Detektory a spektrometry neutronů

1. Medipix-2 Detektory a spektrometry neutronů 1) Úvod a základní principy 2) Detektory pomalých neutronů (tepelných, epitermálních, rezonančních) 3) Detektory rychlých neutronů 4) Detektory relativistických a ultrarelativistických neutronů Detekce neutronů – pomocí jaderných reakcí kde se energie předává nabitým částicím nebo takové částice vznikají Následek: 1) Komplikované reakce → silná závislost účinnosti na energii 2) Malá účinnost → nutnost velkých objemů 3) Ztrácí jen část energie → komplikované určování energie → časté využití TOF Využití neutronografie Bonnerovy koule v NPL (Anglie

2. Využívané reakce: neutron + jádro → odražené jádro proton deuteron triton alfa částice štěpné produkty Velmi silná závislost účinného průřezu na energii Detektory složené: 1) Konvertor – vznik nabitých částic 2) Detektor nabitých částic Komplikované struktury konvertoru a detektoru UTEF ČVUT Požadavky na materiál konvertoru a detektoru: 1) Velký účinný průřez využívané reakce 2) Vysoká uvolněná energie (pro detekci nízkoenergetických neutronů) nebo vysoká konverze kinetické energie 3) Možnost rozlišení fotonů a neutronů 4) Co nejnižší cena na produkci materiálu A) Neutronové čítače – proporcionální čítač, konvertor přímo pracovní plyn nebo příměs, případně obsažen ve stěnách B) Scintilátory – organické (odražené protony a uhlík), dopované konvertorem kapalné (NE213) nebo plastikové (NE102A)

3. Detektory pomalých neutronů Výběr materiálu s velkým účinným průřezem pro tepelné rezonanční neutrony Důležitá nízká efektivita na záření gama Exoergické reakce → energie uvolněná v detektoru je dána energií reakce Energie určena například z doby letu 1) Detektory na základě reakcí s bórem: A) BF3 proporciální komora BF3 souží jako neutronový konvertor i jako plynná náplň proporciálního čitače Vysoké obohacení o izotop 10B Nízká efektivita na záření gama B) Bor na stěnách a alternativní plynová náplň C) Scintilátory s obsahem bóru Využití možnosti rozlišení neutronů a fotonů pomocí tvaru pulsu 2) Detektory založené na reakcích 6Li 3) Detektory založené na reakcích 3He – proporciální čítače – konvertor zároveň náplň 4) Detektory založené na štěpení

4. Krystalové difrakční spektrometry a interferometry 1) Určení energie neutronů 2) Určení struktury krystalů Využití difrakce: Využití ohybu krystalu pro změnu měřené energie Monochromátory využívající odrazu neutronový difraktometr ÚJF AVČR Mechanické monochromátory rotující absorpční disky – vhodně uspořádané otvory velmi přesné měření energie nízkoenergetických neutronů

5. Detektory rychlých neutronů Využití moderace na pomalé neutrony Plastické a kapalné scintilátory – zároveň detekce i moderace Bonnerovy koule: organický moderátor okolo neutronového detektoru tepelných neutronů Spektrometrie: Bonnerovy koule v NPL (Anglie) jejich využití ve spektrometrii různý průměr – moderace neutronů s různou maximální energií rekonstrukce spektra z naměřených četností z různě velikých koulí Simulace odezvy pomocí Monte Carlo programů Výhody: jednoduchost, široký energetický rozsah Nevýhody: Velmi malé energetické rozlišení

6. Detektory a spektrometry založené na pružném rozptylu neutronů Scintilační (např. NE213): Odezva L: odtud dostaneme: Energie vyjádřena z odezvy: Je-li: potom: (pro rozptyl neutronů s E < 10 MeV) na protonech Další faktory: 1) vliv okraje 2) mnohonásobný rozptyl 3) rozptyl na uhlíku 4) rozlišení detektoru 5) konkurenční reakce při větších En Rozdělení odezvy v detektoru Závislost odezvy na energii Závislost změny odezvy s energií na energii Energetické rozdělení odražených jader (protonů)

7. ψ terč s velkým obsahem vodíku detektor protonů Neutronový spektrometr založený na odražených protonech 1) Detekce a určení energie Ep odražených protonu. 2) využití znalosti úhlu odrazu ψ Široká škála využívaných detektorů • Vhodná velikost terče • Přesnost určení úhlu Problémy:

8. TOF spektrometry Nejpřesnější určování energie neutronů Problém interakčního místa a tloušťky detektoru E[GeV]ΔE/E 0,1 0,02 1.5 0.15 TOF spektrum neutronů ze srážky Bi + Pb (E = 1 GeV/A) d = 4,3 m Δd = 0,25 m, Δt = 350 ps  Použití anorganických scintilátorů při detekci relativistických neutronů: Odezva detektoru BaF2 na relativistické neutrony Závislost účinnosti BaF2 na energii neutronu pro různé prahy srovnání elmg a hadronové spršky

9. Aktivační detektory neutronů Sendviče fólií z různých materiálů (většinou monoizotopických) Využití různých prahových reakcí → určení spektra neutronů Měření rezonančních neutronů pro různé (n,γ) reakce (pozor na vliv pohlcení neutronů ve folii) Problém s rekonstrukcí spektra → možnost přímo srovnávat počty aktivovaných jader Výhody: jednoduchost, malý detektor lze vložit všude Nevýhody: složitější interpretace Indukované štěpení & emulze kombinace 235U, 238U, 208Pb Počítání počtu ionizačních stop štěpných fragmentů