Ðèñ. 13.13. Спектр амплитуд импульсов пропорционального счетчика с покрытием из 10B

ции нейтронов, которая является следствием установления более высокого порога дискриминации для исключения импульсов от гамма-квантов [15]. Меньшая чувствительность счетчиков с покрытием из 10B по сравнению со счетчиками, наполненными BF3, к гамма-излучению обусловлена более низкими давлением га- за-наполнителя и рабочим напряжением, что уменьшает амплитуду импульсов от гамма-квантов по сравнению с амплитудой импульсов от нейт ронов.

13.5 ПЛАСТМАССОВЫЕ И ЖИДКИЕ СЦИНТИЛЛЯТОРЫ

13.5.1 Введение

Использование пластмассовых и жидких органических сцинтилляторов для регистрации быстрых нейтронов объясняется их коротким временем формирования отклика и умеренной стоимостью. Быстрота отклика особенно важна при регистрации совпадений, когда соотношение действительных и случайных совпадений может иметь существенное влияние на статистическую точность измерений. Хотя органические сцинтилляторы имеют время формирования отклика порядка нескольких наносекунд, время разрешения совпадений при анализе обычно определяется динамическим диапазоном времени (десятки наносекунд) переноса быстрых нейтронов от образца к детектору. (Нейтрон с энергией 500 кэВ проходит расстояние в 1 м примерно за 100 нс). Время разрешения установок регистрации совпадений, в которых регистрации предшествует замедление быстрых нейтронов, с другой стороны, определяется динамическим диапазоном времени (десятки микросекунд), необходимого для термализации нейтронов .

Основным недостатком органических сцинтилляторов при проведении неразрушающего анализа является их высокая чувствительность к гамма-излуче-

нию. Вероятность регистрации ими нейтронов и гамма-квантов примерно одинакова, а спектры амплитуд импульсов от излучений обоих типов с одинаковой энергией перекрываются. Поэтому амплитуда импульса сама по себе дает немного информации о типе частицы. Вместе с тем, с некоторыми органическими сцинтилляторами может использоваться электроника, позволяющая методом дискриминации по форме импульса осуществлять эффективное разделение между сигналами от нейтронов и гамма-квантов.

13.5.2Механизмы взаимодействия нейтронов и гамма-квантов

ñматериалом детектора

Быстрые нейтроны взаимодействуют с материалом сцинтиллятора в реакциях упругого рассеяния на ядрах (в основном углерода и водорода). Нейтроны спектра деления или (α,n)-реакций вызывают сцинтилляции за счет реакций отдачи в основном на ядрах водорода (протонах). Это происходит вследствие того, что при упругом рассеянии на протоне нейтрон может передавать ему 100 % своей энергии, в то время как при упругом рассеянии на ядре 12С ему может быть передано не более 28 % энергии нейтрона. Кинетическая энергия протонов отдачи поглощается сцинтиллятором и в конечном итоге преобразуется в тепло и видимый свет. Свет может быть собран фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), оптиче- ски соединенным со сцинтиллятором, и преобразован в электронный импульс, амплитуда которого пропорциональна кинетической энерги и протона отдачи.

Хороший сцинтилляционный материал, используемый для регистрации нейтронов, имеет относительно высокую конверсионную эффективность (отношение энергии световой вспышки к энергии ядер отдачи), достаточную прозрач- ность для собственного излучения и спектр световой вспышки, соответствующий области чувствительности фотоумножителя. Многие выпускаемые промышленностью сцинтилляторы, такие как NE102 и NE213, вполне удовлетворяют этим критериям. В табл. 13.4 приведены характеристики пластмассовых и жидких сцинтилляторов, получивших широкое распространение. Максимум в спектре светового излучения соответствует длине волны ~400 нм. Для такого излучения толщина слоя светового поглощения в сцинтилляторе находится в диапазоне от 1 до 5 м. Поскольку свет может проходить в сцинтилляционных материалах значительные расстояния без существенного поглощения, применение органических сцинтилляторов с размерами порядка 1 м не является каким-либо и сключением.

Хотя механизм передачи кинетической энергии быстрых нейтронов протонам отдачи в органических сцинтилляторах аналогичен механизму ее передачи в пропорциональных счетчиках, наполненных водородом или метаном, сам процесс регистрации имеет ряд существенных отличий. Они в значительной степени обусловлены различием физических свойств органических сцинтилляторов и газов. Например, плотность газа в пропорциональных счетчиках на протонах отда- чи составляет порядка 10-3 ã/ñì3, в то время как плотность органических сцинтилляторов — около 1 г/см3. Это различие в плотности означает, что для заданной длины пробега в этих материалах вероятность взаимодействия как для нейтронов, так и для гамма-квантов будет значительно выше для сцинтилляторов, чем для пропорциональных счетчиков. На рис. 13.14 отображена зависимость вероятности взаимодействия, выраженной в виде линейного коэффициента ослабления, с материалом сцинтиллятора NE213 от энергии. Из рисунка видно, что вероятность взаимодействия нейтронов с энергией 1 МэВ с материалом жидкого