А. Г. ДУХВАЛОВ, К. Ф. ВЛАСИК, В. М. ГРАЧЕВ, В. В. ДМИТРЕНКО, К. Н. ПУШКИН, С. Е. УЛИН,
З. М. УТЕШЕВ, И. В. ЧЕРНЫШЕВА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
О ВОЗМОЖНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ
КСЕНОНОВЫМ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРОМ
Показано, что при облучении ксенонового гамма-спектрометра тепловыми нейтронами наблюдается гамма-линия с энергией 668 кэВ, которая возникает в результате взаимодействия нейтронов с изотопом ксенона 131Хе, что позволяет использовать этот прибор в качестве детектора нейтронов. Изучена возможность значительного увеличения чувствительности ксенонового детектора к нейтронам путем добавления в его рабочее вещество 3Не.
В Радиационной лаборатории Института космофизики МИФИ был разработан гамма-спектрометр на основе цилиндрической ионизационной камеры, наполненной сжатым ксеноном. Данный прибор обладает хорошим энергетическим разрешением и стойкостью к радиационным и температурным воздействиям [1, 2]. В данной работе изучена возможность регистрации нейтронов как ксеноновым гамма-детектором без использования добавок в рабочее вещество детектора, так и с использованием добавок, значительно увеличивающих чувствительность ксенонового детектора к нейтронам.
Для этого был использован гамма-спектрометр, наполненный ксеноном до плотности 0,4 г/см3 и чувствительным объемом 200 см3. В качестве источника нейтронов использовался Pu – Be источник, активность которого составляла A=4,6×106 н/с.
Спектр с ксенонового детектора, полученный при облучении нейтронами от Pu – Be источника, приведен на рис. 1. Кроме идентифицированных гамма-линий с энергией 477, 511, 1201 и 2223 кэВ, в данном спектре имеется гамма-линия с энергией 668 кэВ. Она является результатом взаимодействия нейтронов с изотопом 131Хе, входящего в состав рабочего вещества детектора и возникает в реакции (1): 
(1)
Сечение взаимодействия нейтронов с атомами этого изотопа ксенона в (1) составляет 1 барн [3]. Эффективность регистрации тепловых нейтронов ксеноновым детектором составляет порядка 1%.
Однако данный метод регистрации нейтронов не лишен недостатков, основными из которых являются близкое положение гамма-линии с энергией 668 кэВ к линии от изотопа 137Cs, которая равна 662 кэВ и низкая эффективность регистрации нейтронов.
Для значительного увеличения чувствительности ксенонового детектора к нейтронам в его рабочее вещество введена добавка 3Не, взаимодействие которой с нейтронами протекает по реакции (2):
(2)
Энергетический выход данной реакции составляет 765 кэВ, а сечение захвата тепловых нейтронов атомами 3Не равно 5327 барн [4]. Для проверки этого метода, был использован тот же ксеноновый детектор, который был наполнен смесью ксенона до плотности 0,15 г/см3 и с концентрацией 3Не 1,4%. На рис.2 приведен характерный спектр, полученный при облучении спектрометра нейтронами от Pu – Be источника. На полученном спектре видна линия, которая является результатом реакции (2) с энергетическим разрешением 7 %.
Список литературы
1. , , Утешев -спектрометры на сжатом ксеноне. Приборы и техника эксперимента, № 5, с. 114-122, 1999 г.
2. , , Юркин потоков протонов и нейтронов на спектрометрические характеристики гамма-спектрометра на сжатом ксеноне. Приборы и техника эксперимента, № 3, с. 19-24, 1998 г.
3. , , Миллер -радиационный анализ. Москва, Энергоатомиздат, 1984, с. 55.
4. John R. Stehn, Murrey D. Goldberg, Benjamin A. Magurno and Renate Wiener-Chasman. Neutron cross sections, Volume 1, Brookhaven National laboratory, May 1964.
