Гамма-нейтронный детектор для проекта

УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
К.Ф. ВЛАСИК, А.М. ГАЛЬПЕР, В.М. ГРАЧЕВ, В.В. ДМИТРЕНКО,
А.Г. ДУХВАЛОВ, С.Е. УЛИН, З.М. УТЕШЕВ, И.В. ЧЕРНЫШЕВА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ГАММА-НЕЙТРОННЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ПРОЕКТА
«ИНТЕРГЕЛИОЗОНД»
Работа посвящена разработке гамма – нейтронного спектрометра на основе цилиндрической ионизационной камеры с экранирующей сеткой, наполненной сжатым ксеноном, предназначенного для установки на межпланетную станцию «Интергелиозонд». Приведены спектры от гамма – нейтронного спектрометра при
облучении его различными гамма – источниками и Pu – Be источником нейтронов.
Также показаны оценки величины оптимальной концентрации гелия в ксеноне,
эффективности регистрации нейтронов ксеноновым гамма – детектором, долговечности детектора и т.д.
В Радиационной лаборатории Института Космофизики МИФИ был
разработан гамма – спектрометр на основе цилиндрической ионизационной камеры, наполненной сжатым ксеноном. Данный прибор обладает
хорошим энергетическим разрешением и эффективностью регистрации
гамма – квантов 1. Также гамма – спектрометр обладает высокой радиационной и температурной стойкостью 2.
Предварительные оценки показали, что гамма – спектрометром на сжатом ксеноне можно регистрировать и нейтроны. Такой универсальный
детектор представляет большой интерес для использования его на космических объектах, где вес аппаратуры играет существенную роль. В данной
работе исследовались две возможности регистрации нейтронов таким детектором:
1. Оценка возможности регистрации нейтронов гамма-спектрометром,
наполненным ксеноном без его дополнительной доработки.
2. Подбор специальной добавки в рабочее вещество ксенонового гамма-детектора, позволяющей добиться его высокой чувствительности к
нейтронам.
Для проверки пункта 1 проводились измерения с использованием детектора, наполненного до плотности Хе=0,4 г/см3. Его чувствительный
объем равен 200 см3, давление ксенона при комнатной температуре –
50 атм 3.
В качестве источника нейтронов использовался Pu – Be источник
нейтронов, активность которого составляла A=4,6×106 н/с.
825-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
ISBN
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
Спектр, полученный в результате облучения ксенонового гамма –
детектора нейтронами от Pu – Be источника, содержит ряд гамма – линий,
среди которых линия с энергией 668 кэВ представляет наибольший интерес, так как она появляется в результате реакции: 131 Xe  n132Xe   . Таким образом, присутствие этой гамма – линии в исследуемом спектре является подтверждением наличия нейтронов в регистрируемом излучении.
Более того, появляется возможность определить интенсивность этого излучения. Сечение данной реакции при тепловых энергиях нейтронов составляет  = 1 барн.
Существенно увеличить чувствительность ксенонового детектора к
нейтронам можно путем добавки в его рабочее вещество примеси, способной взаимодействовать с тепловыми нейтронами. Наиболее эффективной
добавкой является 3Не. Взаимодействие нейтронов с 3Не происходит по
реакции 23 He  01 n13 H  11 p . Образовавшиеся тритон и протон делят между
собой энергию в 765 кэВ. При полном поглощении этой энергии в детекторе эта линия будет являться свидетельством регистрации нейтронов детектором. Сечение захвата тепловых нейтронов ядрами гелия - 3 равно
=5327 барн.
В результате проведенных оценок было показано, что при добавке к
ксенону (1015)% 3Не эффективность регистрации тепловых нейтронов
будет составлять 60%. Оценена эффективность регистрации нейтронов от
их энергии для диапазона Хе=(0,20,5)г/см3 и концентрации гелия в диапазоне (1016)%.
Проведенные исследования показали, что ксеноновый гамма –
детектор может быть использован также и для регистрации нейтронов.
Это позволит создать на его основе детектор, перспективный для работы в
космических условиях и в первую очередь, на межпланетных станциях, в
частности, на станции «Интергелиозонд».
1.
2.
3.
Список литературы
Власик К.Ф., Грачев В.М., Дмитренко В.В., Улин С.Е., Утешев З.М. Гамма-спектрометры
на сжатом ксеноне // Приборы и техника эксперимента, № 5, с. 114-122, 1999 г.
Власик К.Ф., Грачев В.М., Дмитренко В.В., Улин С.Е., Утешев З.М., Юркин Ю.Т. // Влияние потоков протонов и нейтронов на спектрометрические характеристики гаммаспектрометра на сжатом ксеноне. Приборы и техника эксперимента, № 3, с. 19-24, 1998г.
Vlasik K.F.,
Chernysheva I.V.,
Dmitrenko V.V.,
Dukhvalov A.G.,
Grachev V.M.,
Kondakova O.N., Krivova K.V., Muravyev S.S., Ulin S.E., Uteshev Z.M. // Present status of
cylindrical high pressure xenon gamma-ray spectrometers. Научная сессия МИФИ-2003,
Сборник научных трудов. Москва, т. 7, с. 220-221, 2003 г.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
83