Search academic texts

Registration Number

0821U102394, PhD dissertation

Title

The research of the mechanisms of interaction of fast neutrons with the substance of single-crystal and composite oxide scintillators

Author

Yakymenko Ivan Ivanovych,

popup.head Onyshchenko Gennadiy Mykhailovych
popup.opponent Ponkratenko Oleg Anatoliiovych
popup.opponent Maslov Mykola Ivanovych
popup.review Bereznoi Urii Anatoliiovych
popup.review Ratkevych S ergii Stanislovovych

Status

Доктор філософії, 105, Прикладна фізика та наноматеріали

Date

27-09-2021

Description

Дисертацію присвячено дослідженням механізмів взаємодії швидких нейтронів з речовиною монокристалічних та композитних оксидних сцинтиляторів. Створення компактних високочутливих детекторів для систем контролю нейтронного і гамма-нейтронного випромінення, для боротьби з незаконним транспортуванням радіоактивних матеріалів є актуальною задачею. Найбільш розповсюдженими є інспекційні системи, що базуються на 3Не-лічильниках нейтронів та мають незначну ефективність реєстрації ~ 10 %, обумовлену необхідністю сповільнення швидких нейтронів до теплових енергій. Дефіцит та висока вартість виготовлення 3He стимулює пошук нових детекторів та нових принципів реєстрації швидких нейтронів. Попередні дослідження показали, що механізм непружного розсіяння (n, n′ γ)in може бути використаний для реєстрації швидких нейтронів детекторами на основі важких оксидних сцинтиляторів. Ефективність реєстрації при цьому становила ~ 0.5 для детекторів малих розмірів (~ 10 мм3). При цьому реєструвалися сигнали, тривалість яких формувалася (стала часу інтегрування) знаходилась в мікросекундному діапазоні. Це було обумовлено необхідністю зменшити вплив вторинних каскадних гамма-квантів, що виникають в речовині сцинтилятора. Реєстрація імпульсів відгуку в мікросекундному діапазоні дозволила реєструвати лише високоенергетичні (> 20-30 кеВ) гамма-кванти з реакції непружного розсіяння швидких нейтронів (n, n′ γ)in, що виникають при розрядці збуджених одночастинкові і колективних станів середніх і важких ядер сцинтиляторів. Було запропоновано для збільшення чутливості детектора швидких нейтронів використовувати каскади гамма-квантів, що генеруються не тільки в реакції непружного розсіювання, але і в реакціях резонансного і радіаційного захоплення. Швидкі нейтрони 239Pu-Be джерела з максимальною енергією E ≤ 10 МеВ в процесі розсіювання і уповільнення в речовині оксидного сцинтилятора з лінійними розмірами ~ 40–50 мм і більше в реакціях непружного і резонансного розсіювання, радіаційного захоплення проходять три енергетичних області: область непружного розсіяння в реакції (n, n′ γ)in (~ 10 MeВ - 100 кeВ), область резонансного захоплення (n, n′ γ)res (100 кеВ - 1 еВ) і область радіаційного захоплення (1 eВ - 0.025 eВ). У цих реакціях збуджуються стани компаунд-ядер (A + 1) з часом існування ~ 10 14 с - 10-12 с, а стани кінцевих ядер (A) з часами існування від одиниць пікосекунд до десятків мікросекунд, а також можуть народжуватися затримані гамма-кванти γdel, обумовлені блуканнями вторинних нейтронів з реакцій (n, n′ γ)in і (n, n′ γ)res в речовині сцинтилятора. Таким чином, відгук детектора на одну вхідну частинку (тобто швидкий нейтрон) являє собою суміш гамма-квантів і проміжних нейтронів, тому число зареєстрованих вторинних частинок (тобто гамма-квантів) детектором, може значно перевищувати 1. Це підтверджують данні з резонансного та радіаційного захоплення, а також данні по непружному розсіянню. Оскільки ядра, що входять до складу оксидних сцинтиляторів (W, Gd, Zn) мають значні значення перерізу взаємодії в резонансної області, ~ 50 - 500 барн, в той час як значення перерізу в непружній області складають одиниці барн (~ 2 - 3 барна), то реєстрація гамма-квантів, пов’язаних з цими процесами, може істотно збільшити статистику подій, що припадають на один вхідний нейтрон і, як наслідок, підвищують ефективність реєстрації нейтронів. Такі процеси мають незначну енергію розрядки в інтервалі від одиниць еВ до сотень кеВ і часи існування, що лежать в інтервалі τ ~ 10-14 с - 10-5 с.