Методы регистрации гамма и нейтронного излучений многослойными сцинтилляционными детекторами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат наук Юдов Алексей Александрович

• Юдов Алексей Александрович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Юдов Алексей Александрович

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ

1.1 Сцинтилляционные детекторы у-излучения

1.1.1 Неорганические сцинтилляторы

1.1.2 Органические сцинтилляторы

1.1.3 Способы повышения эффективности регистрации у-излучения пластмассовыми сцинтилляторами

1.2 Дискриминация п и у излучения в сцинтилляционных детекторах

1.2.1 Корреляционный метод времени пролёта

1.3 Детекторы для регистрации нейтронов

1.3.1 Сравнительная оценка детекторов на основе Не и

нейтроночувствительного сцинтилляционного стекловолокна содержащего литий-6

1.4 Сцинтилляционные детекторы со съёмом света на основе спектросмещающих переизлучателей

1.5 Фотоприемники на основе микропиксельных лавинных фотодиодов

Заключение к Главе

ГЛАВА 2. МЕТОД ДИСКРИМИНАЦИИ ГАММА-

ИЗЛУЧЕНИЯ В МНОГОСЛОЙНОМ

СЦИНТИЛЛЯЦИОННОМ ДЕТЕКТОРЕ НЕЙТРОНОВ

2.1 Многослойный нейтронный детектор для измерения спектра нейтронов с сенсорными слоями на основе 3Не

2.2 Многослойный детектор нейтронов на основе нейтроночувствительного стекловолокна с добавлением лития-6

2.2.1 Расчет функции отклика МДН ТСЗНЛ

2.2.2 Учёт интегральной у-составляющей для повышения достоверности идентификации нейтронных источников

2.3 МДН с повышенной эффективностью регистрации у-излучения за счет использования конверторов из свинца

2.4 Многослойный детектор нейтронов и у-квантов на основе чередующихся слоев волоконно-оптических сенсоров и органических сцинтилляторов

2.4.1 Физическая модель многослойного детектора нейтронов и гамма-квантов с волоконно-оптическими сенсорами и органическими сцинтилляторами

2.4.2 Применение модифицированного спектрометра для измерения спектров быстрых нейтронов и идентификации нейтронных источников

Заключение к Главе

ГЛАВА 3. МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКОВ

С БЛИЗКИМИ ЭНЕРГИЯМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАММА-

КВАНТОВ НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНОГО

СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА

3.1 Физическая модель многослойного сцинтилляционного детектора с изменяемым энергетическим разрешением к у-излучению

3.2 Описание многослойного сцинтилляционного

детектора гамма-квантов

3.3 Расчётно-экспериментальный анализ характеристик многослойного сцинтилляционного детектора гамма-квантов

3.3.1 Эффективность регистрации нейтронного и гамма-излучений детектором

3.3.2 Оценка средней кратности регистрации у-излучения

252

С1-источника и фонового излучения

3.3.3 Анализ энергетической зависимости кратности регистрации у-квантов в слоях МДГ

3.3.4 Экспериментальная оценка повышения эффективности регистрации у-квантов за счёт использования конвертирующих слоев в МДГ

3.4 Селекция близких по спектральному составу у-источников, соответствующих у-излучению реакций радиационного захвата тепловых нейтронов на азоте, кремнии, железе, никеле

Заключение к Главе

ГЛАВА 4. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

СПЕКТРА ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ГАММА-

ИЗЛУЧЕНИЯ

4.1 Физические основы метода

4.2 Обоснование метода измерения энергетического спектра импульсов тормозного у-излучения на примере у-импульса высоковольтного импульсного ускорителя электронов прямого действия

4.2.1 Расчёт токов регистрирующих каналов МДГ

4.2.2 Расчёт спектральных функций ф(Е)

Заключение к Главе

5 Обсуждение результатов

6 Направление дальнейших исследований

6.1 Измерение энерго-временных характеристик импульса СЖР установок

6.2 МДГ для измерения энергетического спектра СЖР

Заключение. Основные выводы

Список использованных источников

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АД - амплитудный дискриминатор

ВВ - взрывчатое вещество

МДГ - многослойный детектор у-квантов

УТ - ускорительная трубка

ИС - измерительная система

МДН - многослойный детектор нейтронов

МЛФД - микропиксельные лавинные фотодиоды

МНР - минимизация направленного расхождения

МПФ - метод поглощающих фильтров

ПС - пластмассовые сцинтилляторы

СЖР -сверхжесткое рентгеновское излучение

СС - схема совпадения

ТИ - тормозное излучение

ТСЗНЛ - Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

ФП - фотоприёмник

ФЭУ - фотоэлектронный умножитель

ЭМП - электромагнитная помеха

WLS - (wave length shifter) спекросмещающее переизлучающее волоконно

ЯМ - ядерный материал

ЯРМ - ядерные и радиоактивные материалы

ВВЕДЕНИЕ

Сцинтилляционный метод детектирования заряженных частиц широко используется в экспериментальной ядерной физике. Интерес к сцинтилляционным счетчикам, в том числе и к спектрометрам, связан с их высокой эффективностью и удовлетворительной разрешающей способностью при относительной простоте устройства. При решении многих научных и практических задач сцинтилляционные спектрометры успешно конкурируют с полупроводниковыми спектрометрами, обладающими высокой разрешающей способностью, но существенно меньшей эффективностью регистрации.

Широкое использование сцинтилляторов и детекторов на их основе постоянно стимулирует интерес к созданию новых по своим свойствам и возможностям детекторов. В настоящее время активно ведутся работы по созданию новых сцинтилляционных материалов: пластмассовых сцинтилляторов, обладающих способностью эффективного разделения актов регистрации нейтронов (п) и гамма-квантов (у) по форме импульсов флуоресценции [1], сцинтилляторов для одновременного обнаружения быстрых и тепловых нейтронов, кристаллов большого размера, характеризующихся высокой эффективностью регистрации у-квантов и малым временем высвечивания [2].

Другое направление исследований - поиск комбинаций материалов, которые в силу сочетания их свойств, позволили бы создать детектор, обладающий значительными преимуществами по сравнению с существующими сцинтилляционными детекторами [2].

Данная диссертационная работа посвящена разработке методов регистрации п и у-квантов, используемых как для проведения измерений на лабораторных установках, так и для контроля радиоактивных материалов. Главным объединяющим их элементом является сцинтилляционный принцип регистрации п и у-излучений, основными

достоинствами которого являются возможность реализации высокой эффективности регистрации, достаточного энергетического разрешения, возможность предварительного расчётного определения спектральных характеристик детекторов для различных видов излучений в широком диапазоне их энергий, а также возможность построения детекторов с рекордно большой эффективностью и высоким временным разрешением. Благодаря этим преимуществам сцинтилляционный принцип регистрации излучений является одним из наиболее информативных методов измерения характеристик источников п, у-излучений и уже длительное время используется при проведении различных ядерно-физических исследований.

При разработке нового детектора первоначально решается задача изучения множества физических явлений, определяющих связи между характеристиками излучения и измеряемыми величинами. Первичные данные регистрируются соответствующей измерительной аппаратурой, а сами искомые характеристики определяются из первичных данных специально разрабатываемыми расчётными методами интерпретации результатов измерений. Под расчётными методами подразумевается использование различных вычислительных инструментов, в частности:

- расчёт спектральных характеристик детекторов и построенных на их базе измерительных устройств (функции отклика, относительной спектральной чувствительности, эффективности регистрации), например, методом Монте-Карло;

- учёт различных вторичных эффектов, обусловленных процессами отражения излучения, образованием вторичных частиц и т.д;

- решение обратных задач восстановления спектрально-временных характеристик исследуемого излучения из зарегистрированных амплитудных распределений.

Кроме того, любой современный ядерно-физический эксперимент предполагает проведение оптимизации компонентов измерительных

устройств: характеристик детектора, системы коллимации, тракта регистрации сигналов и способа их обработки. Применение вычислительных методов для решения указанных задач позволяет реализовать детектор с характеристиками максимально подходящими для решения конкретной задачи физических измерений. Совместное использование вычислительных и экспериментальных методов для решения задач позволяет существенно повысить точность и информативность различных методов спектрометрии. Именно такой подход положен в основу настоящей диссертационной работы.

Целью настоящей работы является разработка новых методов регистрации нейтронов и у-квантов, предназначенных для проведения ядерно-физических экспериментов, измерения характеристик радиоактивных и ядерных материалов, измерения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения, обнаружения и контроля взрывчатых веществ.

Указанная цель определила основные задачи настоящей диссертационной работы.

Первая из них посвящена разработке метода дискриминации у-составляющей излучения в многослойном детекторе нейтронов (МДН) на основе нейтроночувствительного стекловолокна с добавлением лития-6 и активированного церием [3].

Для регистрации МДН (на основе стекловолокна с потока

нейтронного излучения близкого, к значениям фонового потока, необходимо обеспечить дискриминацию у-составляющей излучения с коэффициентом дискриминации ^ большим

Для решения указанной проблемы была разработана многослойная регистрирующая структура, состоящая из двух типов датчиков: слоев из сцинтиллирующей пластмассы и нейтроночувствительного сцинтилляционного стекловолокна с ^ . Комбинация двух типов датчиков чувствительных к нейтронам позволяет организовать

амплитудно-временную дискриминацию у-фона при измерениях в смешанных п, у - полях [4]. Представленный в диссертации метод дискриминации у-составляющей излучения имеет коэффициент дискриминации ^ на несколько порядков превышающий коэффициент дискриминации ^ для существующих образцов многослойных детекторов нейтронов на основе стекловолокна с ^ [3] при сохранении сравнительно высокой эффективности регистрации нейтронов, характерной для них.

Основными достоинствами разработанной регистрирующей структуры детектора являются:

- возможность создания детекторов большой апертуры с разделением нейтронов и у-квантов с помощью амплитудного-временного анализа регистрируемых импульсов,

- возможность получения раздельной информации об энергетическом спектре нейтронов и у-квантов, что очень важно для решения задач измерения радиоционных характеристик ядерных материалов.

Вторая задача состоит в разработке метода идентификации у-источников с близкими у-линиями излучения. В рамках неё разработан новый тип детектора, обладающий селективной эффективностью к у-излучению различного спектрального состава и обеспечивающий высокую эффективность регистрации жесткого у-излучения. Указанный многослойный детектор состоит из органического сцинтиллятора, секционированного на ряд последовательных слоев с использованием конверторов из тяжелых металлов и соответствующей системы регистрации сигнала от каждого сцинтилляционного слоя. Конструкция детектора позволяет проводить идентификацию спектров регистрируемых у-излучений по кратности регистрации вторичных заряженных частиц в сенсорных слоях, образовавшихся при взаимодействии у-квантов с конвертирующими слоями детектора. Она является следствием того, что образовавшаяся вторичная заряженная частица, в зависимости от ее энергии Е, может быть одновременно зарегистрирована более чем в одном

сенсорном слое: К > 1. Это произойдет при условии, что Re > (Ak + Ac), где Re — пробег быстрых заряженных частиц, а Ak, Ac — соответственно, толщины конвертирующих и сенсорных слоев в многослойного детектора. Детектор также позволяет определять направление падающего на него у-излучения.

Выделение событий K-кратной регистрации у-квантов в детекторе и последующая идентификация у-источников различного спектрального состава по соотношениям между ними может быть осуществлена с помощью широко используемых в экспериментальной технике схем совпадений (антисовпадений) сигналов от каждого из сенсорных слоев. Однако для многослойного детектора, в котором доля четырех- и более кратной регистрации у-квантов пренебрежимо мала, эта задача может быть решена более простыми средствами.

Кроме того, различные физические принципы регистрации n и у-излучений в многослойном сцинтилляционном детекторе позволяют осуществлять дискриминацию нейтронной составляющей излучения.

При этом за счет целенаправленного выбора материалов детектора и предварительного расчёта оптимальных толщин, конвертирующих и сенсорных слоев, а также их числа (М), возникает возможность существенного изменения рабочих характеристик детектора и, тем самым, оптимизации его конструкции под конкретные условия измерений.

Рассмотренный метод построения детектора позволяет изготавливать детекторы с рекордно большими размерами. Однако реализация в таком многослойном детекторе способа передачи света, в котором используются пластмассовые сцинтилляторы (ПС) в прямом контакте с фотоприёмником представляет технические трудности. В диссертации представлен метод реализации светосбора посредством использования спекросмещающих переизлучающих волокон (WLS - wave length shifter) [5].

Разработка прибора для регистрации у-излучения с дискриминацией нейтронной составляющей излучения, высоким временным разрешением (до 1 нс), состоящего из тонких чередующихся слоев свинца и сцинтиллирующих слоев из полистирола - многослойного сцинтилляционного детектора (МДГ).

Третья актуальная задача, представленная в рамках диссертации, связана с разработкой метода измерения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения длительностью тимп>30 нс в различные моменты времени импульса Ктимп.

На сегодняшний день основным методом измерения спектра импульсного у-излучения является метод поглощающих фильтров (МПФ). Созданные методики измерений, реализующие МПФ, позволяют измерять только интегральные по времени спектры импульсного у-излучения, что связано с применением в них интегрирующих регистраторов: калориметров или дозиметров [6, 7]. Однако в тех случаях, когда спектр у-излучения существенно изменяется в течение длительности импульса т, представляет интерес измерение энергетических распределений у-квантов в различные моменты времени Кт.

Измерение энергетического спектра импульсного у-излучения представляет собой сложную метрологическую задачу. Дополнительно измерения осложняются широким диапазоном энергий тормозного у-излучения, наличием интенсивного рассеянного излучения и высоким уровнем электромагнитных помех (ЭМП) в испытательном боксе.

В качестве инструмента, позволяющего проводить измерения энергетического спектра импульсов у-излучения, был предложен новый метод [8] на основе многослойного сцинтилляционного детектора [9], работающего в токовом режиме. Предложенный метод основан на преобразовании (конвертировании) измеряемого потока у-квантов в поток электронов и позитронов с последующей регистрацией их набором

сцинтилляционных детекторов, состоящих из тонких слоёв пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирола. Указанное преобразование осуществляется в тонких конверторах, устанавливаемых вплотную к сцинтилляторам со стороны падения излучения.

Измеренные параметры токового импульса от каждого слоя сцинтиллятора позволяют получить спектр у-излучения в различные моменты времени Ктимп. Эффективность каждого слоя достигается путем установки перед сцинтилляторами конверторов разной толщины или из различных материалов.

Наиболее важными особенностями предложенного метода на основе многослойного детектора с сенсорными слоями из сцинтиллирующей пластмассы являются:

- возможность достижения высокой эффективности детектора;

- высокое временное разрешение (Дт~ 5 нс).

В целях обоснования работоспособности и применимости метода было проведено его численное моделирование на примере у-импульса высоковольтного импульсного ускорителя электронов прямого действия [9,10].

В ходе дальнейших работ была разработана программа восстановления энергетического спектра импульсного у-излучения. С её использованием были решены задачи по оптимизации геометрии детектора, оптимизации размеров и толщин конвертирующих и сцинтиллирующих слоёв для получения максимально различающихся спектральных чувствительностей каждого слоя сцинтилляционного детектора.

С учётом всего сказанного общая структура диссертации содержит введение, четыре главы основного текста и заключение.

Введение посвящено общей характеристике работы. Рассмотрены актуальность темы, цели и задачи работы, структура диссертации и краткое содержание отдельных её глав. Сформулированы положения

научной новизны, практической ценности работы и защищаемые положения.

В первой главе приведен обзор органических и неорганических сцинтилляторов, газонаполненных детекторов и дан сравнительный анализ указанных детекторов для регистрации нейтронного и у-излучений. Методов разделения нейтронного и у-излучений.

Рассмотрена проблема создания детектора нейтронов,

обладающего высоким коэффициентом дискриминации у-фона, при сравнительно высокой эффективности регистрации нейтронов.

Рассмотрены преимущества использования

нейтроночувствительного сцинтилляционного волокна из стекла с добавлением лития и активированного церием для регистрации

нейтронного излучения.

Приведены результаты экспериментов с панелью (площадью 500 см2) на основе указанного стекловолокна по измерению скорости счета

252

нейтронов от источников Cf и Ри-Ве. Основным недостатком нейтронных детекторов на основе сцинтилляционного стекловолокна с ^ является высокая чувствительность к у-излучению. В существующих приборах коэффициент амплитудной дискриминации у-составляющей Ку составляет до 8-10 , тогда как для регистрации нейтронов с плотностью потока близкой к фоновой коэффициент Кт должен быть как минимум больше 3-104, а при наличии дополнительных источников у-фона его величина должна быть ещё больше. Анализ публикаций выявил отсутствие методов дискриминации у-излучения в детекторах нейтронов на основе стекловолокна с которые позволили бы достичь значения

-5

коэффициента дискриминации Кт большего

Приведены результаты экспериментов по разделению нейтронного и у-излучения по времени высвечивания в сцинтилляционном стекловолокне с которые свидетельствуют о бесперспективности указанного способа разделения.

Приведена постановка экспериментов на основе время-пролетного метода, использованная для исследования характеристик многослойных сцинтилляционных регистрирующих структур.

Приведены особенности реализации конструкции детектора на основе тонких сцинтилляционных пластин из полистирола с использованием для передачи света спектросмещающего волокна с боковым сбором света. Рассмотрены вопросы выбора спекросмещающего переизлучающего волокна, оптимальной конструкции тракта сцинтиллятор - переизлучающее волокно - фотоприемник с точки зрения достижения максимального квантового выхода из детектора ю [ф.э./МэВ] характеризующего число фотоэлектронов регистрируемых фотоприемником на 1 МэВ выделенной в сцинтилляторе энергии.

Приведены результаты время-пролетных экспериментов по определению временного разрешения сцинтилляционного детектора с фотоприемником на основе многопиксельного лавинного светодиода (МЛФД) SensL 60035 [11].

Во второй главе приведен метод дискриминации у-излучения при регистрации нейтронного излучения многослойным детектором нейтронов (МДН) на основе стекловолокна с

Идентификация радиоактивных источников по нейтронному излучению может осуществляться с помощью нейтронных детекторов,

-5

в частности, МДН с использованием блоков газоразрядных Не-счетчиков [12], нейтронночувствительного сцинтилляционного стекловолокна с добавлением ^ [3]. В данной главе выполнен анализ физической модели спектрометра Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (ТСЗНЛ) США [3]. Рассмотрена задача идентификации ядерных и радиоактивных материалов по измерениям их п и у-излучений данным многослойным нейтронным спектрометром. Исследована зависимость вероятности идентификации для четырех типов изотопных источников

252

( Cf, Am-Li, PuO2, Pu-Be) от величины погрешностей интегральных

измерений. Показано, что предложенный дополнительный способ учета у-излучения может существенно улучшить надежность идентификации источников с помощью МДН.

Разработана регистрирующая структура МДН, содержащая два вида датчиков, чувствительных к нейтронам: ^ содержащее стекловолокно и органический сцинтиллятор. Рассмотрены процессы взаимодействия излучения с веществом в таком детекторе и предложен метод разделения п, у-излучения, состоящий из амплитудной и временных ступеней разделения [4], который позволяет на несколько порядков увеличить степень дискриминации у-излучения в таком детекторе.

В третьей главе представлен метод идентификации у-источников, имеющих близкие энергии излучения у-квантов.

Приведены результаты расчетов физической модели у-спектрометра, представляющего собой многослойную структуру, состоящую из попарно чередующихся слоев конвертирующего материала и сцинтиллирующих (сенсорных) слоев. На основании проведенных расчетных исследований предложен многослойный сцинтилляционный детектор у-излучения (МДГ), обладающий рядом следующих преимуществ по сравнению с традиционными сцинтилляционными детекторами:

- повышенной эффективностью регистрации у-квантов за счёт использования конверторов из тяжелых материалов;

- возможностью оптимизации рабочих характеристик МДГ к конкретным условиям измерений за счет целенаправленного выбора материалов и толщин конвертирующих и сенсорных слоев, а также их числа (М);

- возможностью селекции спектров регистрируемых у-излучений по кратности (К) регистрации вторичных заряженных частиц в сенсорных слоях, образующихся в результате взаимодействия у-кванта с конвертирующим слоем детектора.

Приведены характеристики МДГ при работе в счётном режиме полученные расчётным и экспериментальным путем:

- эффективности регистрации детектора п и у-излучений различных энергий;

- возможности разделения п и у-излучений по совпадениям импульсов откликов в различных слоях;

- величине кратности совпадения импульсов в слоях в зависимости от энергии падающего у-излучения;

- повышения эффективности регистрации у-квантов детектором за счёт использования конвертирующих слоёв.

Приведены критерии идентификации источников жесткого у-излучения [13]. Проведена апробация предложенных критериев в числовых экспериментах с двумя моделями МДГ на примере источников у-фона и у-квантов, образующихся при радиационном захвате тепловых нейтронов на азоте, кремнии, железе и никеле.

В четвертой главе представлен метод измерения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения (с тимп > 30 нс) с использованием многослойного сцинтилляционного детектора, работающего в токовом режиме [8], позволяющий проводить измерение энергетического спектра у-квантов в различные моменты времени импульса КТимп.

Рассмотрены физические основы предложенного метода, вопросы оптимизации размеров и толщин конвертирующих и сцинтиллирующих слоёв для получения максимально различающихся спектральных чувствительностей каждого слоя многослойного детектора. Дано численное обоснование метода на примере импульса тормозного излучения (ТИ) электронов ускорителя, имеющегося в отделении экспериментальной физики РФЯЦ-ВНИИТФ, представлены результаты восстановления энергетического спектра у-излучения данного ускорителя.

В заключении к диссертации приведены выводы о проделанной работе, даётся сводка основных результатов, намечены перспективы дальнейших исследований.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Метод амплитудно-временного разделения нейтронного и у-излучений в МДН на основе слоев сцинтилляционного стекловолокна с 6Ы и сенсорных слоев из полистирола.

2 Метод идентификации у-источников с близкими энергиями излучения у-квантов, основанный на определении длин пробегов вторичных заряженных частиц, образовавшихся при взаимодействии у-квантов с рабочим телом многослойного сцинтилляционного детектора.

3 Метод определения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения длительностью тимп>30 нс, позволяющий проводить измерение энергетического спектра у-квантов в различные моменты времени импульса Ктимп.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы регистрации гамма и нейтронного излучений многослойными сцинтилляционными детекторами»

Актуальность темы настоящей диссертационной работы

1 Нейтронные детекторы занимают ключевые позиции в области измерения характеристик ядерных материалов и контроля несанкционированного провоза ядерных и радиоактивных материалов (ЯРМ). Отличительной особенностью таких работ является необходимость проведения измерений плотностей потоков нейтронного излучения контролируемых объектов, близких к значениям фоновых или даже менее фоновых плотностей потоков нейтронного у-излучений. Существующий метод амплитудной дискриминации у-квантов в многослойных детекторах нейтронов (МДН) на основе слоев из стекловолокна с добавлением 6Ы и полиэтилена обеспечивает дискриминацию у-фона с коэффициентом до Кт~8 10, что является недостаточным для проведения измерения плотностей потоков нейтронного излучения контролируемых объектов, близких к фоновым значениям или при наличии в излучении объекта существенной у-составляющей.

2 При проведении ядерно-физических измерений требуются сцинтилляционные детекторы у-излучения обладающие: возможностью дискриминации нейтронной составляющей излучения, большой эффективностью регистрации у-квантов, высоким временным разрешением (до 1 нс), энергетическим разрешением. Однако существующие детекторы у-излучения не обладают совокупностью указанных характеристик.

3 Нейтронно-радиационный метод обнаружения взрывчатых веществ (ВВ) с использованием таких неорганических сцинтилляторов, как №!(П), CsI(Tl) и BGO имеет ряд ограничений, существенно сужающих область его применения. Ограничения вызваны низким временным разрешением неорганических сцинтилляторов (Дт ~ 1 мкс), а также регистрацией у-квантов рождаемых, непосредственно в рабочем теле детектора (в п, у реакциях) с сечениями радиационного захвата, существенно превосходящими сечение реакции 14Ы(п,у)15М

Поэтому разработка детектора, позволяющего повысить чувствительность и надежность обнаружения ВВ является в настоящее время актуальной задачей.

4 Существующие методы измерения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения (с тимп > 30 нс) позволяют определять только энергетический спектр за все время импульса у-излучения. Однако в течение длительности импульса Тимп спектр у-излучения существенно меняется, поэтому требуется измерение энергетических распределений у-квантов в различные моменты времени ^тимп, особенно в момент формирования излучения максимальной плотности потока, что необходимо для определения условий испытаний радиоэлектронной апаратуры на радиационную стойкость [18].

Научная новизна работы, по мнению автора, определяется следующими положениями:

1 Разработан метод амплитудно-временного анализа нейтронного и у-излучений, регистрируемых МДН, на основе попарно чередующихся слоев сцинтилляционного стекловолокна с 6Ы и полистирола, который позволяет на три порядка увеличить коэффициент дискриминации у-квантов при сохранении высокой эффективности регистрации нейтронов детектором.

2 Разработан метод селекции у-источников с близкими энергиями излучения у-квантов. Метод основан на определении длин пробегов вторичных заряженных частиц, образовавшихся при взаимодействии у-квантов с рабочим телом МДГ, состоящего из тонких чередующихся слоев из конвертирующего у-излучение материала и сенсорных слоев из сцинтиллятора. Длина пробега заряженных частиц определяется посредством регистрации совпадений сигналов от слоев МДГ.

3 Разработан метод измерения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения длительностью тимп > 30 нс, позволяющий проводить измерение энергетического спектра у-квантов в различные моменты времени импульса Ктимп за время не более 5 нс.

Практическая ценность. Рассматриваемые в диссертации методы представляют практический интерес для создания специальных устройств, предназначенных для контроля ядерных материалов и взрывчатых веществ. Указанные устройства по своим характеристикам (эффективности обнаружения, временному разрешению, стоимости) будут превосходить существующие технические средства.

1 Метод амплитудно-временного разделения нейтронного и у-излучений в МДН на основе слоев из сцинтилляционного стекловолокна с 6Ы и полистирола позволит создать прибор для обнаружения и идентификации нейтронного излучения с плотностью потока, близкой к фоновому значению.

2 Метод селекции у-квантов по длине пробега вторичных заряженных частиц, образовавшихся при взаимодействии у-квантов с

конвертирующими слоями МДГ, является достаточно надежным способом различения у-источников по спектральному признаку. Этот фактор, наряду с высокой эффективностью регистрации жесткого у-излучения и малым временным разрешением, делает МДГ перспективными для создания приборов по обнаружению ВВ.

3 Метод измерения энергетического спектра мощных импульсов тормозного у-излучения, основанный на конвертировании потока у- излучения в поток быстрых электронов и позитронов с последующей их регистрацией сцинтилляторами на основе полистирола, представляет решение задачи измерения энергетических характеристик у-излучения для импульсных установок, моделирующих воздействие сверхжесткого рентгеновского (СЖР) излучения [14] в момент формирования излучения максимальной плотности потока. Так как при испытании на стойкость к воздействию плотности потока энергии СЖР излучения спектр необходимо знать именно в момент формирования излучения максимальной плотности потока, поскольку эта величина и является нормой испытания.

4 Разработанный прибор может быть использован для получения экспериментальных данных временного распределения запаздывающих у-квантов деления в диапазоне времен до 1 мкс.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались:

- на Российско-Американском научно-техническом семинаре «Радиационное детектирование» (Москва, ВНИИА 23-27 января 2012г.) [15];

- на научной сессии НИЯУ МИФИ по направлению «Инновационные ядерные технологии» (Снежинск, СФТИ НИЯУ МИФИ, 5-6 февраля 2013г.) [16, 17, 18];

- на научной сессии НИЯУ МИФИ по направлению «Инновационные ядерные технологии» (Снежинск, СФТИ НИЯУ МИФИ, 30-31 января 2014г.) [19, 20];

- на научной сессии НИЯУ МИФИ по направлению «Инновационные ядерные технологии» (Снежинск, СФТИ НИЯУ МИФИ, 4-5 мая 2016г.) [11];

В общей сложности результаты работ представлены в виде 9 докладов на международных и отечественных конференциях. Кроме того, результаты работ докладывались на научно-технических конференциях РФЯЦ-ВНИИТФ. Материалы диссертации в виде 6 статей опубликованы в журналах: «Вопросы атомной науки и техники» [8], «Известия Вузов. Ядерная Энергетика» [4, 13], в Вузовско-академическом сборнике научных трудов УрФУ «Проблемы спектроскопии и спектрометрии» [21, 22, 23].

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в проведении исследований по всем пунктам, вынесенным на защиту, включая разработку и сборку регистрирующих структур, проведение экспериментов, обработку полученных данных и интерпретацию полученных результатов.

Совокупность выполненных автором работ позволила успешно реализовать основную цель диссертационной работы и сделать его личный вклад во всех её разделах определяющим.

Структура и объём. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 156 страниц текста, 33 рисунка, 24 таблицы и список использованных источников из 99 наименований.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Для регистрации у-излучения наибольшее распространение получили сцинтилляторы на основе органических и неорганических материалов. К достоинствам пластмассовых сцинтилляторов можно отнести малое время высвечивания (менее 10 нс), высокий световой выход, возможность изменения химического состава и изготовления детекторов различного объема и формы, что позволяет наиболее просто и дешево изготавливать детекторы большого объема (площадью более 1 м2 и толщиной более 10 см). Немаловажным достоинством является их низкая цена. К недостаткам органических сцинтилляторов можно отнести малую эффективность регистрации у-излучения и отсутствие энергетического разрешения.

Органические сцинтилляторы также позволяют регистрировать быстрые нейтроны за счет образования протонов отдачи при упругом рассеянии на водороде. Для получения возможности эффективной регистрации тепловых нейтронов в состав сцинтилляторов добавляется материал, активно поглощающий нейтроны

(6Ы, 10В), с образованием быстрых заряженных частиц (а,Т). При этом преследуется цель добиться более эффективной регистрации тепловых нейтронов, чем это возможно при использовании газонаполненных счётчиков. Вероятность регистрации органическими сцинтилляторами быстрых нейтронов и у-квантов примерно одинакова, а спектры амплитуд импульсов от излучений обоих типов с одинаковой энергией перекрываются, поэтому измерения в смешанных полях нейтронного и у-излучения осуществляются при использовании метода разделения п, у импульсов по их амплитуде [24].

Неорганические сцинтилляторы, например, такие как Ка1(Т1), Сб1(Т1), ВОО напротив, обладают высокой эффективностью регистрации у-излучения и высоким энергетическим разрешением. Однако имеют и

недостатки, к которым можно отнести большое время высвечивания (250300 нс), а также хрупкость и высокую гигроскопичность.

За последние два десятилетия появился ряд новых сцинтилляционных материалов позволяющих значительно улучшить технические характеристики разрабатываемых на их основе детекторов -энергетическое и временное разрешение, эффективность регистрации. Некоторые из новых сцинтилляторов выпускаются серийно, однако, о большей части - известно только из публикаций. При этом информация о степени их готовности для промышленного производства практически отсутствует. Поэтому в настоящее время необходимость исследований и разработок новых типов сцинтилляторов все еще остается актуальной.

Целью данной главы является обзор и анализ новых сцинтилляционных материалов, средств и методов регистрации излучения.

1.1 Сцинтилляционные детекторы у-излучения

1.1.1 Неорганические сцинтилляторы

Сцинтилляционные детекторы на базе неорганических монокристаллов являются классическими детекторами, используемыми при регистрации у-излучения. Основной областью применения этих кристаллов является у-спектрометрия низких энергий до 3 МэВ и прикладные радиометрические измерения. С 80-х годов неорганические сцинтилляторы стали вытесняться из спектрометрии низких энергий более прецизионными полупроводниковыми детекторами. Однако неорганические сцинтилляторы остаются вне конкуренции при регистрации малых потоков частиц, не требующих большого разрешения. Некоторыми из широко используемых неорганических сцинтилляционных материалов являются йодид натрия (Nal), йодид цезия (CsI), сульфид цинка (ZnS) и йодид лития (LiI).

NaI(Tl) благодаря относительно высоким эксплуатационным

параметрам является самым распространенным сцинтиллятором. Монокристалл прозрачен к собственному излучению и прост в изготовлении, имеет плотность 3,67 г/см3 [25]. Его недостатком является высокая гигроскопичность и хрупкость. Постоянная времени высвечивания сцинтиллятора составляет ~230-250 нс [25]. При комнатной

-5 1

температуре световыход максимален (38-41)10 фотМэВ-, ниже 0°С и выше 60°С он резко падает. [25, 26].

-5

CsI(Tl) имеет плотность 4,51 г/см и является относительно «медленным». Постоянная времени высвечивания составляет ~1 мкс. Кристалл обладает практически наибольшим световыходом среди всех сцинтилляторов. Его световыход выше, чем у NaI(Tl) и равен (52-57) 103 фотМэВ-1 [27, 28, 29]. CsI(Tl) стоек к тепловым и механическим ударам, мягче и пластичнее Nal (Tl), не скалывается, однако наблюдается влияние механических деформаций на эффективность кристалла. К этому приводят даже небольшие изменения формы и поверхностная обработка (полировка) [30]. Радиационный фон сцинтилляторов CsI(Tl) - меньше 3,0 имп/(с-кг), что весьма незначительно по сравнению с другими сцинтилляторами [31].

Синтиллятор из германата висмута Bi4Ge3O12 (BGO) имеет самую высокую плотность - 7,13 г/см3 [32]. Этот кристалл относится к числу самоактивированных, то есть легирование специальным активатором в этом случае не требуется. Постоянная времени высвечивания сильно зависит от температуры: при комнатной температуре она составляет 300 нс; при 0°С - 400 нс; при 40°С - 200 нс. Его световыход составляет

-5 1

(7,2-10,6)10 фотМэВ- [25]. Из-за недостаточной прозрачности кристалла наблюдается существенная зависимость его разрешения от размеров. В области EY<1 МэВ эффективность регистрации у BGO только на ~10% больше, чем у NaI(Tl) того же размера. При EY=1,7 МэВ увеличение скорости счета достигает 1,5-2 раз [33].

BGO обладает высоким собственным радиационным фоном, что

является принципиальной проблемой этого материала. Удельный фон в

1 ^

области энергий Бу=(0-3) MэВ составляет ~7 имп с- •см- [25].

Одинаковая эффективность регистрации у-квантов от Pu-Be источника сцинтилляторами BGO и NaI(Tl) в широком диапазоне энергий достигается при соотношении объёмов этих кристаллов ~1/14. При этом эффективность регистрации нейтронов Pu-Be источника, средняя энергия которых равна En~ 2 МэВ, у BGO в 4 раза меньше [34].

BGO приблизительно в 10 раз дороже ^Ц^), так как для его производства требуется оксид германия высокой степени чистоты 99,999%.

Все выше перечисленные сцинтилляторы имеют постоянную времени высвечивания более 200 нс. Для ряда применений, требующих хорошего временного разрешения, столь значительное время неприемлемо. Поэтому активно ведутся поиски сцинтилляторов с постоянной времени высвечивания составляющей единицы наносекунд. На данный момент таких материалов насчитывается более десятка.

Среди них наиболее известны ортосиликат лютеция Lu2SiO5(Ce) (LSO), лютеций - алюминиевый перовскит LuAЮз(Ce) (LuAP), а в последние годы корпорацией Saint-Gobain была запатентована новая группа сцинтилляционных кристаллов - легированных церием галогенидов лантана LaBrз(Ce) и LaQз(Ce), имеющих рекордно малую постоянную времени высвечивания 0,016-0,028 нс [36, 37]. Максимальная длина волны спектра свечения кристаллов составляет 380 нм и 350 нм при

Л 1 "3 1

световыходах равных 63 10 фотМэВ- и 49 10 фотМэВ-соответственно [35, 36, 37].

Плотности этих материалов тоже достаточно велики: бромид

-5

лантана - самый легкий из них - имеет плотность 5,08 г/см . При этом он имеет рекордное среди сцинтилляторов энергетическое разрешение -

137

менее 3,2 % для линии излучения изотопа Cs и световыход 200% относительно ^Ц^). Благодаря сочетанию рекордного разрешения и

высокого световыхода этот сцинтиллятор в последнее время приобретает все большую популярность, хотя из-за сложной технологии изготовления и является одним из самых дорогих, а из-за уникально высокой гигроскопичности нуждается в защите от влажности в виде хорошо герметизированного пенала [38, 39]. Недостатком сцинтилляторов является наличие собственной внутренней активности обусловленной изотопом 138Ьа и наличием 227Ле [36, 37].

Иттрий-алюминиевые оксиды - кристаллы У2Л15О12 (гранат) и УЛ1О3 (перовскит) хорошо известны в лазерной технике. Активация их церием с массовой долей 0,1-1% позволяет получить сцинтилляторы с характеристиками близкими к Сб(Т1), но со значительно большим быстродействием. Световыход граната составляет 10% световыхода

Л 1

Ка1(Т1). У2Л15О12(Се) имеет световой выход порядка 810 фот МэВ- и постоянную времени высвечивания ~ 70 нс. Световой выход УЛ1О3(Се)

3 1

составляет 25 10 фот МэВ- , а постоянная времени высвечивания равна 30 нс [40]. Кристаллы негигроскопичны, химически стойки и обладают высокими механическими качествами. Пригодны для детектирования низкоэнергетического у-излучения, однако широкого распространения не получили.

Ещё одним из новых сцинтилляционных материалов является силикат лютеция с добавлением иттрия (Ьи18У0.28Ю5(Се)) сокращённо LYSO. Этот материал, по сравнению с BGO, имеет большую плотность и эффективность регистрации. Преимуществом кристалла ЬУБО является малое значение постоянной высвечивания ~ 40 нс. Основной недостаток кристаллов ЬУБО - высокая собственная радиоактивность, обусловленная изотопом 176Ьи. Кристаллы Ьи18У0.28Ю5(Се) и Ьи2ЗЮ5(Се) является весьма дорогими (в десятки раз дороже, чем ВОО) [41].

Вольфрамат свинца PbWO4 в настоящее время широко используется для исследований в физике высоких энергий. Кристалл может использоваться для регистрации у-квантов с энергиями Бт> 10МэВ.

Кристалл негроскопичен, обладает коротким временем высвечивания (от единиц до десятков нс) и самой высокой плотностью из всех известных

-5

кристаллов (8,28 г/см ), что позволяет проектировать и создавать компактные измерительные установки. [42]. В то же время, этот материал довольно дорог в изготовлении и эксплуатации. Его световыход сильно зависит от изменений температуры, которую необходимо стабилизировать до десятой градуса. Основным недостатком является крайне низкий световыход - около 11 фотМэВ-1.

Сцинтиллирующее свойство порошка ZnO известно достаточно давно. Активированный индием кристалл оксида цинка испускает свет с максимальной длиной волны 395 нм, интенсивностью 104 фотМэВ-1, что примерно равно интенсивности быстрого пластмассового сцинтиллятора. Время нарастания световой вспышки 100 пс, время спада 1 пс. ZnO -материал более плотный, чем пластмассовый сцинтиллятор, негигроскопичен, стабилен в широкой области температур, механически и радиационно прочен, относительно недорог. Спектрометрические свойства ZnO несколько лучше пластмассовых сцинтилляторов. Кристаллы ZnO рассматриваются как перспективные сцинтилляторы для прецензионных временных измерений в широком температурном диапазоне [43]. Добавление ^ позволяет получить детектор нейтронов [44]. Использование ZnO как недорогого детектора п и у-излучения с хорошими механическими свойствами представляется перспективным. Однако технология его массового изготовления пока не отработана.

В УрФУ (г. Екатеринбург) уже несколько десятилетий ведётся разработка новых сцинтилляционных материалов. Специалистами были выращены достаточно быстрые сцинтилляторы на основе галогенидов серебра ЛИЯ-1 и ЛИЯ-2 [45, 46] с временным разрешением порядка 20 нс, что вызывает к ним несомненный интерес. Последняя разработка -сцинтиллятор ЛИЯ-3 [47] обладает временным разрешением 40 нс, плотность кристалла составляет 6,6 г/см3, световой выход не превышает 8-

14% относительно световыхода сцинтиллятора ^Ц^) [47]. Сцинтилляторы подходят для работы совместно с кремниевыми фотоумножителями. Однако технология их промышленного изготовления пока отсутствует.

Проведенный анализ показал, что все новые сцинтилляционные материалы, имеющие постоянную времени высвечивания порядка 20-40 нс, промышленно не выпускаются или являются очень дорогостоящими, поэтому для ряда приложений, требующих наносекундного разрешения по времени, единственной альтернативой является использование органических сцинтилляторов.

1.1.2 Органические сцинтилляторы

Органические сцинтилляторы представлены полиморфным состоянием стирола, винилтолуола, винилксилола, метилметакрилата и т.п., с различными люминесцентными добавками - паратерфенила, дифенилоксазола, бензола, оксазола, РОРОРа и т.д. Детекторы на их основе не являются спектрометрическими. Псевдопик полного поглощения появляется только при больших объёмах сцинтиллятора. Однако во многих случаях, благодаря своим свойствам, пластмассы имеют преимущества перед неорганическими сцинтилляторами. Прежде всего -это быстродействие, высокая температурная стабильность светового выхода, простота обработки сигнала, возможность обеспечения высокой эффективности регистрации, благодаря большому объёму, изготовление практически любой конфигурации сцинтиллятора при сравнительно низкой стоимости. Максимальные размеры сцинтилляторов ограничены только длиной ослабления света собственного излучения составляющей 5 м. Постоянная времени высвечивания органического сцинтиллятора составляет от единиц до десятков наносекунд.

Необходимо отметить, что отечественные производители не уступают иностранным фирмам в номенклатуре выпускаемых марок пластмассовых сцинтилляторов. Среди производителей ПС следует отметить ГНЦ ИФВЭ (г. Протвино), где под различные задачи выпускается достаточно широкая номенклатура ПС, которая постоянно совершенствуется и обновляется [48].

1.1.3 Способы повышения эффективности регистрации у-излучения пластмассовыми сцинтилляторами

Применение пластмассовых сцинтилляторов для регистрации у-квантов с энергиями Бт>1 МэВ считается малоэффективным из-за

-5

низкой плотности (р=1 г/см ) и малого заряда ядер (2эф=5,5). Однако малое значение постоянной времени высвечивания —(1-10) нс и возможность изготовления детектора практически любого размера делают привлекательным использование пластмассовых сцинтилляторов для регистрации жесткого у-излучения (Бт>10 МэВ). Повысить эффективность регистрации у-квантов пластмассой пытались ещё на стадии её внедрения в практику радиационных измерений. Были проведены исследования по добавлению в состав сцинтиллятора органических соединений свинца, например, триметилата свинца. [49]. У пластмассового сцинтиллятора толщиной 10 см при добавлении 10% свинца увеличение эффективности регистрации при Бт=300-400 кэВ составляет —30% соответствующего значения для Ка1(Т1), а при Бт=500 кэВ составляет 25% [50]. Однако концентрация этих добавок не может превышать 12% [48], так как при дальнейшем повышении концентрации добавок происходит значительное снижение светового выхода и уменьшение прозрачности сцинтиллятора к собственному излучению.

Для регистрации частиц высоких энергий с Бт>100 МэВ используются сцинтилляционные калориметры [51]. Эти приборы представляют собой слойку чередующихся слоёв железа и

сцинтиллирующих слоёв из пластмассы. Этот способ повышения чувствительности можно назвать гетерогенным. Известно, что данный способ использовался для создания многослойного детектора [25]. Указанный детектор состоял из 10 тонких слоев из пластмассового сцинтиллятора марки КБ110 с размерами 34х40х0,5 см , переложенных через один свинцовыми листами-конверторами толщиной по 100 мкм. Подавление космического фона в нем достигалось за счет регистрации антисовпадений одновременных сигналов при прохождении такого излучения сквозь два и более слоев сцинтиллятора. В [9] рассматривается вопрос о существенном улучшении характеристик многослойного детектора применительно к решаемой задаче путем выбора количества и толщин конвертирующих слоев для получения необходимой эффективности регистрации многослойного детектора в зависимости от энергии падающего излучения.

1.2 Дискриминация п и у излучения в органических сцинтилляционных детекторах

Органические сцинтилляторы обладают высокой эффективностью регистрации как нейтронного, так и у-излучения. Вероятность регистрации ими нейтронов и у-квантов в области энергий En,т~1 МэВ примерно одинакова, а спектры амплитуд импульсов от излучений обоих типов перекрываются. Поэтому сама по себе амплитуда импульса не даёт однозначной информации о типе частицы.

Однако у некоторых типов органических сцинтилляторов (например, стильбен) есть более слабый, но долгоживущий компонент излучения, который соответствует запаздывающей флюоресценции. Поэтому полный световыход определяется в основном несколькими компонентами, описываемыми экспоненциальными функциями. Одна «быстрая» компонента, обусловливающая 80% или более интенсивности всей световой вспышки, имеет длительность, равную нескольким

наносекундам и одна или две «медленные» компоненты длительностью от 0,1 до 100 мкс. Относительные интенсивности компонент зависят от удельной потери энергии ёБ/ёх и вида частицы, поэтому форма сцинтилляционных импульсов для легких и тяжелых частиц различна.

Наличие временной зависимости световыхода от вида частицы позволяет идентифицировать импульсы от частиц, имеющих различную плотность ионизации, но образующих в сцинтилляторе световое излучение примерно одинаковой интенсивности. Основываясь на этом, были разработаны конкретные методы, позволяющие раздельно регистрировать одни частицы на фоне других, в частности - нейтроны на фоне у-квантов. Дискриминация по форме импульса достигается в них при помощи электроники, использующей различия во времени высвечивания при регистрации органическим сцинтиллятором различных излучений. Известны различные модификации данного способа разделения. Наибольшее распространение получили спектрометры, собранные по схеме Брукса [52] и по схеме пересечения нулевого уровня [53, 54]. В схеме Брукса выделение нейтронного излучения на фоне у-квантов осуществляется сравнением на выходе фотоумножителя полного заряда с его частью, обусловленной в основном быстрой компонентой световой вспышки.

В схемах пересечения нулевого уровня, основанных на том, что для частиц с разной плотностью ионизации «эффективное» время высвечивания разное, фиксируется момент пересечения нулевого уровня импульсами, образованными в результате регистрации частиц разного рода [55].

Другой широко распространённый способ дискриминации по форме импульса заключается в определении величины заряда, содержащегося в переднем фронте импульса, и в сравнении его с величиной заряда, содержащегося в заднем фронте импульса. Отношения цифровых

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юдов Алексей Александрович, 2018 год

Список использованных источников

1 Zaitseva N., Rupert B., Pawelczak I., Glenn A., Martinez P., Carman L. et al. Plastic Scintillators with Efficient Neutron/Gamma Pulse Shape Discrimination. // Nuclear Instruments and Methods. -2012. - V. 668. - P.88-93.

2 Шумаков А.В., Свиридов А.С., Колесников С.В. Современные детекторы для радиационных мониторов // Атомная энергия. -2011. -Т.110, Вып. 3. - С. 154-163.

3 Bliss M., R.A. Craig, Barnett D.S., Anderson D.N., Smart J.E., Knopfand M.A., Hartley S.A. Performance of a Moderating Neutron Spectometer That Uses Scintillating Fibers. // Paper on Annual Meeting of the Institute of Nuclear Materials Management. - Indian Wells, US. 15-19 July. 2001.

4 Чернухин Ю.И. Юдов А.А., Стрельцов С.И. Гетероненный сцинтилляционный детектор быстрых нейтронов с высокой дискриминацией гамма-фона // Известия Вузов. Ядерная энергетика. -2015. - №3. - C. 31-39.

5 Каталог фирмы Kuraray. (Япония) Wavelength Shifting Fibers. // www.kuraraypsf.jp/psf/ws .html

6 Донской Е.Н., Крылевский Е.Н., Лазарев С.А. и др. Результаты измерения спектра тормозного излучения моделирующей установки ЛИУ-10М методом поглощающих фильтров. Труды VII Межотраслевой конференции по радиационной стойкости. // Снежинск: Изд-во РФЯЦ -ВНИИТФ. - 2006.

7 Carlson G.A., Lorence L.J. A Differential Absorption Spectrometer for Determining Flash X-Ray Spectra from 10 to 2000 keV // IEEE Transactions on Nuclear Science, December 1988. - V.35, № 6, - P. 1255-1259.

8 Чернухин Ю.И., Терехин В.А, Афанасьев В.Н., Юдов А.А. и др. Расчетное обоснование методики измерения энерго-временных распределений гамма-излучения мощных импульсных источников. //

ВАНТ. Серия «Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру». - 2012. - Вып. 2. - С. 56-60.

9 Чернухин Ю.И., Терехин В.А., Стрельцов С.И. и др. Гетерогенный сцинтилляционный детектор гамма-излучения // Атомная энергия. - 2006. - Т. 101, Вып. 2. - С. 130-135.

10 Диянков В.С., Ковалев В.П., Кормилицын А.И. и др. Обзор экспериментальных установок ВНИИТФ для радиационных исследований. // Физика металлов и металловедение. - 1996. - Т. 81, № 2. - C. 119-123.

11 Юдов А.А., Бесов С.С., Иванов А.В. Разработка макета сцинтилляционного детектора с высоким временным разрешением на основе кремниевого фотодиода. // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2016. Сборник научных трудов. Заседание тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». Снежинск. М: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ. - 2016. - С. 39-41.

12 Деденко Г.Л. Моделирование характеристик многомодульных детекторов нейтронного излучения. // Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н. М. -2005.

13 Юдов А.А., Соколов Ю.А., Чернухин Ю.И. Гетерогенный сцинтилляционный детектор у-излучения для обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ нейтронно-радиационным методом // Известия Вузов. Ядерная энергетика. - 2013. - №1. - C. 125-132.

14 Вагина Н.М., Гафаров А.М., Бычков В.Б., Комисаров А.В. и др. РАПИД-2 новый источник тормозного излучения мегаамперного класса. // ВАНТ. Серия «Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру». - 2013. - Вып.4. - С. 70-73.

15 Тематика конференций, проводимых Росатомом в 2012г. // http: //inis.mephi.ru/Conf-12 .htm.

16 Юдов А.А., Соколов Ю.А., Бесов С.С., Чернухин Ю.И. Экспериментальные исследования радиационных характеристик сцинтилляционного гетерогенного детектора. // Научная сессия НИЯУ

МИФИ-2013. Сборник научных трудов. Третье заседание тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». Снежинск. М: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ. - 2013. -С. 30-37.

17 Юдов А.А., Соколов Ю.А. Светопередающий тракт для сцинтилляционного гетерогенного детектора. // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2013. Сборник научных трудов. Третье заседание тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». Снежинск. М: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ, 2013. - С. 38.

18 Юдов А.А., Соколов Ю.А., Чернухин Ю.И. Гетерогенный сцинтилляционный детектор гамма-излучения для обнаружения азотосодержащих ВВ нейтронно-радиационным методом. // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2013. Сборник научных трудов. Третье заседание тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». Снежинск. М: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ, 2013. - С. 39-47.

19 Чернухин Ю.И., Юдов А.А., Стрельцов С.И. Гетерогенный сцинтилляционный детектор быстрых нейтронов с высокой дискриминацией гамма-фона. // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2014. Сборник научных трудов. Четвертое заседание тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». Снежинск. М: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ. - 2014. - С. 154.

20 Юдов А.А., Чернухин Ю.И., Бесов С.С., Соколов Ю.А. Экспериментальные исследования радиационных характеристик сцинтилляционного гетерогенного детектора. // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2014. Сборник научных трудов. Четвертое заседание тематических секций по направлению «Инновационные ядерные технологии». Снежинск. М: НИЯУ МИФИ; Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ. - 2014. -С. 155.

21 Чернухин Ю.И., Терехин В.А., Юдов А.А. Гетерогенный сцинтилляционный детектор гамма-излучения для обнаружения азотосодержащих ВВ нейтронно-радиационным методом. // Проблемы спектроскопии и спектрометрии: вузовско-академический сборник научных трудов. - Екатеринбург: УрФУ. - 2011. - Вып. 29. - C. 5-15.

22 Чернухин Ю.И., Терехин В.А., Юдов А.А. и др. Обнаружение и идентификация радиоактивных источников на основе многослойного детектора. // Проблемы спектроскопии и спектрометрии: вузовско-академический сборник научных трудов. - Екатеринбург: УрФУ. - 2012. -Вып. 31. - C. 26-31

23 Чернухин Ю.И., Юдов А.А., Стрельцов С.И. Гетерогенный сцинтилляционный детектор быстрых нейтронов с высокой дискриминацией гамма-фона. // Проблемы спектроскопии и спектрометрии: вузовско-академический сборник научных трудов, посвященный 65-летию основания Физико - технологического института. - Екатеринбург: УрФУ. - 2014. - Вып. 33. - C. 82-93.

24 Казанский Ю.А., Трыков Л.А., Лулин В.А. и др. Преобразование амплитудных распределений в энергетические спектры нейтронов // Атомная энергия. - 1966. - Т.20, Вып. 2. - С. 143 -147.

25 Скорик Ю.И. Материалы сцинтилляционных детекторов для подводной гамма-спектрометрии. // Атомная техника за рубежом. -2009. -№ 10. - С. 8-21.

26 Каталог фирмы «Азимут Фотоникс». Технические данные сцинтиллятора NaI (Tl) производства Saint-Gobain Crystals. // http://www.azimp.ru/catalogue/Scintillators-crystals1/31/.

27 Гринев Б.В., Глобус М.В. Неорганические сцинтилляторы. Новые и традиционные материалы. - Харьков, «Акта», 2001. - 409 с.

28 Lecoq P., Annenkov A., Gektin A., Korzhik M., Pedrini C. Inorganic Scintillators for Detector Systems Physical Principles and Crystal Engineering. // Springer, 2006.

29 Каталог фирмы «Азимут Фотоникс». Технические данные сцинтиллятора CsI(Tl) производства Saint-Gobain Crystals. // http://www.azimp.ru/catalogue/Scintillators-crystals1/36/.

30 Gayshan V., Boyarintsev A., Gektin A., Zosim D. Mechanical Deformation Effect on CsI(Tl) Scintillators Efficiency // Nuclear Instruments and Methods. -2003. - V. 505. - P.97-100.

31 MolTech GmbH, Germany. Scintillation Crystals and Detectors. // www.mt-berlin.com/charts/chart_06.htm

32 Каталог фирмы «Азимут Фотоникс». Технические данные сцинтиллятора (BGO) производства Saint-Gobain Crystals. // http://www.azimp.ru/catalogue/Scintillators-crystals1/32/.

33 Van der Graaf E.R., Rigollet C., Maleka P.P., Jones D.G. Testing and Assessment of a Large BGO Detector for Beach Monitoring of Radioactive Particles. // Nuclear Instruments and Methods. - 2007. - V. 575. - P.507-518.

34 Каманин ВВ., Круглер А., Соболев Ю.Г. и др. Сравнительный анализ характеристик кристаллов NaI(Tl) и Bi4Ge3O12 при регистрации нейтронов и у-квантов. // Приборы и техника эксперимента. -1988. - № 6. -C.61-64.

35 Nicolini R., Camera F., Blasi N. e.a. Investigation of Properties of 1x1 LaBr3(Ce) Scintillator. // Nuclear Instruments and Methods. - 2007. - V. 582. - P. 554-561.

36 Каталог фирмы «Азимут Фотоникс». Технические данные сцинтиллятора LaBr3(Ce) производства Saint-Gobain Crystals. // http://www.azimp.ru/catalogue/Scintillators-crystals1/34/.

37 Каталог фирмы «Азимут Фотоникс». Технические данные сцинтиллятора LaCl3(Ce) производства Saint-Gobain Crystals. // http://www.azimp.ru/catalogue/Scintillators-crystals1/131/.

38 Van Loef E. V. D., Dorenbos P., van Eijk C. W. E., Kramer K., Gudel H. U. High-energy-resolution scintillator: Ce3+ activated LaBr3. // Applied Physics Letter. - V. 79, No. 10. - 3 September 2001. - P. 1573-1575.

39 Van Loef E. V. D., Dorenbos P., Van Eijk C. W. E. The scintillation mechanism in LaCl3:Ce3+ // Journal Physics Condensed Matter. - 2003. - V. 15. - P. 1367-1375.

40 Обзор отечественных радиометрических и спектрометрических систем, которые могут быть доступны для целей учета и контроля ядерных материалов. ФГУП «ВНИИА» // http: //www.vniia.ru/rgamo/literat/obzor/doc/obzorrus.pdf.

41 Chewpraditkul W., Wanarak C., Moszynski M., Szczesniak T., Swiderski L. Lu18Y02SiO5:Ce and LaCl3:Ce Scintillators for Gamma-Ray Detection. // Advanced Materials Research. - 2011. - V. 284-286. - P. 20642069.

42 ИНХ СО РАН, Новосибирск. // www.niic.nsc.ru.

43 Demidenko V.A., Gorokhova E.I., Khodiuk I.V. et al. Scintillation Properties of Ceramics Based on Zinc Oxide. // Radiation Measurements -2007. - V. 42. - P. 549-552.

44 Katagiri M., Sakasai K., Matsubayashi M. e.al. Scintillation Materials for Neutron Imaging Detectors. // Nuclear Instruments and Methods. - 2004. -V. 529. - P. 274-276.

45 Жукова Л.В., Шульгин Б.В., Жуков В.В., Горкунова С.И. и др. Кристаллический сцинтиллятор ЛИЯ-1. // Патент РФ № 2065614 от 20.08.1996. класс G 01 T1/202. опубликован Бюл. № 23.

46 Жукова Л.В., Шульгин Б.В., Жуков В.В., Горкунова С.И. и др. Кристаллический сцинтиллятор ЛИЯ-2. // Патент РФ №2066464 от 10.09.1996. класс G 01 T1/202. опубликован Бюл. № 25.

47 Жукова Л.В., Шульгин Б.В., Жуков В.В., Горкунова С.И. и др. Кристаллический сцинтиллятор ЛИЯ-3. // Патент РФ №2284044 от 20.06.2006. класс G 01 T1/202. опубликован Бюл. № 27.

48 Каталог выпускаемой продукции ГНЦ ИФВЭ // www.ihep.ru/scint/mold/product.htm.

49 Вяземский В.О., Ломоносов И.И., Писаревский А.Н. и др. Сцинтилляционный метод в радиометрии. // М.: Госатомиздат, 1961.

50 Povinec P.P., La Rosa J.J., Lee S.H. et al. Recent Developments in Raiometric and Mass Spectrometry Methods for Marine Radioactivity Measurements. // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2001. -V. 248, No. 3. - P. 713-718.

51 Д. Перкинс. Введение в физику высоких энергий. // M.: Энергоатомиздат, 1991. - 429 c.

52 Вrooks F.D. A Scintillation Counter With Neutron and Gamma-Ray Discriminators. // Nuclear Instruments and Methods. - 1959. - V. 4, No. 3. - P. 151-163.

53 Бровченко В.Г., Горлов Т.В. Разделение нейтронного и гамма излучений по форме импульса в сцинтилляционном счётчике. // Приборы и техника эксперимента. - 1961. - № 4. - C. 49-52.

54 Дулин В.А., Казанский Ю.А., Кузнецов В.Ф., Смиренкин Г.Н. Однокристальный сцинтилляционный спектрометр быстрых нейтронов с дискриминацией гамма-лучей по времени высвечивания. // Приборы и техника эксперимента. 1961. - № 2. - C. 35-41.

55 Roush M.L., Wilson M.A., Hornyak W.F. Pulse Shape Discrimination. // Nuclear Instruments and Methods. - 1964. - V. 31, No. 1. - P. 112-124.

56 Morris C.L., Bolger J.E., Hoffman G.W. et al. A Digital Technigue for Neutron - Gamma Pulse Shape Discrimination. // Nuclear Instruments and Methods. - 1976. - V. 137, No. 2. - P. 397 - 398.

57 Веретенников А.И., Аверченков В.Я., Савин В.М., Спехов Ю.А. Гамма-спектрометр на органическом сцинтилляторе с временным отбором гамма-излучения. // Приборы и техника эксперимента. 1961. - № 2. - C. 4246.

58 Oberer R. Fission Multiplicity Detection With Temporal Gamma-Neutron Discrimination from Higher-Order Time Correlation Statistics. // Y-12 National Security Complex. - Oak Ridge. - 2002.

59 Menlove H.O., Henzlova D., Evans L.G., Swinhoe M.T., Marlow J,B.

-5

He Replacement for Nuclear Safeguards Applications-an Integrated Test Program to Compare Alternative Neutron Detectors. // ESARDA BULLETIN. -December 2011.- No. 46. - P. 12-19.

60 R. Seymour, C.D. Hull, T. Crawford, B. Coyne, M. Bliss, Craig R. A. Portal, Freight, And Vehicle Monitor Performance Using Scintillating Glass Fiber Detectors For The Detection Of Plutonium In The Illicit Trafficking Radiation Assessment Program. // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2001. - V. 248, No. 3. - P. 699-705.

61 Bliss M., Craig R.A., Sunberg D.S., Warner A.R. Prototype Plutonium-Storage Monitor. // Journal of Nuclear Materials Management. -1996. - V. 24, No. 3. - P. 22-29.

62 R.S. Seymour, R.A. Craig, M.Bliss et al. Performance of a neutronsensitive scintillating glass-fiber panel for portal, freight and vehicle monitoring. // Proceeding of SPIE. - 1998. - V. 3536. - P. 148-155.

63 Ianakiev K.D., Swinhoe M.T., Favalli A. et al. 6Li foil Scintillation Sandwich Thermal Neutron Detector. // Nuclear Instruments and Methods. -

2010. - V. 623. - P. 1035-1045.

64 Kouzes R.T. Siciliano E.R., Ely J.H., Keller P.E., McConn R.J. Passive Neutron Detection for Interdiction of Nuclear Material at Borders. // Nuclear Instruments and Methods. - 2008. - V. 584. - P. 383-400.

65 Ianakiev K.D., Swinhoe M.T., Favalli A. et al. 6Li foil Scintillation Sandwich Thermal Neutron Detector. Nuclear Instruments and Methods. -

2011. - V. 652, No. 1. - P. 417-420.

66 Seymour R., Hull C. D., Crawford T., Bliss M., Craig R. A "Tubeless" Portable Radiation Search Tool (PRST) For Special Nuclear

Materials. // Paper on IAEA International. Conf. on Security of Material. -Stockholm. - 2001.

67 Каталог фирмы Bicron Corp./Saint-Gobian Crystals (США) Wavelength Shifting Fibers. // www.crystals.saint-gobain.com/scintillating_fiber.aspx.

68 Pol.Hi.Tech. s.r.l., 67061 Carsoli (AQ), S. P. Turanense Km., Italy.

69 A.Lucotte, S.Bondil, K.Borer, et al. Afront-end read out chip for the OPERA Scintillator tracker. // Nuclear Instruments and Methods. - 2004. - V. 521. - P. 378-392.

70 Бритвич Г.И., Бреховских В.В., Семенов В.К., Холоденко С.А. Основные характеристики полистирольных сцинтилляторов производства ИФВЭ и детекторов на их основе. // Приборы и техника эксперимента. -2015. - № 2. - С. 47 -57.

71 Britvich G.I., Chernichenko S.K., Chubenko A.P. et al./ The large scintillation charged particles detector of the Tien-Shan complex "ATHLET". // Nuclear Instruments Methods. - 2006. - V. 564. - P. 225-234.

72 Мусиенко Ю.В., Ахромеев Е.В., Афанасьев А.Ю. и др. Высокочувствительные микропиксельные лавинные фотодиоды для сцинтилляционных счётчиков ближнего детектора эксперимента Т2К. // Приборы и техника эксперимента. 2008. - № 1. - C. 111-118.

73 Roncali E., Cherry S.R. Application of Silicon Photomultipliers to Positron Emission Tomography. // Annals of biomedical engineering. - April 2011. - V. 39, No. 4. - P. 1358-1377.

74 Громыко М.В., Игнатьев О.В. Кремниевые фотоумножители: выбор и применение в у-спектрометрии. // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Вузовско-академический сборник научных трудов, посвященный 65-летию основания Физико - технологического института. - Екатеринбург: УрФУ, 2014. - C. 5-15.

75 Паспорт на ФЭУ85 // https://rudatasheet.ru/tubes/feu-85/.

76 Kerr. P., Koenig Z.,Morgan J., Ignatyev.G., Kaverin P., Semenov D., Udalov V., Chernov M. Evaluation of a Multilayer Neutron Detector for Nonproliferation and Arms Control // INMM 42nd Annual Meeting. - Indian Wells, California. - 2001.

77 Кандиев Я.З. Неаналоговое моделирование в программе «Призма» // Тезисы докладов восьмого всесоюзного совещания. Методы Монте-Карло в вычислительной технике, математике и математической физике. 1991. - С.42-45.

78 Кандиев Я.З., Кашаева Е.А., Малышкин Г.Н. Описание источников излучений при решении задач переноса методом Монте-Карло // РФЯЦ-ВНИИТФ: Препринт РФЯЦ-ВНИИТФ №176, Снежинск, 2002.

79 Деденко Г.Н., Кадилин В.В., Колесников С.В., Самосадный В.Т. Моделирование характеристик многослойных детекторов нейтронов. // Атомная энергия. - 2005. - Т. 99, Вып. 2. - С.141-147.

80 Деденко Г.Л. Моделирование характеристик многомодульных детекторов нейтронного излучения: диссертация кандидата физико-математических наук. - М., МИФИ. - 2005. - 144 с.

81 Craig R.A., Bliss M. et al. Predicted performance of neutron spectrometers using scintillating fibers. // www.pnl.gov./main/publications/external/technical_reports/PNNL-13111.pdf.

82 Райли Д., Энсслин Н., Смит Х., Крйнер С. Пассивный неразрушающий анализ ядерных материалов. // Пер. с англ. - М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. - 720 с.

83 Кухтевич В.И., Трыков О.А., Трыков Л.А. Однокристальный сцинтилляционный спектрометр. // М.: Атомиздат, 1971. - 119 c.

84 Горячев И.В., Колеватов Ю.И., Семенов В.П., Трыков Л.А. Интегральные эксперименты в проблеме переноса ионизирующих излучений // Справочное руководство. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-272 с.

85 Бритвич Г.И., Васильченко В.Г., Гилицкий Ю.В. и др. Прототип детектора нейтронов на основе борсодержащего пластического сцинтиллятора. // Приборы и техника эксперимента. - 2004. - № 5. - С. 5 -15.

86 Siciliano E.R., Ely J.H., Kozes R.T., Milbrath B.D., Schweppe J.E., Stromswold D.C. Comparison of PVT and NaI(Tl) Scintillators for Vehicle Portal Monitor Applications. // Nuclear Instruments and Methods. - 2005. - V. 550. - P. 647 - 674.

87 Brown F. MCNP - A General Monte Carlo N-Particle Transport Code Version 5 // Los Alamos National Laboratory report LA-CP-03-0245.- April 2003.

88 Sweezy J. MCNP - A General Monte Carlo N-Particle Transport Code Version 5 // Los Alamos National Laboratory report LA-UR-03-1987.-April 2003.

89 Cinausero M., Deak F., Fabris D. et al. Characterization of a Gamma Spectroscopy Tool for Humanitarian De-mining. // Interciencia. -2001. -V. 26, No 3. P. 117-121.

90 Palomba M., D'Erasmo G., Pantaleo A. An Application of the CSSE Code: Analysis of Pulse Pile-up in NaI(Tl)-Detectors Used for TNA. // Nuclear Instruments and Methods. - 2003. - V. 498. - P. 397-414.

91 Viesti G., Cinausero M, Cufaro-Petroni, D'Erasmo G., Fabis D. The EXPLODET project: Advanced Nuclear Techniques for Humanitarian De-mining. // Nuclear Instruments and Methods. - 1999. - V422. - P. 918-921.

92 Cinausero M., Barbui M., Fioretto E., Lunardon M. et al. The Development of a Thermal Neutron Sensor for Hidden Explosive Search // Laboratori Nazionali Di Legnaro. - www.pd.infn.it/explodet/tna.html.

93 Чернухин Ю.И., Терехин В.А., Стрельцов С.И. Гетерогенный сцинтилляционный детектор гамма-излучения с регулируемой спектральной чувствительностью // Атомная энергия. - 2011. - Т. 111, Вып. 3. - С. 169-171.

94 Членов А.М., Мордасов Н.Г. Проблемы и перспективы повышения качества радиационных испытаний и исследований на сильноточных ускорителях. // ВАНТ. Серия «Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру». - 2016. - Вып. 3. - С. 5458.

95 Импульсные ускорители электронов с индуктивным накопителем энергии» под ред. В.П. Ковалева. - Снежинск: Издательство РФЯЦ-ВНИИТФ, 2012. - 338с.

96 Тихонов А.И., Арсенин В.П. Методы решения некорректных задач. // М.: Наука, 1986. - 288с.

97 Бор К.Де. Практическое руководство по сплайнам. // М.: Радио и связь, 1985. - 304с.

98 Ларцев В.Д. Обобщенный алгоритм метода минимизации направленного расхождения. // Препринт РФЯЦ-ВНИИТФ №216 : Изд-во РФЯЦ-ВНИИТФ, Снежинск, 2005. - 19 с.

99 Нефедов Ю.Я., Пунин В.Т. Методы диагностики параметров высокоинтенсивных импульсных источников ионизирующих излучений: Курс лекций. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2010. -124с.