1.2. Детектори нейтронів
1.2.1. Детектування нейтронів
Детектори нейтронів – це прилади для реєстрації нейтронів. Щоб частка була зареєстрована, вона має взаємодіяти з матеріалом детектора.Взаємодія з матеріалом детекторанайчастіше зводиться до процесу іонізації - відриву електронів від деяких атомів матеріалу детектора - внаслідок чого вони набувають електричного заряду. Реєструється або безпосередньо іонізація, або пов'язані з нею явища - випромінювання світла.
Проходячи крізь речовину, частка стикається з атомами цієї речовини. Число зіткнень залежить в основному від електричного заряду та швидкості частинки. Маса частки і природа самої речовини грають лише другорядну роль. При кожному зіткненні існує певна ймовірність того, що атом втратить електрон і перетвориться на позитивно заряджений іон. Тому частка, що рухається в речовині, залишає за собою слід з електронів та позитивних іонів. Цей процес називаєтьсяіонізацією.
Як і всі нейтральні частинки,нейтрониможуть детектуватися тільки за допомогоювториннихзаряджених частинок, які вони виробляють, проходячи через речовину, або в результаті інших вторинних процесів, що виробляють іонізуючу радіацію. Вторинні частинки повинні виникати з енергіями, які можуть викликати іонізацію, що надійно детектується пристроями, чутливими до ефектів іонізації. Вторинними зарядженими частинками можуть бути:
– протони, що виникають внаслідок зіткнення з ядрами водню;
– частинки можуть виникати в результаті ядерного розпаду, виробленого нейтронами, подібно до альфа-часток з реакції
;
– при радіоактивному випромінюванні ядер, які стають радіоактивними через захоплення нейтрона.
Повільні нейтрони при зіткненні з ядром водню не утворюють протонів, здатних викликати іонізацію, що реєструється, а швидкі нейтрони часто не мають достатньо високого перерізу захоплення, щоб навести вимірювану активність в ядрах мішені.
Застосування основних принципів детектування породило різноманітні пристрої реєстрації нейтронів теплових енергій:
– метод активації фольг;
- Іонізаційні камери та лічильники;
Окремий клас детекторів було розроблено для детектування нейтронів проміжних та швидких енергій.
Іонізаційні камери (ІЧ) та камери поділу мають, як правило, досить великі розміри та високу чутливість до нейтронного випромінювання. Тому їх розміщують поза активною зоною та за межами відбивача. Всередині активної зони для вимірювання нейтронних полів застосовують активаційні детектори (при вимірюваннях на невеликих рівнях потужності під час фізичного пуску) та датчики прямої зарядки (ДПЗ), які мають малі розміри та чутливість, що дозволяє вимірювати нейтронні поля при роботі реактора на номінальному рівні потужності.
Для відносних (без прив'язки до потужності реактора) вимірювань розподілу щільності потоку теплових нейтронів іноді використовується мідний дріт (наприклад, реакторі ВК-50 при роботі на рівнях потужності до 200 МВт). Якщо її «швидко» ввести у вимірювальні канали, розташовані по висоті активної зони, опромінити протягом заданого часу (10–30 хв) та швидко витягти з реактора, то після певної витримки (добу) її можна розрізати, виміряти активність отриманих шматочків та отримати форму розподілу густини потоку теплових нейтронів. Замість розрізання дріт можна пропустити через коліматор з ІЧ та отримати дуже докладний розподіл цієї функції.