Detektory a spektrometry neutronů 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 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: Medipix-2 Bonnerovy koule v NPL (Anglie Využití neutronografie

Detektory složené: 1) Konvertor – vznik nabitých částic 2) Detektor nabitých částic Využívané reakce: neutron + jádro → odražené jádro proton deuteron triton alfa částice štěpné produkty Velmi silná závislost účinného průřezu na energii 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) Komplikované struktury konvertoru a detektoru UTEF ČVUT

Detektory pomalých neutronů 1) Detektory na základě reakcí s bórem: Vysoké obohacení o izotop 10 B BF 3 souží jako neutronový konvertor i jako plynná náplň proporciálního čitače A) BF 3 proporciální komora B) Bor na stěnách a alternativní plynová náplň C) Scintilátory s obsahem bóru Nízká efektivita na záření gama 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 Využití možnosti rozlišení neutronů a fotonů pomocí tvaru pulsu 2) Detektory založené na reakcích 6 Li 3) Detektory založené na reakcích 3 He – proporciální čítače – konvertor zároveň náplň 4) Detektory založené na štěpení

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

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

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

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

TOF spektrometry Nejpřesnější určování energie neutronů Odezva detektoru BaF 2 na relativistické neutrony Závislost účinnosti BaF 2 na energii neutronu pro různé prahy TOF spektrum neutronů ze srážky Bi + Pb (E = 1 GeV/A) Použití anorganických scintilátorů při detekci relativistických neutronů: srovnání elmg a hadronové spršky Problém interakčního místa a tloušťky detektoru d = 4,3 m Δd = 0,25 m, Δt = 350 ps  E[GeV] ΔE/E 0,1 0,

Aktivační detektory neutronů Sendviče fólií z různých materiálů (většinou monoizotopických) Využití různých prahových reakcí → určení spektra neutronů Indukované štěpení & emulze 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 kombinace 235 U, 238 U, 208 Pb Počítání počtu ionizačních stop štěpných fragmentů