1.2. Детекторы нейтронов

1.2.1. Детектирование нейтронов

Детекторы нейтронов – это приборы для регистрации нейтронов. Чтобы частица была зарегистрирована, она должна взаимодействовать с материалом детектора. Взаимодействие с материалом детектора чаще всего сводится к процессу ионизации – отрыву электронов от некоторых атомов материала детектора – в результате чего они приобретают электрический заряд. Регистрируется либо непосредственно ионизация, либо cвязанные с ней явления – испускание света.

Проходя сквозь вещество, частица сталкивается с атомами этого вещества. Число столкновений зависит в основном от электрического заряда и скорости частицы. Масса частицы и природа самого вещества играют лишь второстепенную роль. При каждом столкновении существует некоторая вероятность того, что атом потеряет электрон и превратится в положительно заряженный ион. Поэтому частица, движущаяся в веществе, оставляет за собой след из электронов и положительных ионов. Этот процесс, называется ионизацией.

Как и все нейтральные частицы, нейтроны могут детектироваться только с помощью вторичных заряженных частиц, которые они производят, проходя через вещество, или в результате других вто-ричных процессов, производящих ионизирующую радиацию. Вторичные частицы должны возникать с энергиями, которые могут вызвать ионизацию, надежно детектируемую устройствами, чувст-вительными к эффектам ионизации. Вторичными заряженными частицами могут быть:

– протоны, возникающие в результате соударения с ядрами водорода;

– частицы могут возникать в результате ядерного распада, производимого нейтронами, подобно альфа-частицам из реакции

;

– при радиоактивном излучении ядер, которые становятся радиоактивными в результате захвата нейтрона.

Медленные нейтроны при соударении с ядром водорода не образуют протонов, способных вызвать регистрируемую ионизацию, а быстрые нейтроны часто не имеют достаточно высокого сечения захвата, чтобы навести измеряемую активность в ядрах мишени.

Применение основных принципов детектирования породило разнообразные устройства для регистрации нейтронов тепловых энергий:

– метод активации фольг;

– ионизационные камеры и счетчики;

– камеры деления.

Отдельный класс детекторов был разработан для детектирования нейтронов промежуточных и быстрых энергий.

Ионизационные камеры (ИК) и камеры деления имеют, как правило, достаточно большие размеры и высокую чувствительность к нейтронному излучению. Поэтому их размещают вне активной зоны и за пределами отражателя. Внутри активной зоны для измерения нейтронных полей применяют активационные детекторы (при измерениях на небольших уровнях мощности во время физического пуска) и датчики прямой зарядки (ДПЗ), которые имеют малые размеры и чувствительность, позволяющую измерять нейтронные поля при работе реактора на номинальном уровне мощности.

Для относительных (без привязки к мощности реактора) измерений распределения плотности потока тепловых нейтронов иногда используется медная проволока (например, в реакторе ВК-50 при работе на уровнях мощности до 200 МВт). Если ее «быстро» ввести в измерительные каналы, расположенные по высоте активной зоны, облучить в течение заданного времени (10–30 мин) и быстро извлечь из реактора, то после определенной выдержки (сутки) ее можно разрезать, измерить активность полученных кусочков и получить форму распределения плотности потока тепловых нейтронов. Вместо разрезания проволоку можно пропустить через коллиматор с ИК и получить очень подробное распределение данной функции.