А. В. ПОПОВ, А. С. БЕЗРУКАВНОВ, Е. А. ЧЕРНЯЕВ,

В. А. КАНЦЕРОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ДЕТЕКТОР ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ НА БАЗЕ

БОРСОДЕРЖАЩЕГО ПЛАСТИЧЕСКОГО

СЦИНТИЛЛЯТОРА

Целью данной работы было изучение возможности создания детектора тепловых нейтронов на базе борсодержащих сцинтилляторов для использования на борту Международной космической станции (МКС). Огромная масса станции (~ 100 т) может привести к тому, что внутри неё создаётся значительный поток нейтронов, возникающих из-за взаимодействия космических лучей с веществом орбитальной станции. Потоки нейтронов практически не контролируются имеющейся на борту дозиметрической аппаратурой.

В борсодержащих пластических сцинтилляторах происходит регистрация продуктов реакции 10B(n,α)7Li. Использование соединений на основе дешевого природного бора в пластических сцинтилляторах выгодно тем, что в природном боре содержится достаточно много, 19,9 %, необходимого для регистрации тепловых нейтронов изотопа 10B, что позволяет обойтись без дорогостоящей процедуры его обогащения. В настоящее время доступны сцинтилляторы, содержащие до 10 % 10B.

В работе исследовались ФЭУ, которые хорошо зарекомендовали себя в космофизической аппаратуре – ФЭУ 85 Российского производства и Н6780-3 японской фирмы “HAMAMATSU”. Последний ФЭУ выгодно отличается от остальных тем, что не требует высоковольтного питания, но при этом потребляет около 0.5 ВА. Все ФЭУ прошли наземные испытания и полностью соответствуют требованиям к аппаратуре для использования в условиях космического полёта. В качестве борсодержащего сцинтиллятора использовался СЦ-331 (содержащий 5 % 10B) толщиной 5 мм.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Экспериментальная установка состояла из Pu-Be источника нейтронов, бака с водой (используемой в качестве замедлителя нейтронов), свинцовой пластины, для уменьшения фона от гамма-квантов, электроники на основе блоков КАМАК и исследуемого детектора тепловых нейтронов.

Аналоговый сигнал с ФЭУ разветвлялся на два сигнала. Первый сигнал подавался на дискриминатор, сигнал от которого затем поступал на вход “Gate” амплитудно-цифрового преобразователя (АЦП). Второй сигнал с соответствующей задержкой приходил на один из входов АЦП. Для выделения тепловых нейтронов использовался кадмий толщиной 0.3 мм, который устанавливался между исследуемым детектором и источником нейтронов. Эксперимент с каждым образцом проходил в два этапа. Сначала снималось амплитудное распределение сигналов с детектора без кадмиевой пластины, а затем в её присутствии (поток тепловых нейтронов существенно ослаблен).

Рис. 1. Амплитудный спектр сигналов детектора с ФЭУ-85 в присутствии тепловых нейтронов и без них
 

На рис. 1 представлены два амплитудных спектра сигналов ФЭУ-85 с сцинтиллятором СЦ-331 размером 3х3х5 мм3 для случая без пластины кадмия и с ней. В левой части рисунка – шумовой спектр детектора, который практически одинаков для двух случаев. В центре хорошо виден эффект, создаваемый тепловыми нейтронами (без кадмия).

В случае с пластиной кадмия спектр сигналов практически не отличается от шумового (спектры нормированы по шумам). На основании спектров видно, что выделение сигналов от тепловых нейтронов сравнительно просто можно осуществить с помощью установки порога дискриминатора.
 

Аналогичные результаты получены для ФЭУ Н6780-3.

Проведённые эксперименты показывают, что создание детекторов тепловых нейтронов на базе борсодержащих пластических сцинтилляторов очень перспективно, т. к. они обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с газонаполненными детекторами в условиях космического полёта.