Detektory a spektrometry neutronů 1) Komplikované reakce → silná závislost účinnosti na energii 2) Malá účinnost → nutnost velkých objemů 3) Ztrácí jen.

Prezentace na téma: "Detektory a spektrometry neutronů 1) Komplikované reakce → silná závislost účinnosti na energii 2) Malá účinnost → nutnost velkých objemů 3) Ztrácí jen."— Transkript prezentace:

1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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 0,02 1.5 0.15

9 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