Новый позиционно-чувствительный газовый детектор тепловых и холодных нейтронов разработали специалисты Лаборатории нейтронной физики (ЛНФ) им. И. М. Франка Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), 17 июля сообщает пресс-служба института.

Разработчики заверяют, что характеристики созданного в ОИЯИ детектора превосходят аналогичные характеристики детекторов, используемых в научных центрах Европы.

Специалисты ЛНФ усовершенствовали конструкцию высокоскоростной узкозазорной газовой ионизационной камеры, которая была разработана еще в 1998 году в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ.

Ученые использовали в качестве катода алюминиевую фольгу, растянутую в плоскость и покрытую конвертером нейтронов из карбида бора. Детектор Multi-foil, как его назвали разработчики, создавался для установок, использующих метод рассеяния нейтронов при исследовании структуры конденсированного состояния вещества.

Патент на изобретение детектора тепловых и холодных нейтронов № 2797497 был получен ОИЯИ 6 июня 2023 года.

Разработанный в ОИЯИ детектор развивает концепцию европейского детектора Multi-Blade, построенного на принципе наклонной геометрии — когда поверхность конвертерного слоя сориентирована под малым углом к пучку нейтронов. Такая конструкция повышает эффективность регистрации нейтронов.

В Multi-foil конвертер из карбида бора может быть нанесен как на алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм, так и на полимерную пленку из радиационно-стойкого материала толщиной 20 микрон. Меньшая, чем у детектора Multi-Blade, толщина подложек дает новому детектору значительное преимущество.

Представитель команды изобретателей, ведущий инженер научно-экспериментального отдела комплекса спектрометров ИБР-2 ЛНФ ОИЯИ Александр Колесников рассказал об устройстве детектора:

«Алюминиевая фольга или полимерная пленка в качестве подложки, представляющая собой катод, крепится с двух противоположных сторон к держателям и натягивается в плоскость. Между двумя подложками располагаются анодные проволочки, образующие в натянутом состоянии анодную плоскость. Ширину камеры и расстояние анодом и катодом задают дистанционные вставки, размещенные между анодными держателями и держателями подложек. Клиновидные вставки задают угол α падения нейтронов на поверхность конвертера от 1 до 5 градусов».

Ученый отметил, что анодные держатели, держатели подложек, дистанционные и клиновидные вставки прижимаются друг к другу крепежными элементами, которые позволяют регулировать натяжения подложек и анодных проволочек.

Выбранное разработчиками техническое решение значительно повышает эффективность регистрации нейтронов, так как уменьшает угол падения нейтронов.

«В конструкциях наших западных партнеров угол меньше 5 градусов сделать практически нельзя из-за применения свободно лежащей сравнительно толстой подложки, обеспечение высокой плоскостности которой на большой площади невозможно. Тогда как применение учеными натянутой в плоскость фольги или пленки этот угол может быть 2 градуса и даже меньше, что повышает, согласно расчетам, эффективность регистрации тепловых нейтронов с длиной волны 1,8 ангстрема до 67 процентов», — указал Александр Колесников.

Высокой загрузочной способности и высокого пространственного и временного разрешения разработчикам удалось добиться с помощью использованных в конструкции Multi-foil узкозазорных камер, работу которых хорошо изучили в ЛЯП ОИЯИ.

Для разработки и изготовления детекторов тепловых нейтронов на основе конвертера из карбида бора в ЛНФ в настоящее время идет последний этап создания опытно-экспериментального участка (ОЭУ).

Патент, полученный ОИЯИ, стал началом разработки новых детекторов нейтронов передового мирового уровня. Участок будет сдан в эксплуатацию в конце текущего года и позволит оснащать современными детекторами установки нейтронного рассеяния реактора ИБР-2, а также других исследовательских центров мира.