Ученые Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка ОИЯИ разработали новый позиционно-чувствительный газовый детектор тепловых и холодных нейтронов. По словам разработчиков, детектор превосходит по своим характеристикам аналогичный детектор, используемый в научных центрах Европы.
Ученые усовершенствовали конструкцию высокоскоростной узкозазорной газовой ионизационной камеры, разработанной в 1998 году в Лаборатории ядерных проблем, за счет применения в качестве катода натянутой в плоскость алюминиевой фольги, покрытой конвертером нейтронов из карбида бора. Этот детектор предназначен для использования на различных установках, использующих метод рассеяния нейтронов для исследования структуры конденсированного состояния вещества. Патент на изобретение детектора тепловых и холодных нейтронов № 2797497 получен ОИЯИ 6 июня 2023 года.
Разработанный в ОИЯИ детектор Multi-foil, как его назвали сами разработчики, по своей сути является развитием европейского детектора Multi-Blade, который построен на принципе наклонной геометрии, то есть ориентации поверхности конвертерного слоя под малым углом к пучку нейтронов, что повышает эффективность их регистрации. При изготовлении детектора Multi-foil конвертер из карбида бора может наноситься не только на алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм, но и на полимерную пленку из радиационно-стойкого материала толщиной 20 микрон. Гораздо меньшая, чем пластины детектора Multi-Blade, толщина подложек обеспечивает новому детектору значительное преимущество.
Об устройстве детектора рассказывает один из изобретателей, ведущий инженер научно-экспериментального отдела комплекса спектрометров ИБР-2 ЛНФ ОИЯИ Александр Колесников:
«Алюминиевая фольга или полимерная пленка в качестве подложки, представляющая собой катод, крепится с двух противоположных сторон к держателям и натягивается в плоскость. Между двумя подложками располагаются анодные проволочки, образующие в натянутом состоянии анодную плоскость. Ширину камеры и расстояние анодом и катодом задают дистанционные вставки, размещенные между анодными держателями и держателями подложек. Клиновидные вставки задают угол α падения нейтронов на поверхность конвертера от 1 до 5 градусов. Анодные держатели, держатели подложек, дистанционные и клиновидные вставки прижимаются друг к другу крепежными элементами, которые выполнены с возможностью регулирования натяжения подложек и анодных проволочек».
Такое техническое решение, по словам разработчиков, существенно повышает эффективность регистрации нейтронов за счет возможности уменьшения угла падения нейтронов.
«В конструкциях наших западных партнеров угол меньше 5 градусов сделать практически нельзя из-за применения свободно лежащей сравнительно толстой подложки, обеспечение высокой плоскостности которой на большой площади невозможно. В нашем случае применения натянутой в плоскость фольги или пленки этот угол может быть 2 градуса и даже меньше, что повышает, согласно расчетам, эффективность регистрации тепловых нейтронов с длиной волны 1,8 ангстрем до 67 процентов», – отметил Александр Колесников.
Применение в конструкции Multi-foil детектора хорошо изученных в ЛЯП ОИЯИ узкозазорных камер обеспечит высокую загрузочную способность, высокое пространственное и временное разрешение.
В настоящее время в ЛНФ завершаются работы по созданию опытно-экспериментального участка (ОЭУ) по разработке и изготовлению детекторов тепловых нейтронов на основе конвертера из карбида бора. Полученный патент задает начало разработкам новых детекторов нейтронов передового мирового уровня. В ОЭУ ЛНФ ОИЯИ будут изготавливаться современные позиционно-чувствительные детекторы, а также детекторы других типов: счетчики, мониторы пучка и др. Участок будет сдан в эксплуатацию в конце текущего года и позволит обеспечивать установки нейтронного рассеяния современными детекторами как на реакторе ИБР-2, так и в других исследовательских центрах мира.