Ðèñ. 13.20. Отношение сигнала АЦП в задержанном временном селекторе к сигналу АЦП в мгновенном временном селекторе для NE213 [18]

Другой широко распространенный способ дискриминации по форме импульса заключается в интегрировании заряда, содержащегося в переднем фронте импульса, и сравнение его с зарядом, содержащимся в заднем фронте импульса. В одной из последних реализаций этого метода [19] импульс с анода ФЭУ расщепляется, после чего передний и задний фронты отдельно анализируются интегрирующим аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Отношение цифровых значений зарядов, соответствующих переднему и заднему фронтам, дает спектр дискриминации по форме импульса, подобный тому, который показан на рис. 13.20.

13.6ДРУГИЕ ТИПЫ ДЕТЕКТОРОВ НЕЙТРОНОВ

Âданном разделе рассматриваются некоторые нейтронные детекторы, которые не получили широкого применения в области анализа ядерных материалов. Принцип работы этих детекторов при регистрации нейтронов, как и других детекторов, описанных в данной главе, основан исключительно на реакциях отдачи или ядерных реакциях.

Для повышения эффективности регистрации нейтронов в некоторые сцинтилляторы добавляют материал, активно поглощающий нейтроны. При этом преследуется цель добиться более локализованной и эффективной регистрации нейтронов, чем это возможно при использовании газонаполненных счетчиков. В ка- честве таких добавок-”наполнителей” обычно используются гадолиний, 10B è 6Li. При захвате нейтронов образуются заряженные частицы и гамма-кванты, при взаимодействии которых с материалом сцинтиллятора возникает световое излу- чение. После взаимодействия с нейтроном процесс регистрации протекает так же, как при образовании светового излучения от гамма-квантов. Поскольку сцинтиллятор является и детектором гамма-квантов, его чувствительность к гамма-кван- там обычно очень высока. Однако существуют конструкции приборов, позволяющие добиться высокой эффективности регистрации нейтронов при низкой чувствительности к гамма-квантам.

Для регистрации тепловых нейтронов могут успешно использоваться стеклянные сцинтилляторы, наполненные литием, а также кристаллы ZnS(Ag), диспергированные в стеклянной среде, или силикатные стекла, активированные це-

рием. Тепловые нейтроны вступают в (n,α)-реакцию с ядром 6Li, и тяжелые аль- фа-частицы вызывают сцинтилляцию. Детекторы данного типа могут быть также в виде пластин толщиной около 1 мм. Эффективность регистрации тепловых нейтронов в гамма-полях может достигать 25 — 99 % при мощности дозы гамма-излу- чения порядка 1 Р/ч. Низкая чувствительность к гамма-излучению обусловлена высоким сечением захвата тепловых нейтронов, выделением в реакции значительной энергии (4,78 МэВ) и небольшой толщиной детектора [7].

При диспергировании кристаллов ZnS(Ag) в люцит (органическое стекло) возможна регистрация быстрых нейтронов. Механизм взаимодействия представляет собой упругое рассеяние нейтронов на ядрах водорода. Протон отдачи передает свою энергию материалу сцинтиллятора, в результате чего происходит возбуждение кристаллов ZnS(Ag). Кристаллы ZnS(Ag) малочувствительны к гам- ма-излучению, так как для возбуждения кристаллов сульфида цинка, излучающих свет, требуется относительно высокая энергия. Детекторы на основе кристаллов ZnS(Ag), диспергированных в оргстекло, называются детекторами Хорняка [20]; их эффективность невысока (порядка 1 %), поскольку плохое пропускание света материалом этих детекторов позволяет использовать лишь детекторы небольших размеров. Детекторы в виде тонких пластин использовались для измерения отходов в контейнерах на заводе в Рокки Флэтс [21]. Благодаря свойствам кристаллов ZnS(Ag) и незначительной толщине детектора, что ограничивает передачу энергии гамма-излучением, детекторы Хорняка могут работать в гам- ма-полях с мощностью дозы около 1 Р/ч.

Во многих нейтронных детекторах чувствительный к нейтронам материал и электроника представляют собой единый блок. Однако возможно применение другой детектирующей системы, которая более компактна и портативна, с использованием материалов, чувствительных только к нейтронам. Сначала такой материал помещается в заданное место измерений, затем он извлекается для измерения реального потока нейтронов по изменениям в изотопном составе или в структуре кристаллической решетки. В качестве примера можно привести термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) на основе кристаллов, которые при нагревании излучают свет, интенсивность которого пропорциональна поглощенной дозе. Термолюминесцентные дозиметры используются преимущественно для измерения дозы гамма-излучения, но существует такой распространенный кристалл, как LiF, чувствительность которого к нейтронам может быть повышена обогащением по 6Li [7].

Другим примером использования материалов, чувствительных к нейтронам, могут служить активируемые фольги, используемые для измерений излучений низкой интенсивности и задач ядерной безопастности. Например, медная фольга использовалась для мониторинга миграции плутония в почве вокруг хранилищ радиоактивных отходов [22]. Механизм регистрации основан на захвате нейтронов ядрами 63Cu с образованием 64Cu, который распадается в 64Ni + e+ c периодом 12,7 ч. Фольга достаточно долго облучается для равновесия накопления 64Cu и затем измеряется позитронная активность. Таким образом можно контролировать концентрацию плутония до 10 нКи/г почвы.