Лічильна ефективність та гамма/нейтронне відношення для KDP: TL+ ТА UPS-923A сцинтиляторів в однофотонному режимі детектування

Анотація

Метою даної роботи є реєстрація швидких нейтронів детектором на основі неорганічного монокристала KDP: TL⁺ (KH₂PO₄ дигідрофосфат калію) та пластику UPS-923A. Кристал детектора KDP: TL⁺ вирощено з водного розчину методом зниження температури. Висока концентрація ядер водню в гратці KDP: TL⁺ дає змогу реєструвати нейтронне випромінення з ефективністю, порівняною з полістирольними сцинтиляторами. Кристали KDP: TL⁺ мають високу радіаційну стійкість (10¹⁰ нейтрон/см²), що суттєво розширює спектр їх застосування в фізиці високих енергій, інтенсивних нейтронних полях. В роботі використана методика реєстрації відгуку детектора в режимі лічення фотонів та імпульсному режимі часової фільтрації. Оскільки детектор працює за принципом реєстрації гамма квантів з реакцій (n, n' γ), (n, n' γ)_res, (n, γ) та інших, це дає змогу, при певному виборі порогу реєстрації в режимі фільтрації, виділити  складові частини каскадних процесів генерації в об’ємі детектора вторинних гамма квантів із збуджених станів компаунд-ядер. Гамма-кванти реакції непружного розсіяння (n, nʹγ) для ядер сцинтилятора KDP: TL⁺ є стартом каскадного процесу розрядки збуджених ізомерних станів вхідних, проміжних і кінцевих ядер. Виміри ефективності реєстрації швидких нейтронів здійснювалися кристалом KDP розмірами 18x18x42 мм в сферичній геометрії. Отримані відгуки детектора в однофотонному режимі, в одиницях імпульс/частинка для джерел та ²³⁹Pu‑Be та ¹³⁷Cs склали 3.57 та 1.44. При цьому був використаний широкополосний тракт з швидкодією 7 нс. Також одночасно проводилися виміри лічильної ефективності вузькополосним трактом з часом обробки 1 мкс та 6.4 мкс. Отримані відгуки KDP: TL⁺ детектора в режимі 1 мкс (в одиницях імпульс/частинка) для джерел та ²³⁹Pu-Be та ¹³⁷Cs склали 0.09 та 0.00029. При цьому відношення n/γ склало 310. Для порівняння наведені результати вимірів сцинтилятора на основі полістиролу розміром 40×40×40 мм. Отримані відгуки полістирольного детектора (в одиницях імпульс/частинка) в однофотонному режимі для джерел та ²³⁹Pu-Be та ¹³⁷Cs склали 19.4 та 3.9. Також наведені коефіцієнти n/γ відношення для KDP: TL⁺ – 2.47 i UPS-923A – 4.97. Статистична похибка вимірів ефективності реєстрації нейтронів склала ~ 5 %.