Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) изобрели новый позиционно-чувствительный газовый детектор тепловых и холодных нейтронов. По словам разработчиков, изделие превосходит по своим характеристикам аналог, используемый в научных центрах Европы. Этот детектор предназначен для использования на различных установках, использующих метод рассеяния нейтронов для изучения структуры конденсированного состояния вещества.
Нейтронное рассеяние включает в себя ряд научных методов исследования, в которых изучается преломление (рассеяние) нейтронного излучения на исследуемых объектах. При наблюдении за структурой и динамикой вещества на наноуровне нейтронное рассеяние имеет ряд преимуществ перед другими излучениями, оно помогает ученым в экспериментальных и теоретических работах с самыми разнообразными материалами, начиная от магнетиков и сверхпроводников и заканчивая коллоидными структурами с развитой химической поверхностью.
Области применения нейтронного рассеяния в современной науке чрезвычайно широки: среди них создание наноматериалов, полимеров и эластомеров, кристаллических, композиционных и керамических материалов, молекулярная биология, фармакология, инженерная диагностика, геофизика и науки о Земле.
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.
«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°. Анодные держатели, держатели подложек, дистанционные и клиновидные вставки прижимаются друг к другу крепежными элементами, которые выполнены с возможностью регулирования натяжения подложек и анодных проволочек», — рассказал об устройстве детектора один из изобретателей, ведущий инженер научно-экспериментального отдела комплекса спектрометров ИБР-2 ЛНФ ОИЯИ Александр Колесников.
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 пяти 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 два градуса и даже меньше, что повышает, согласно расчетам, эффективность регистрации тепловых нейтронов с длиной волны 1,8 ангстрем до 67 процентов», — отметил Александр Колесников.
В настоящее время в ЛНФ заканчивают обустраивать опытно-экспериментальный участок (ОЭУ), где будут изготавливать детекторы тепловых нейтронов на основе конвертера из карбида бора. Полученный патент дает начало разработкам новых детекторов нейтронов передового мирового уровня. Ученые ОИЯИ будут делать современные позиционно-чувствительные детекторы, а также детекторы других типов: счетчики, мониторы пучка и др. Участок сдадут в эксплуатацию в конце текущего года, он позволит обеспечивать установки нейтронного рассеяния современными детекторами как на реакторе ИБР-2, так и в других исследовательских центрах мира.
