Метод ядер отдачи

Образование протона отдачи с любой энергией от 0 до Еn равновероятно.

равновероятны любые значения En от 0 до En

Если мы хотим регистрировать нейтроны c E > E0 (……).

нейтронов методом протонов отдачи.

Зависимость эффективности детектора от порога при определённой энергии нейтрона

Все вышеприведённые формулы справедливы для приборов с тонким слоем водородсодержащего вещества. Тонкий – значит << пробега протонов в веществе. Если преобразователь – толстая пластина, > пробега p в веществе + ещё энергия протона может стать меньше E0 пока он выходит из пластины, то ε определяется:

- вероятностью выхода протона

- вероятностью того, что его энергия будет > E₀

Из слоя dx на глубине x будут выходить протоны с углом протонов с энергией E = Encos2α, где En – максимальная энергия протонов отдачи

R_p ~ – приближённое соотношение

R = R_max cos³ α, R_max – пробег нейтронов с En (максимально возможная энергия).

выходящие их глубины x протоны.

Мы знаем, что для протонов отдачи есть соотношение

Тогда вероятность того, что протон пройдёт слой x:

Эффективность регистрации нейтронов, провзаимодействовавших в dx

Интегрируя от нулевой глубины до максимальной R_max

Из слоя толщиной Rmax выходит только 1/3 ядер отдачи

2. Ядерные реакции с образованием лёгких заряженных частиц.

Используют реакции на ядрах

Реакции на

Вторая реакция более вероятна (95%)

Сечение реакции B(n,α)Li меняется по закону . Данная реакция наиболее эффективна для регистрации медленных нейтронов.

Если необходимо регистрировать быстрые нейтроны, детектор экранируется от медленных нейтронов .

В случае ИК: объём детектора заполняют BF₃, либо накрывают электроды слоем борсодержащего вещества (обычно карбид бора, B₄С).

НО: Если расщепление происходит в газе, то полное число пар ионов определяется обеими частицами () => больше сигнал на выходе.

В случае B₄С в образовании ионов участвует только одна частица, другая обязательно уйдёт в стенку → низкая эффективность.

Определим эффективность регистрации нейтронов:

Газ, если не учитывать ослабление пучка нейтронов внутри детектора, то ε = nσ l, где n – число атомов бора, σ – сечение реакции, l – рабочий размер счётчика.

Эффективное сечение реакции

Если Е_n = 0,037 эВ (– средняя тепловая энергия при комнатной температуре), то σ = 600 бн.

Тогда при атмосферном давлении ε = 1,82∙10^-2∙ l

Пусть l = 10 см, ε = 18,2%. Нужно учесть ослабление пучка нейтронов в веществе. Пусть на детектор попало N₀ нейтронов.

Число взаимодействий в dx: , где – закон ослабления. Тогда:

В первом приближении эффективность . То есть ε будет больше для медленных нейтронов и будет снижаться как или , сечение при E_n = 1 эВ.

При E_n = 1 эВ, ε = 4% - это для обычных камер.

Для пропорциональных счётчиков ещё меньше, так как давление BF₄ ниже атмосферного, а размеры чаще всего 3 – 5 см.

Как повысить эффективность: бор обогащают активным изотопом B¹⁰ (в природе B = B¹⁰(18,2%) + B¹¹(81,8%))

В частности, если посчитать σ на одно ядро B¹⁰, то: (примерно в 5,5 раз больше, чем 114)

Эффективность камеры с твёрдым слоем, большим пробега ядер в веществе.

Определим, какая доля частиц, образованных в реакции, выходит из пластины и попадает в детектор:

телесный угол конуса Тогда доля частиц, летящих в телесный угол =

Если не учитывать ослабление пучка нейтронов

Нужно учесть, что в реакции образуется 2 заряженных частицы с разными пробегами:

R_He + R_Li = 1,8 мг/см² при н.у. или 1,25 см воздуха.

М – масса на 1 атом бора

Как правило, электроды газовых камер покрывают слоем B₄C, что повышает ε.

Зависимость эффективности регистрации от энергии нейтронов.

С ростом E_n, ε уменьшается. Для нейтронов высоких энергий можно не учитывать ослабление пучка нейтронов в детекторе.

Но чтобы использовать борсодержащие счётчики для регистрации быстрых нейтронов, их окружают слоем парафина (замедлителя). От медленных нейтронов, образующихся вне парафина, счётчик защищают слоем Cd или B, которым окружают парафин.

Для регистрации нейтронов используют так же сцинтилляционные детекторы, содержащие бор. Рабочее вещество (светосостав ZnS(Ag) + B₂O₃, обогащённый B¹⁰) – порошок, насыпан и запрессован.

α образуется на B₂O₃ и светится на крупинках ZnS(Ag) – 4-6 зёрен α проходит.

Регистрация нейтронов с использованием реакций на

Сечение реакции , но в 10 раз меньше, чем реакции на B.

Газовых детекторов на основе Li нет. Покрывают слоем Li электроды газовых камер. Аналогичен счётчику на B, но ε таких камер в 2 раза меньше. Так же существуют сцинтилляционные детекторы на LiI(Eu): это кристалл диаметром 2030 мм и высотой от 2 до 30 мм. Можно получить высокую эффективность регистрации за счёт того, что используется толстый слой вещества.

Регистрация нейтронов на основе реакции на

Гелием заполняют газовые счётчики. σ_{тепловые нейтроны} = 5000 бн => высокая эффективность регистрации. Здесь так же выполняется соотношение