Детектор нейтронов Советский патент 1992 года по МПК G01T3/00 

Изобретение относится к области исследований космоса, предметом изучения которых является определение содержания редкоземельных элементов и водородсодержащих материалов в космических объектах. Если исследуемый космический объект лишен плот ной атмосферы, то определение указанных элементов может быть осуществлено дистанционно с автоматического аппарата при его облете. Детектор .. может найти применение в других областях науки и Техники, С)вязанных с измерением потока быстрых нейтронов.

Целью изобретения является повы- шение чувствительности, а также увеличение долговечности и надежности.

Сущность изобретения заключается в том, что заполнение корпуса газом- поглотителем нейтронов позволяет полиостью исключить фон с любых на- правлений, кроме исследуемого, при регистрации тепловых и эпитепловых нейтронов. Это связано с тем, что при размещении счетчика на расстоя- ниях от ближайшей стенки меньше диаметра.счетчика, а от дальней больше диаметра счетчика мы имеем полное поглощение всех нейтронов со стороны стенки, наиболее удален- ной от счетчика. Со стороны стенки, ближайшей к счетчшсу, нейтроны, регистрируются счетчиком, т.к. это расстояние меньше средней длины поглощения нейтронов (диаметр счетчика выбирается с учетом этого условия).

При регистрации медленных нейт- ронов упомянутые газы являются их эффективными поглотителями. Физический смысл выбора диаметра счетчика как геометрического параметра его расположения во внешнем kopnyce в том, что с учетом состава газовой смеси и давления задается толщина газового слоя между счетчиком и стен кой корпуса, имеющего меньший коэффициент поглощения медленных нейтронов, чем эффективность регистрации П рименяемых счетчиков,

Назначение газа, находящегося в промежутке между стенкой корпуса и счетчиком в направлении максимального расстояния (т.е. в противоположном направлению на исследуемый объект) - экранировка счетчика, от мед- ленных нейтронов, являющихся фоновыми и возникшими, например, в результате взаимодействия галактического

5

0 5 0

, 0 5

® 5

5

космического излучения с космическим аппаратом.

Таким образом, оптимальное раз- мещение счетчика в газовом поглотителе тепловых нейтронов с расстоянием счетчика до ближней стенки менее его диаметра и до наиболее удаленной стенки больше его диаметра дает возможность создать направленный детек- т;ор тепловых и эпитепловых нейтронов, которые проникают в счетчик со стороны максимального его приближения к корпусу и не проникают из-за полного поглощения с противоположной стороны.

Указанная связь расстояния от счетчика до стенки с диаметром счетчика является универсальной. Она применима к любым счетчикам и может быть использована для широкой программы исследований. ..Давление газа в корпусе, аналогичг ного газу-наполнителю счетчика, не ниже минимально допустимого давления газа в счетчике позволяет увеличить надежность и долговечность детектора при его работе в условиях космоса.

В предложенном техническом реше- 1НИИ счетчик находится в благоприятных условиях, т.к. давление газа внутри и снаружи его корпуса уравновешены. Поэтому все элементы корпуса, не испытывая дополнительных на- , пряжений, лучше вьщерживают механические и тепловые нагрузки. В тех случаях, когда все же образуются микротрещины, газ, используемый од- /ювременно в корпусах и счетчика и детектора, сохраняет работоспособность счетчика.

Утечка газа из корпуса детектора ничтожна, маловероятна, т.к. конструкция корпуса детектора- может быть выполнена точеной (или литой) из монолитного материала, а соединение с крышкой осуществляется с помощью металлических прокладок.

Использование в качестве поглотителя газа позволяет сохранить неизменность параметров детектора при любых достижимых температурах.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез детектора нейтронов; на фиг. 2 изображен продольный разрез детектора.

Детектор нейтронов содержит гёр- .метичный полый корпус 1, выполненный из прочного материала с минимальной степенью поглощения нейтро- нов, например Из алюминиевых или титановых сплавов, вблизи внутренней поверхности 2 которого размещен по меньшей мере один счетчик 3 нейтронов t Герметичный корпус 4 счетчика 3 заполнен газом 5 - Не или BF . Корпус 1 заполнен газом 6, аналогичным газу 5, которым заполнен корпус счетчика, . Не ши BFj. В корпусе 4 герметично закреплены высоковольтные вводы 7, изолированные от корпуса 4. нимальное расстояние между счетчиком 3 и внутренней поверхностью 2 меньше диаметра корпуса 4 счетчика 3, а максимальное расстояние между ними больше диаметра корпуса 4.

Выбор газа в счетчике 3 обусловлен тем, что Не является оптимальным по его нейтронной реакции при измерении тепловых нейтронов и ней- троНбв с энергией до 100 КэВ, а BF. является предпочтительным при измерении быстрых нейтронов с энергией до 10 МэВ. Давление газа 5 в корпусе 4 счетчика 3 выбирается порядка

7атм из условия достижения максимальной чувствительности при минимальных габаритах и массе счетчика.

8связи с тем, что при давлении газа 5 внутри корпуса счетчика свыше 7 атм чувствительность повышается незначительно, а при давлении ниже

3 атм orfa резко снижается, Давление газа 5 в корпусе счетчика в .зтом диапазоне является оптимальным. Давление газа 6 в корпусе 1 выбрано в пределах от 7 до 3 атм, т.е. не ниже минимально допустимого давления газе 5 в корпусе 4 счетчика. Основное назначение газа 6 - замедление быстрых нейтронов и поглощение медленных нейтронов в толстом слое газа 6, т.е. происходит экранировка счетчиков от. нейтронов с энергиями до 100 КэВ со стороны толстого слоя газа из-за большого сечения взаимодействия нейт- ронов с ядрами Не вплоть до энергий 100 КэВ.

Детектор нейтронов работает следующим образом.

При проникновении быстрых нейтро- нов сквозь стенки корпуса 1 OHrf замедляются в газе 6, например Не, наполняющем корпус 1, и часть из них регистрируется счетчиком З. При проникновении медленных .нейтронов- сквозь стенки корпуса 1 со стороны наименьшего расстояния счетчика от внутренней поверхности 2 они регистрируются счетчиком. При проникнове- НИИ медленных нейтронов сквозь стен- ки корпуса 1 со стороны наибольшего удаления счетчика 3 от поверхности 2 корпуса 1 они проникают в газ 6 и взаимодействуют с ядрами Не до полного поглощения нейтронов в -толстом слое газа 6.

Составитель А.Шахбазов Редактор О.Юрчикова Техред Л, Олийнык Корректор А. Зимокосов

Заказ 2437 Тираж . ..Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производствённо- полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4