<<
>>

2.3.4 Расчёт спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с полистирольным сцинтиллятором с добавлением в него 10B с фильтрующими покрытиями

Для получения набора детекторов с достаточно разнообразными спектраль­ными характеристиками, некоторые из детекторов со сцинтилляторами с добав­кой бора должны иметь покрытия из материалов, активно поглощающих тепло­вые нейтроны (это кадмий, бор-10 и гадолиний). Покрытие из кадмия реализуется путём надевания на сцинтиллятор колпачка из кадмия. Толщины кадмия в 1 мм

60 вполне достаточно для практически полного поглощения тепловых нейтронов, со­держащихся в потоке.

В природном боре содержится примерно 20 % изотопа бор-10.

Поскольку технология обогащения бора изотопом бор-10 весьма сложна и дорога, то для фильтрующего покрытия вполне можно использовать соединения природного бора, а нужное количество атомов бора-10 достичь увеличением толщины покры­тия. Наиболее доступны порошкообразные карбид бора и нитрид бора. Смешав порошок с эпоксидной смолой до получения массы достаточно густой консистен­ции, её наносят на торцевую и боковую поверхности сцинтиллятора слоем нуж­ной толщины. После отверждения покрытия его шлифуют для получения слоя равномерной толщины.

Аналогично получают покрытия и из порошкообразного гадолиния. Гадо­линий имеет наивысшее среди всех элементов сечение захвата тепловых нейтро­нов. Для природной смеси изотопов гадолиния сечение захвата тепловых нейтро­нов составляет 46000 барн. А у гадолиния-157 (его доля в природной смеси со­ставляет 15,68%) сечение захвата превышает 150000 барн. Природный гадолиний представляет собой смесь шести стабильных изотопов с массовыми числами 154, 155, 156, 157, 158 и 160 и одного радиоактивного - гадолиния-152, испытываю­щего альфа-распад с очень большим периодом полураспада: 1014 лет. Но доля по­следнего в природной смеси изотопов мала (всего 0,2 %), а излучаемые альфа- частицы полностью поглощаются слоем в доли миллиметра. Поэтому природный гадолиний можно считать нерадиоактивным.

Зависимости полных сечений взаимодействия кадмия, бора-10 и гадолиния с нейтронами от их энергии приведены на рисунке 2.10.

Расчётные спектральные характеристики детекторов с полистирольными сцинтилляторами толщиной 10 мм с добавкой бора-10 и с фильтрующими покры­тиями одинаковой толщины (1 мм) из кадмия, гадолиния и бора-10 представлены на рисунке 2.11. Из него следует, что наиболее эффективно снижает чувствитель­ность детектора к тепловым нейтронам покрытие из нитрида бора. Покрытие из

гадолиния применять нецелесообразно из-за сильных и многочисленных резонан­сов в диапазоне энергий от 2 эВ до 2 кэВ, а фильтр из кадмия менее эффективен.

Рисунок 2.10 - Зависимости полного сечения реакций с нейтронами кадмия (а), бора-10 (б) и гадолиния-157 (в) от энергии нейтронов [52,53]

Теперь следует исследовать влияние толщины покрытия из нитрида бора на спектральные характеристики.

Результаты расчётов для детекторов с фильтров из нитрида бора толщиной 1, 2 и 3 мм представлены на рисунке 2.12. Из него следует, что с ростом толщины

фильтрующего покрытия происходит сдвиг в сторону возрастания пороговой энер­гии, при превышении которой начинается резкий рост чувствительности детектора. В сочетании возможностью регулировки порога амплитудной дискриминации им­пульсов это позволяет дополнительно разнообразить форму спектральных характе­ристик детекторов.

Рисунок 2.11 - Спектральные характеристики детекторов с полистирольными сцинтилляторами толщиной 10 мм с добавкой 5 % (по массе) бора-10 с фильтрующими покрытиями из кадмия, гадолиния и бора-10 толщиной в 1 мм

Рисунок 2.12 - Спектральные характеристики сцинтилляционных детекторов на основе полистирола с добавкой бора-10 с толщиной сцинтиллятора 10 мм и фильтрующими покрытиями из нитрида бора различной толщины

Таким образом, используя полистирольные сцинтилляторы различной тол­щины без добавки бора-10 и с добавкой бора-10, а в последнем случае дополни­тельно изменяя порог амплитудной дискриминации и применяя фильтрующие по­крытия сцинтиллятора из нитрида бора, можно получать детекторы с весьма раз­нообразными спектральными характеристиками.

Изложенные результаты проведенных исследований по получению и расчёту сцинтилляционных нейтронных детекторов с разнообразными спектральными ха­рактеристиками представлены в публикациях [56-60].

Выбор оптимального количества и типов детекторов из рассмотренного раз­нообразия связан с необходимостью моделирования нейтронных спектрометров- дозиметров с блоками детектирования состоящих из различных комбинаций детек­торов и будет выполнен в следующей главе диссертации.

<< | >>
Источник: ЛОГВИНОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курск, 2019. 2019

Еще по теме 2.3.4 Расчёт спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с полистирольным сцинтиллятором с добавлением в него 10B с фильтрующими покрытиями:

  1. Расчёт спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с полистирольным сцинтиллятором с добавлением в него бора-10
  2. 2.3.2 Расчёт и исследование спектральных характеристик полистирольных детекторов без добавления в них бора-10
  3. Способы получения сцинтилляционных нейтронных детекторов с различными спектральными характеристиками
  4. Методы расчёта спектральных характеристик нейтронных детекторов
  5. Исследования спектральных характеристик сцинтилляционных детекторов с помощью моделирования методом Монте-Карло
  6. ГЛАВА 2 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ С РАЗНООБРАЗНЫМИ СПЕКТРАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
  7. Энергетические спектральные характеристики нейтронных детекторов и активационных индикаторов
  8. Предлагаемый метод экспериментального измерения спектральных характеристик нейтронных детекторов
  9. ГЛАВЕ 4 ФОРМИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ НЕЙТРОННЫХ ПОЛЕЙ С РАЗНООБРАЗНОЙ ФОРМОЙ СПЕКТРОВ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ
  10. ЛОГВИНОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОДЕТЕКТОРНОГО НЕЙТРОННОГО СПЕКТРОМЕТРА-ДОЗИМЕТРА. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курск, 2019, 2019
  11. 2.3.1 Общая характеристика библиотеки программ GEANT-4 и условия проведения расчётов