Новый метод измерения низких потоков нейтронов с использованием йодсодержащих сцинтилляторов
При проведении низкофоновых экспериментов по поиску редких событий одной из важнейших задач является изучение и постоянный мониторинг нейтронных потоков вблизи детектирующей установки. Сложность этой задачи заключается в том, что потоки нейтронов в низкофоновых экспериментах в тысячи раз ниже, чем на поверхности Земли. Золотым стандартом для измерения нейтронных потоков являются нейтронные счетчики на базе гелия-3, что обусловлено высоким сечением захвата теплового нейтрона (5333 барн) и крайне низкой чувствительностью таких детекторов к гамма-фону. К сожалению, коммерчески доступных источников гелия-3 не существует: его содержание в природном гелии только 0,000137%. Весь доступный гелий-3 нарабатывают на ядерных реакторах, и его стоимость составляет более 2000 долларов за литр.
Альтернативой нейтронным счетчикам с гелием-3 могут рассматриваться детекторы на основе йодсодержащих сцинтилляторов (CsI и NaI(Tl)). Такие детекторы просты в обращении и используются не только как основы для различных установок, но и как вспомогательные детекторы. Они имеют высокую чувствительность к гамма-фону, и это мешает использовать их для измерения низких потоков нейтронов. Группой экспериментаторов из НЭОЯСР (Пономаревым Д. В., Розовым С. В., Философовым Д. В., Тимкиным В. В. и Якушевым Е. А.) был предложен новый метод регистрации нейтронов, который позволит избежать подобного недостатка. Он основан на захвате теплового нейтрона ядром йода (сечение реакции 6,2 барн), содержащегося в детекторе. В результате захвата теплового нейтрона, образуется ядро I-128 в возбужденном состоянии с энергией 6,8 МэВ. При разрядке в основное состояние значительная часть распадов проходит через уровень 137,8 кэВ с периодом полураспада T1/2=845 нс, что дает возможность регистрации нейтронов по количеству задержанных γγ– совпадений с временным окном в несколько мкс. Так как фон случайных совпадений находится в почти квадратичной зависимости от общего фона, то использование этого метода становится особенно эффективным при проведении низкофоновых измерений.
В конкурсе научных работ ЛЯП за 2020 год в номинации «Методические и прикладные исследования» группа авторов в составе: Пономарев Д. В., Розов С. В., Философов Д. В., Тимкин В. В. и Якушев Е. А., стала победителем за цикл работ «Новый метод измерения низких потоков нейтронов с использованием йодсодержащих сцинтилляторов».
