CC BY
34
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1965
Том 139
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ
Г. Ш. ПЕКАРСКИЙ
(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института электронной
интроскопии)
Большая проникающая способность быстрых нейтронов позволяет использовать их для дефектоскопии в тех случаях, когда у-дефектоско-пия практически невозможна (исследование больших толщин тяжелых металлов). Однако для практического внедрения нейтронной дефектоскопии в настоящее время еще нет достаточного количества экспериментальных данных по прохождению нейтронного потока через материалы, снятые в условиях барьерной геометрии. Это, в свою очередь, объясняется рядом технических трудностей, связанных с подобными измерения ми: значительный уфон, как сопровождающий нейтронный источник, так и возникающий при прохождении быстрых нейтронов через вещество; низкая эффективность спектрометров к быстрым нейтронам: сложность расшифровки аппаратурных спектров и др.
Для накопления экспериментальных данных по спектральному и угловому распределению быстрых нейтронов за различными толщина ми материалов в условиях барьерной геометрии нами был создан и настроен сцинтилляционный спектрометр быстрых нейтронов, способный работать в значительных полях у-излучения.
В качестве сцинтилляционного датчика используется твердый органический сцинтиллятор — стильбен, обеспечивающий, с одной стороны, достаточно высокую эффективность регистрации быстрых нейтронов и, с другой стороны, позволяющий сравнительно простую обработку аппаратурных спектров.
Выбор схемы однокристального спектрометра объясняется тем, что с его помощью возможно наиболее просто смоделировать процесс дефектоскопии материалов.
В основу дискриминации ^-излучения положен тот факт, что в некоторых органических кристаллах (в частности, в стильбене) форма импульса зависит от типа возбуждающей частицы [1]. В качестве разделительной схемы использована схема амплитудно-временной дискриминации, предложенная в работе [2]. Несмотря на некоторую сложность, эта схема обладает тем преимуществом, что осуществление двойной — амплитудной и временной — дискриминации позволяет значительно снизить эффективность регистрации у-излучения в сравнении со схемами, использующими лишь амплитудную дискриминацию [3, 4, 51.
5. Заказ 3076.
65
Полная блок-схема спектрометра представлена на рис. 1. Работа спектрометра происходит следующим образом. Импульсы от нейтронов и у-квантов снимаются с анода и последнего динода ФЭУ-33, работающего в режиме насыщения на последних дино-дах, и подаются на схему сложения ССЛ . Параметры ССЛ подобра-
кп ВТ СС
1ГИ-1
Рис. 1. Блок-схема спектрометра.
ны так, что импульсы сложения от нейтронов имеют положительную полярность, а от у-квантов ~ отрицательную (с небольшим положительным выбросом).
Амплитудная дискриминация осуществляется с помощью высокочувствительного триггера ВТ с низким порогом. Импульс с ВТ после обострителя поступает на схему совпадений СС.
Временная дискриминация основана на том, что положительные выбросы от укваитов задержаны относительно нулевого момента времени на 12—15 мксек, а длительность импульсов от нейтронов не превышает 4 мксек. Нулевой момент времени при этом задается положительным фронтом импульсов (как от нейтронов, так и от уквантов), снимаемых с предпоследнего динода и поступающих на высокочувствительный триггер ВТ. Затем этот импульс поступает на схему формирования СФ и подается на схему совпадений с длительностью 5 мксек.
Таким образом, на СС импульсы канала амплитудной дискриминации и импульсы временной дискриминации от нейтронов перекрываются во времени, в то время как импульсы от жестких у-квантов, проскочивших амплитудную дискриминацию, не перекрываются.
Чтобы при попадании еще одного у-кванта за время 12—15 мксек на выходе СС не появился импульс наложения, мертвое время СФ выбрано 20 мксек.
С помощью МГИ-1 импульс совпадения формируется и подается на управляющий вход стоканального анализатора АИ-100. Для получения линейного сигнала используется 7-й динод фотоумножителя. С помощью линейного усилителя ЛУ эти импульсы усиливаются, задерживаются с помощью линии задержки ЛЗ до совпадения во времени с управляющим сигналом и подаются на линейный вход анализатора.
При настройке спектрометра на оптимальный режим исследовалось влияние на эффективность регистрации, уровень дискриминации у-излу-чения, разрешение спектрометра таких факторов, как общее напряжение питания фотоумножителя, распределение потенциалов на динодах умножителя, параметры схемы сложения, порог дискриминации в амплитудном и временном каналах и др.
Настройка спектрометра проводилась с помощью - частиц Ри2;!* (Е* - 5,3 Мэв) и у - излучения Со60 (Ет - 1,17 и 1,33 Мэв) и Се137 (Ет = -=0,661 Мэв). На рис. 2 представлены результаты настройки, причем кривая 1 соответствует работе без дискриминации у - излучения, а кривая 2 — работе с дискриминацией (спектры нормированы ко времени набора информации).
На рис. 3 представлено определение спектрометрического порога (480 кэв) и порога дискриминации (110 кэв), причем градуировка спектрометра проводилась с помощью монохроматического 7-излуче-ния ¿п65 и Сэ137 и известной зависимости между световыходом и энергией при возбуждении кристалла протонами и электронами [6].
/500
1000
500
10 20 30 ¿0 50 60 70
90 (00
\ * 1 t
Оо г § ■ . 1 10© NT
* \ Л 1 / i 1 1 t U— 1- 4-
Рис. 2. Спектры 7 -излучения Со60 и Cs137 и а-частиц Ри238. Пояснение в тексте.
Рис. 3. Определение спектрометрического порога и порога дискриминации
1500
Экспериментальное определение показало, что с кристаллом стильбена 30X20 мм эффективность спектрометра к нейтронам Ро— — Be источника составляет 5,6%, в то время как эффективность регистрации ^-излучения Со60 составляет 6*10~4%.
Максимальная загрузка спектрометра определяется мертвым временем АИ-100 и составляет 3—5 кгц, в то время как допустимая скорость счета разделительного устройства составляет 30 кгц.
В заключение для исследования возможности применения нейтронов для определения дефектности древесины были сняты спектры нейтронов Ро—Be источника за слоями древесины различной толщины.
На рис. 4 представлены приборные спектры, кривая 1— спектр нейтронов самого Ро—Be источника, а кривая 2—после прохождения слоя древесины толщиной 15 см (время набора информации одинаково).
ЛИТЕРАТУРА
1. F. Brooks. Nucl. Jnstrum. 4, № 3, 151, 1959.
2. Г. Г. Дорошенко, И. В. Филюшкин, В. А. Ф е д о р о в. Вопросы дозиметрии и защиты от излучений, вып. II, стр. 179, МИФИ, 1963.
3. R. Owen. Nucleonics. 17, № 9, 92, 1959.
4. В. Г. Бровченко, Г. В. Горлов. ПТЭ, № 4, 49, 1961.
5. В. И. Стриж а к, Г. А. П р о к о п е ц. Известия вузов, серия физическая, № 1, 131, 1963.
6. J. В. В irks. Proc. Phys. Soc. А, 164, 10, 1951.
SO 40 50 60 70 ВО 90 Ю0 каналы
Рис.
Приборные спектры нейтронов Р()—Ве источника.
Кривая 1 — без поглотителя, кривая 2 — за слоем древесины 15 см.
