделению энергии Е₀ в заданном диапазоне. Кроме того, анализатор 50 выполняет поиск первой задержанной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности, обозначенной как импульс 2 на фиг. 2. Первая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии около 30 кэВ и следует за первичным сигналом с временной задержкой не более 2 мкс .Кроме того, анализатор 50 выполняет поиск второй задержанной составляющей сигнала, обозначенной как импульс 3 на фиг. 2. Вторая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии около 138 кэВ и следует за первой задержанной составляющей сигнала с временной задержкой не более 10 мкс.

Достаточно, быть может, просто подсчитать число дискретизированных временных последовательностей, в которых первичная составляющая сигнала, первая задержанная составляющая сигнала и вторая задержанная составляющая сигнала идентифицируются, чтобы определить количественный показатель нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл. Однако в предпочтительном варианте, чтобы дополнительно исключить случайные фоновые события, анализатор 50 количественно определяет по меньшей мере один из группы параметров событий для каждой из дискретизированных временных последовательностей и оценивает для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать упомянутые дискретизированные временные последовательности как нейтронное событие. При подсчете числа дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, анализатор 50 обеспечивает количественный показатель потока тепловых нейтронов, которым облучается сцинтиллирующий кристалл 20.

Как наглядно подтверждается примерами на фиг. 2, анализатор 50 предпочтительно выполнен с возможностью поиска и идентификации задержанных тройных совпадений в дискретизированных временных последовательностях посредством методов реконструкции при наложении импульсов. Для реконструкции при наложении импульсов, анализатор применяет способ разложения дискретизированных временных последовательностей на их составляющие. Тем самым анализатор 50 количественно определяет по меньшей мере один из группы параметров событий для каждой из дискретизированных временных последовательностей.

Параметры событий, количественно определяемые анализатором 50 задержанных тройных совпадений, показанных на фиг. 2, содержат разности времен между первичной составляющей сигнала (импульс 1) и первой задержанной составляющей сигнала (импульс 2), обозначенные t21, и между первой задержанной составляющей сигнала (импульс 2) и второй задержанной составляющей сигнала (импульс 3), обозначенные t32. Последняя разность времен, t32, далее дополнительно рассматривается в отношении фиг. 3.

Анализатор 50 предпочтительно выполнен с возможностью вычисления количественного показателя для нейтронного потока, в частности, потока медленных нейтронов, которым облучается детектор 10, по параметрам событий, как поясняется по отношению к фиг. 3 и фиг. 4.

Фиг. 3 представляет распределения разностей t32 времен между второй задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии около 138 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, и первой задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии около 30 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, в задержанных тройных совпадениях, показанных на фиг. 2, измеренных при разных нагрузках детектора, указанных на фигуре.

Данные измерялись детектором 10, описанным в связи с фиг. 2, облучаемым источником нейтронов на основе изотопа ²⁵²Cf с замедлителем. Анализ сигналов выполнялся с помощью того же алгоритма, который применялся для анализа сигналов, показанных на фиг. 2. Дополнительная нагрузка детектора создавалась источниками на основе ториевой (Th) руды и изотопа ¹³⁷Cs, располагаемых на различных расстояниях от сцинтиллирующего кристалла 20. Распределения разностей времен, измеренных при разных нагрузках детектора, обозначены разными символами.

Распределения для t32 аппроксимировались эмпирической функцией ƒ(t)=a⋅e^-λ⋅t+b, где λ=0,693/0,845 мкс представляет постоянную затухания, соответствующую периоду полураспада 845 нс, и затем нормировались по аппроксимирующему параметру а. Аппроксимирующие кривые также показаны на чертеже.

Аппроксимирующий параметр а оценивает интенсивность второй задержанной составляющей сигнала (период полураспада 845 нс) в распределении для t32, характеризующем второй задержанный переход, и, следовательно, число нейтронов, зарегистрированных в процессе соответствующего измерения. Это означает, что все распределения, показанные на фиг. 3, нормируются к одному и тому же числу нейтронов. Аппроксимирующий параметр b оценивает фон случайных задержанных тройных совпадений, которые не обусловлены захватами нейтронов в ¹²⁷I. На фиг. 3 показаны также отношения эффект/фон, Е/В, которые выведены из аппроксимирующих параметров. Отношения эффект/фон вычислены по числу нейтронов

,

деленному на вклад фона в одном и том же интервале времени

для времени интегрирования в пределах от t₁=0,16 мкс, которое является минимальной обнаружимой разностью времен между наложенными составляющими сигнала с помощью алгоритма реконструкции при наложении импульсов, применяемого для анализа данных, до t₂=4,0 мкс, которое является приемлемым пределом, охватывающим большинство нейтронных сигналов, но не слишком много фона. Следует отметить, что выбор временных пределов интегрирования влияет на отношение Е/В. При том, что t₁ всегда следует устанавливать равной минимальному обнаружимому запаздыванию импульса, чтобы максимизировать число учитываемых импульсов счета нейтронов, оптимальное значение t₂ зависит от вклада фона, которое изменяется в зависимости от фактической нагрузки детектора. Таким образом, отношения Е/В, приведенные в настоящем случае, представляют не общий результат, а примерные значения, отражающие тенденцию: Распределения по времени, а также соответствующие отношения Е/В отражают возрастающий вклад фона с повышением нагрузки детектора. Однако вклад нейтронов, распознаваемый по экспоненциальному затуханию с постоянной затухания, соответствующей 845-нс периоду полураспада, остается заметным и может количественно определяться даже при нагрузке детектора около 15 килоимпульсов счета в секунду в форме аппроксимирующего параметра а.

В предпочтительном варианте анализатор 50 вычисляет количественный показатель для потока тепловых нейтронов, которым облучается сцинтиллирующий кристалл 20, посредством определения распределения разностей t32 времен между второй задержанной составляющей сигнала и первой задержанной составляющей сигнала, с аппроксимацией упомянутого распределения с использованием функции, содержащей составляющую с экспоненциальным затуханием, соответствующую полупериоду спада второй задержанной составляющей сигнала, и масштабирующий коэффициент, где масштабирующий коэффициент представляет число зарегистрированных (тепловых) нейтронов. Аналогично, число нейтронов может быть получено из распределения разностей времен между первой задержанной составляющей сигнала и первичной составляющей сигнала и даже из распределения разностей времен между второй задержанной составляющей сигнала и первичной составляющей сигнала, если функции адаптированы для включения соответствующих составляющих с экспоненциальным затуханием.

В предпочтительном варианте анализатор 50 вычисляет также другой параметр события, разность t21 времен между первой задержанной составляющей сигнала и первичным сигналом. Посредством селекции только таких событий задержанных тройных совпадений, как потенциальные импульсы счета нейтронов, учитываемые для дальнейшего анализа, например, для накопления распределения t32, когда t21 не превосходит предварительно установленного предела, предпочтительно 2 мкс, предпочтительнее 1,5 мкс, отношение эффект/фон повышается за счет скорости счета эффектов.

В предпочтительном варианте анализатор 50 вычисляет также другой параметр события, выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле 20, соответствующее первичному сигналу, Е₀. Посредством отбора только таких событий задержанных тройных совпадений, как потенциальные импульсы счета нейтронов, учитываемые для дальнейшего анализа, например, для накопления распределения t32, когда Е₀ соответствует, в пределах энергетического разрешения гамма-детектора, энергии интенсивного перехода, приводящего к состоянию 167,3 кэВ в ¹²⁸I, предпочтительно 142 кэВ или 67 кэВ, или суммарной энергии таких переходов, отношение эффект/фон повышается за счет скорости счета эффектов.

Аналогично анализатор 50 предпочтительно вычисляет другие параметры событий, выделения энергии в сцинтиллирующем кристалле 20, соответствующие первой и/или второй задержанным составляющим сигнала, Е₁ и/или Е₂, соответственно. Посредством отбора только таких событий задержанных тройных совпадений, как потенциальные импульсы счета нейтронов, учитываемые для дальнейшего анализа, например, для накопления распределения t32, когда Е₁ соответствует, в пределах энергетического разрешения гамма-детектора, переходу 30 кэВ, поддерживающему состояние 137,8 кэВ в ¹²⁸I, и/или Е₂ соответствует, в пределах энергетического разрешения гамма-детектора, энергии 138 кэВ, высвобождаемой в процессе девозбуждения состояния 137,8 кэВ в ¹²⁸I, отношение эффект/фон повышается за счет скорости счета эффектов.

В общем упомянутые заданные критерии, применяемые к одному или более параметрам событий и сочетаемые в итоге в набор критериев, можно использовать для дополнительного повышения отношения эффект/фон за счет скорости счета эффектов (т.е., нейтронов). Это позволяет динамически адаптировать чувствительность системы 1 радиационного контроля в части определения нейтронов к внешнему фоновому гамма-излучению посредством применения наборов более или менее ограничивающих критериев, в зависимости от упомянутого внешнего фона. В случае слабого внешнего фонового гамма-излучения, применение нестрогих критериев или даже их неприменение в отношении параметров событий максимально повышает скорость счета нейтронов, при еще допустимом фоне в импульсах счета нейтронов. В случае сильного внешнего фонового гамма-излучения, приводящего к росту числа случайных задержанных тройных совпадений, более строго ограничивающие критерии выбора событий снижают чувствительность к нейтронам, но еще могут позволить количественно определять нейтронный поток, которым облучается сцинтиллирующий кристалл 20.

Фиг. 4 представляет распределения разности t21 времен между задержанной составляющей сигнала и первичной составляющей сигнала задержанных двойных совпадений, содержащихся в одних и тех же наборах данных, упомянутых выше применительно к фиг. 2 и 3.

Посредством анализатора 50 количественно определялся параметр t21 события, представляющий разность времен (задержку) между задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии около 138 кэВ в сцинтиллирующем кристалле 20, и первичной составляющей сигнала. Распределения времен, показанные на фиг. 4, содержат только события задержанных двойных совпадений, в соответствии с которыми задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии около 138 кэВ, но никакой предшествующей задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии около 30 кэВ не регистрировалось. Таким образом, на фиг. 4 представлены данные, которые можно использовать для определения нейтронов в дополнение к событиям задержанных тройных совпадений, рассмотренных в отношении фиг. 2 и 3.

Распределения t21 аппроксимировались функцией ƒ(t)=a⋅e^-λ⋅t+b, при λ=0,693/0,845 мкс, но (для повышения точности) нормировались по вкладам нейтронов, полученным из данных для задержанных тройных совпадений, показанных на фиг. 3. Отношения эффект/фон, Е/В, определяли из аппроксимаций, применяющих формулы и временные пределы интегрирования, как в случае фиг. 3, к распределениям t21, показанным на фиг. 4. Числа N_D/N_T, приведенные на фиг. 4, означают отношения импульсов счета нейтронов, полученных из распределения t21 задержанных двойных совпадений (N_D), показанных на фиг. 4, к импульсам счета нейтронов, полученных из распределения t32 задержанных тройных совпадений (N_T) в том же измерении, упомянутых выше в связи с фиг. 3. Иначе говоря, упомянутые числа количественно определяют отношение скоростей счета эффектов, использующих только задержанные двойные совпадения или только задержанные тройные совпадения, при этом обе скорости счета эффектов получали из одного и того же набора данных и с использованием одинакового алгоритма реконструкции при наложении импульсов.

Очевидно, что задержанные тройные совпадения обеспечивают намного более высокое отношение эффект/фон для счета нейтронов, в приведенных примерных случаях выше приблизительно на порядок величины, чем задержанные двойные совпадения, при этом вклад нейтронов, измеренный по задержанным двойным совпадениям, приблизительно, только в два раза больше, чем вклад нейтронов, измеренный по задержанным тройным совпадениям. Тем не менее, вклад нейтронов, измеренный по задержанным двойным совпадениям, дает дополнительный и ценный количественный показатель для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл 20.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения анализатор 50 измеряет нейтронный поток, которым облучается сцинтиллирующий кристалл 20, по вкладу нейтронов, определенному по задержанным двойным совпадениям, и по вкладу нейтронов, определенному по задержанным тройным совпадениям, при этом оба вклада получены с помощью алгоритма реконструкции при наложении, который обеспечивает разложение наложенных импульсов и последующий анализ параметров событий, что повышает точность измерения нейтронного потока.

Фиг. 5 представляет распределения разностей t21 времен между задержанной составляющей сигнала, соответствующей выделению энергии 138 кэВ, и первичной составляющей сигнала задержанных двойных совпадений, измеренной при разных нагрузках детектора, с моделируемой задержкой запуска 1,8 мкс, при этом анализ включает в себя также задержанные тройные совпадения, однако, без их определения самих по себе, так как первая задержанная составляющая сигнала скрыта из-за задержки запуска, то есть, тем самым моделируется известный уровень техники. Все зарегистрированные задержанные двойные совпадения содержатся в таких же данных, которые упоминались выше по отношению к фиг. 2-4.

В отличие от фиг. 4 временные распределения, показанные на фиг. 5, содержат все события, характеризующие 138-кэВ сигнал, даже если предшествующий 30-кэВ сигнал первоначально обнаруживался с помощью алгоритма реконструкции при наложении импульсов, но не учитывался из-за моделируемой задержки запуска. Также в отличие от фиг. 3-4, временные пределы интегрирования начинаются в данном случае при t₁=1,8 мкс, что соответствует задержке запуска, примененной в измерении Якушева. Таким образом, данные, показанные на фиг. 5, представляют распределения t21 и отношения эффект/фон Е/В, которые измерялись бы в эквивалентных условиях в схеме в соответствии с известным уровнем техники, описанной Якушевым с соавторами. Числа N_DY/N_T обозначают отношения импульсов счета нейтронов, полученных анализом задержанных двойных совпадений в соответствии с известным уровнем техники, к импульсам счета нейтронов, полученных анализом задержанных тройных совпадений с помощью способа по изобретению в эквивалентных условиях, показанных на фиг. 3.

Анализ событий задержанных тройных совпадений в соответствии с изобретением очевидно обеспечивает намного более высокое, выше чем на порядок величины, отношение эффект/фон, чем известный уровень техники, тогда как частоты эффектов являются вполне сравнимыми. Более того, если задержанные двойные совпадения не исключаются, а также учитываются отдельно, как показано на фиг. 4, то частота эффектов с использованием способа по настоящему изобретению приблизительно вдвое выше частоты, получаемой с использованием известного уровня техники, хотя эффективное отношение эффект/фон оказывается значительно выше.

Следовательно, фиг. 3 и фиг. 5 ясно демонстрируют преимущество способа и системы радиационного контроля по настоящему изобретению, основанных на задержанных тройных совпадениях, по сравнению со способом, описанным Якушевым с соавторами, основанным на задержанных двойных совпадениях, путем прямого сравнения отношений эффект/фон и частот эффектов с использованием примерных, обоснованных экспериментальных данных, полученных в реальных условиях.

Перечень ссылочных позиций

1 - система радиационного контроля

10 - детектор гамма-излучения

20 - сцинтиллирующий кристалл

30 - фотодетектор с усилителем

40 - дигитайзер

50 - анализатор

Е/В - отношение эффект/фон

N_D - число регистрируемых импульсов счета нейтронов на основании задержанных двойных совпадений

N_T - число регистрируемых импульсов счета нейтронов на основании задержанных тройных совпадений

N_DY - число регистрируемых импульсов счета нейтронов при использовании способа известного уровня техники

t1 - время определения первичной составляющей сигнала

t2 - время определения первой задержанной составляющей сигнала

t3 - время определения второй задержанной составляющей сигнала

t21 - разность времен между задержанной составляющей сигнала (138 кэВ) и первичной составляющей сигнала

t32 - разность времен между второй задержанной составляющей сигнала (138 кэВ) и первой задержанной составляющей сигнала (30 кэВ).

Группа изобретений относится к области радиационного контроля. Система радиационного контроля для параллельного определения гамма-излучения и нейтронов содержит сцинтиллирующий кристалл, содержащий ¹²⁷I, дигитайзер для генерирования дискретизированных временных последовательностей и анализатор, при этом анализатор выполнен с возможностью идентификации первичной составляющей сигнала, первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях. Первая и вторая задержанные составляющие сигнала соответствуют выделению энергии около 30 кэВ и около 138 кэВ соответственно и следуют за первичной и первой задержанными составляющими сигнала во времени. Анализатор дополнительно выполнен с возможностью счета числа дискретизированных временных последовательностей, содержащих по меньшей мере первую и вторую задержанные составляющие сигнала, в качестве нейтронных событий, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл. Технический результат – повышение чувствительности йодсодержащих сцинтилляционных детекторов для определения нейтронов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система радиационного контроля для параллельного определения гамма-излучения и нейтронов, содержащая:

- детектор гамма-излучения, содержащий сцинтиллирующий кристалл, содержащий ¹²⁷I, и фотодетектор с усилителем, при этом сцинтиллирующий кристалл выполнен с возможностью преобразования энергии, выделенной гамма-излучением или конверсионными электронами, в оптические фотоны, фотодетектор выполнен с возможностью преобразования оптических фотонов в электрический сигнал, а усилитель выполнен с возможностью усиления электрического сигнала, причем электрический сигнал имеет известную зависимость от энергии, выделяемой регистрируемым гамма-излучением или конверсионными электронами в сцинтиллирующем кристалле,

- дигитайзер, содержащий дискретизирующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и выполненный с возможностью дискретизации электрического сигнала детектора гамма-излучения с заданной частотой по меньшей мере 20 миллионов отсчетов в секунду, чтобы генерировать дискретизированные временные последовательности электрического сигнала, и

- анализатор, функционально связанный с дигитайзером, причем дигитайзер выполнен с возможностью передачи дискретизированных временных последовательностей в анализатор, при этом анализатор выполнен с возможностью анализа дискретизированных временных последовательностей, чтобы идентифицировать составляющие сигналов в дискретизированных временных последовательностях с последовательными временными задержками одной за другой по меньшей мере 20 нс и не более 10 мкс, причем каждая составляющая сигнала возникает вследствие выделения энергии в сцинтилляторе,

отличающаяся тем, что анализатор дополнительно выполнен с возможностью:

идентификации первичной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях в соответствии с выделением Е₀ энергии в заданном диапазоне,

идентификации первой задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, причем первая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению Е₁ энергии от 15 до 50 кэВ и следует за первичной составляющей сигнала во времени,

идентификации второй задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, причем вторая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению Е₂ энергии от 100 до 200 кэВ и следует за первой задержанной составляющей сигнала во времени, и

подсчета числа дискретизированных временных последовательностей, содержащих по меньшей мере первую задержанную составляющую сигнала и вторую задержанную составляющую сигнала, в качестве нейтронных событий, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

2. Система радиационного контроля по п. 1, отличающаяся тем, что анализатор дополнительно выполнен с возможностью:

количественного определения по меньшей мере одного параметра события из группы параметров событий для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, при этом группа параметров событий содержит:

- разность времен между первичной составляющей сигнала и первой задержанной составляющей сигнала,

- разность времен между первичной составляющей и второй задержанной составляющей сигнала,

- разность времен между первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первичной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первой задержанной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее второй задержанной составляющей сигнала, и

- их комбинации,

оценки для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать дискретизированные временные последовательности как нейтронное событие, и

подсчета числа дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

3. Система радиационного контроля по п. 1, отличающаяся тем, что фотодетектор детектора гамма-излучения является фотоумножителем, кремниевым фотоумножителем (SiPM) или лавинным фотодиодом.

4. Система радиационного контроля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что сцинтиллирующий кристалл является кристаллом NaI, предпочтительно с примесью Tl, или кристаллом CsI, предпочтительно с примесью Na или Tl, или кристаллом NaI, предпочтительно с примесью Tl, содержащий Li или B в качестве содопанта.

5. Система радиационного контроля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что детектор гамма-излучения, дигитайзер и анализатор достаточно малы, чтобы их можно было разместить в портативном устройстве.

6. Система радиационного контроля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что детектор гамма-излучения, дигитайзер и анализатор достаточно малы, чтобы их можно было разместить в рюкзаке.

7. Способ определения нейтронов и гамма-излучения с использованием системы радиационного контроля по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что:

обеспечивают взаимодействие нейтронов с ¹²⁷I в сцинтиллирующем кристалле с образованием ¹²⁸I при захвате нейтронов, причем ¹²⁸I девозбуждается как путем мгновенного испускания гамма-излучения, так и, по меньшей мере частично, через по меньшей мере одно долгоживущее возбужденное состояние, поддерживающее другое долгоживущее возбужденное состояние, что, по меньшей мере иногда, приводит к двум задержанным выделениям энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующим двум задержанным этапам девозбуждения, производящим либо конверсионные электроны, либо гамма-излучение, взаимодействующие со сцинтиллирующим кристаллом, следом за первичной составляющей сигнала, которая обусловлена мгновенным испусканием,

генерируют детектором гамма-излучения электрический сигнал в последовательном порядке взаимодействия между гамма-излучением или конверсионными электронами и сцинтиллирующим кристаллом, причем электрический сигнал имеет известную зависимость от энергии, выделяемой регистрируемым гамма-излучением или конверсионными электронами в сцинтиллирующем кристалле,

осуществляют дискретизацию дигитайзером электрического сигнала детектора гамма-излучения с заданной частотой по меньшей мере 20 миллионов отсчетов в секунду, чтобы генерировать дискретизированную временную последовательность регистрируемого гамма-излучения, и передают дискретизированную временную последовательность в анализатор,

осуществляют идентификацию анализатором первичной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности в соответствии с выделением Е₀ энергии в заданном диапазоне, выполняют анализатором поиск первой задержанной составляющей сигнала в дискретизированной временной последовательности, причем первая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии от 15 до 50 кэВ и следует за первичным сигналом во времени,

выполняют анализатором поиск второй задержанной составляющей сигнала, причем вторая задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии от 100 до 200 кэВ и следует за первой задержанной составляющей сигнала во времени,

подсчитывают анализатором число дискретизированных временных последовательностей, содержащих по меньшей мере первую задержанную составляющую сигнала и вторую задержанную составляющую сигнала, в качестве нейтронных событий, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно:

количественно определяют с помощью анализатора по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий для каждой из дискретизированных временных последовательностей, при этом группа параметров событий содержит:

- разность времен между первичной составляющей сигнала и первой задержанной составляющей сигнала,

- разность времен между первичной составляющей и второй задержанной составляющей сигнала,

- разность времен между первой задержанной составляющей сигнала и второй задержанной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первичной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первой задержанной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее второй задержанной составляющей сигнала, и

- их комбинации,

выполняют с помощью анализатора оценку для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей того, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать упомянутые дискретизированные временные последовательности как нейтронное событие, и

подсчитывают с помощью анализатора число дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что с помощью анализатора находят и идентифицируют по меньшей мере одну задержанную составляющую сигнала в упомянутых дискретизированных временных последовательностях посредством методов реконструкции при наложении импульсов, с использованием способа разложения дискретизированной временной последовательности, содержащей наложенные составляющие сигнала, на данные составляющие, с количественным определением тем самым по меньшей мере одного из группы параметров событий.

10. Способ по любому из пп. 7-9, отличающийся тем, что с помощью анализатора дополнительно:

идентифицируют другую первичную составляющую сигнала в дискретизированных временных последовательностях в соответствии с выделением энергии в заданном диапазоне,

выполняют поиск задержанной составляющей сигнала в дискретизированных временных последовательностях, при этом задержанная составляющая сигнала соответствует выделению энергии от 100 до 200 кэВ и следует за упомянутой первичной составляющей сигнала во времени,

количественно определяют по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий для каждой из дискретизированных временных последовательностей, причем упомянутая группа дополнительно содержит:

- разность времен между первичной составляющей и задержанной составляющей сигнала,

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее первичной составляющей сигнала, и

- выделение энергии в сцинтиллирующем кристалле, соответствующее задержанной составляющей сигнала,

при этом с помощью анализатора оценивают для каждой из упомянутых дискретизированных временных последовательностей, удовлетворяет ли по меньшей мере один параметр события из группы параметров событий заданному критерию, чтобы классифицировать упомянутые дискретизированные временные последовательности как тепловое нейтронное событие, и

с помощью анализатора подсчитывают число дискретизированных временных последовательностей, классифицированных как нейтронное событие, с обеспечением тем самым количественного показателя для нейтронного потока, которым облучается сцинтиллирующий кристалл.