Более экономически выгодный сцинтилляционный детектор для регистрации нейтронного и гамма-излучения базовой установки Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне «Источник резонансных нейтронов» (ИРЕН) разработали ученые института в сотрудничестве с коллегами из Азербайджана и Казахстана, 16 августа сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Минобрнауки.

Устройство, созданное на основе микропиксельного лавинного фотодиода (MAPD) и пластикового сцинтиллятора, предназначено для замены прежней дорогостоящей технологии контроля работы ИРЕН, используемой ранее для изменения интенсивности образующихся в установке нейтронов и гамма-квантов в мишенном зале.

Ведущий автор исследования, инженер Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ Сабухи Нуруев пояснил принцип работы созданного детектора:

«После взаимодействия со сцинтиллятором нейтроны и гамма-кванты создают внутри него фотоны, которые регистрируются с помощью микропиксельного лавинного фотодиода. Структура фотодиода MAPD-3NM была разработана в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ, а производство осуществлялось за рубежом, потому что в России пока есть не все условия для создания подобных технологий».

Он уточнил, что усилитель и DC-DC конвертер (преобразователь постоянного тока) для детектора разработали специалисты Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ. На детектор подается напряжение 6 В, а преобразователь конвертирует его в 75 В, которые необходимы для работы микропиксельного лавинного фотодиода. При этом конвертер обеспечивает выходное напряжение в пределах от 20 до 130 В.

Компактный сцинтиллятор имеет габаритные размеры 3,7×3,7×30 мм³ (легко умещается на ладони), которые были выбраны с учетом чувствительной области фотодиода. Принцип работы устройства не позволяет отдельно оценивать сигналы от нейтронов и гамма-квантов, а показывает суммарную интенсивность излучения.

При испытаниях детектор продемонстрировал способность улавливать два вида нейтронов: промежуточные и быстрые (из них быстрые нейтроны имеют бóльшую кинетическую энергию). Используя Цезий-137 (Cs-137) как точечный источник гамма-излучения, исследователи установили минимальную энергию частиц, которую смог зарегистрировать детектор, она составила 200 кэВ.

Также была определена максимальная скорость счета устройства, равная наибольшему количеству частиц (нейтронов и гамма-квантов), которое оно может зарегистрировать за секунду. Аналоговый выходной сигнал прибора показал максимальную скорость счета порядка 2⋅10³ отсчетов в секунду при частоте ускорителя 50 Гц. Детектор отследил линейное изменение интенсивности нейтронного и гамма-излучения в мишенном зале при изменении частоты ускорителя.

Нуруев рассказал, что аналоговый выходной сигнал детектора далее преобразовывался в сигнал TTL, что необходимо для качественной передачи информации от детектора, находящегося в мишенном зале, к пульту управления, так как аналоговый сигнал, пройдя большое расстояние, ослабеет и его будет невозможно обработать.

Сама установка ИРЕН используется при решении многих задач, в их числе изучение электромагнитной структуры нейтрона, получение ядерных данных для астрофизики и другие исследования. Для наблюдения за ее работой ранее использовалась более дорогостоящая технология.

«Ранее мы использовали для оценки состояния ИРЕН гелиевый детектор. Эта технология достаточно дорого стоит из-за высокой стоимости гелия. Поэтому мы разработали на замену этому подходу более экономически выгодную, доступную и современную систему, — поделился Сабухи Нуруев. — Созданный нами детектор компактнее, его рабочее напряжение ниже, чем у других фотоумножителей, кроме того, это устройство более устойчиво к радиации и нечувствительно к воздействию магнитного поля. Поэтому использовать подобные детекторы более удобно».

Ученый считает, что новый детектор сможет применяться и на других установках. Но технологию еще нужно довести до совершенства.

«В целом с помощью нового детектора можно наблюдать любые системы, где есть необходимость контролировать интенсивность нейтронного и гамма-излучения. Однако наша технология совершенно новая, поэтому, чтобы применять ее в других областях, требуются дополнительные исследования, калибровка детектора и последующая оценка стабильности его работы. Мы занимаемся этим в настоящее время», — сообщил Нуруев.

Результаты исследования нового прибора и задействованные в нем технологии были представили в статье, опубликованной коллективом исследователей в журнале Nuclear Engineering and Technology.