Газовий детектор гамма-випромінювання на основі ксенону високої чистоти

  • Sergey Sokolov Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-6134-905X
  • Aleksey Pudov Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-9499-379X
  • Alexander Rybka Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-4096-5539
  • Vladimir Kutny Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-8899-545X
  • Alexander Abyzov Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-1975-7586
  • Gennadiy Kholomyeyev Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-1779-9050
  • Serhii Melnikov Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-2494-1174
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-4-04
Ключові слова: детектор, гамма-випромінення, швидкість відліку, спектрометрія, ксенон, газове підсилення

Анотація

Газонаповнені детектори іонізуючого випромінення знайшли широке застосування для вимірювання ядерних та радіоактивних матеріалів, а також в медицині, астрономії, матеріалознавстві. Пропорційні детектори γ-випромінення на основі газу ксенону можуть працювати як в рахунковому, так і в спектрометричному режимах. Для використання цих детекторів для радіаційного контролю та ідентифікації радіоактивних матеріалів, зокрема в атомній енергетиці, потрібно вирішити досить складні матеріалознавчі завдання. Це вибір матеріалів з низькою активацією в інтенсивних потоках іонізуючого випромінення, в тому числі нейтронів, відмова від використання скляних елементів, повна відсутність органічних компонентів в конструкції детектора. У даній роботі повідомляється про розробку, виготовлення та випробування пропорційних детекторів гамма-випромінювання, наповнених газовими сумішами на основі особливо чистого ксенону. Для напуску в детектор газових сумішей була розроблена і виготовлена спеціальна установка складається з компонентів, призначених для роботи з особливо чистими газами. Досліджено вплив тиску газу, його складу (чистий Xe або його суміші з H2, CH4) і напруги на аноді на спектрометричне розрізнення і коефіцієнт газового посилення детекторів. Добавка H2 або CH4 до ксенону застосовується для підвищення швидкості дрейфу носіїв заряду. Ці добавки також призводять до стабілізації газової суміші, тобто зниження ймовірності газового пробою при високій напрузі між електродами детектора. Використовувався газ ксенон, а також його суміші дослідницької марки чистоти (99,9999%). Для дослідження рахункових і спектрометричних характеристик детектора в роботі використовувалися стандартні джерела γ-випромінення 241Am, 137Cs, 152Eu, 133Ba. Кращі, на даний момент, значення енергетичного розрізнення були отримані для детектора, наповненого газовою сумішшю Xe + 2,1% CH4 при тиску 2,5 бар і напрузі на аноді 2500 В; вони склали ~ 9,5% для енергії 40 кеВ і ~ 5% для 120 кеВ. Для підвищення термічної і радіаційної стійкості, всі елементи конструкції детекторів виготовлені з матеріалів, що слабо активуються під дією іонізуючого випромінення. Детектори призначені для контролю технологічних процесів і для роботи в складі систем радіаційного контролю, в тому числі на АЕС.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

S.E. Ulin, K. F. Vlasik, A.M. Galper, V.M. Grachev, V.V. Dmitrenko, S.N. Zherebtsov, V.M. Kamaev, O.N. Kondakova, K.V. Krivova, D.V. Sokolov, and Z.M. Uteshev, in: SPIE 3446, Hard X-Ray and Gamma-Ray Detector Physics and Applications Proceedings, (IEEE, San Diego, 1998), https://doi.org/10.1117/12.312880.

E.K. Malyshev, Yu.B. Zasadych, and S.A. Stabrovsky. Gas discharge detectors for monitoring nuclear reactors. (Energoatomizdat, Moscow, 1991). (in Russian)

F.I.G.M. Borges, S.J.C. do Carmo, J.C.R. Mariquito, A.M.F. Trindade, and C.A.N. Conde, IEEE Transactions On Nuclear Science, 57(4), 2205-2209 (2010), https://doi.org/10.1109/TNS.2010.2052930.

A. Dastgheibi-Fard, and G. Geribier, (NEWS-G Collaboration), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 958, 162390 (2020), https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.162390.

S.Ye. Ulin, Gamma Spectrometers Based on Compressed Xenon (Development, Characterization, Applications), (Ph.D. thesis), (Moscow State Institute of Engineering and Physics, Moscow, 1999).

R.K. Sood, Z. Ye, and R.K. Manchanda, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 344, 384-393 (1994), https://doi.org/10.1016/0168-9002(94)90087-6.

R.K. Manchanda, Z. Ye, and R.K. Sood, Ultra-high-pressure proportional counter Part I: Argon, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 292, 373-385 (1990), https://doi.org/10.1016/0168-9002(90)90394-L.

H. Sakurai, B.D. Ramsey, and M.C. Weisskopf, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 307, 504-511 (1991), https://doi.org/10.1016/0168-9002(91)90224-E.

H. Sakurai, and B.D. Ramsey, Dependence of energy resolution on anode diameter in xenon proportional counters, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 313, 155-161 (1992), https://doi.org/10.1016/0168-9002(92)90092-I.

F.I.G.M. Borges, F.P. Santos, F. Amaro, T.H.V.T. Dias, J.F.C.A. Veloso, and C.A.N. Conde, in: IEEE Transactions on Nuclear Science Proceedings, (IEEE, Rome, 2004), https://doi.org/10.1109/NSSMIC.2004.1462248.

Опубліковано
2020-11-19
Цитовано
Як цитувати
Sokolov, S., Pudov, A., Rybka, A., Kutny, V., Abyzov, A., Kholomyeyev, G., & Melnikov, S. (2020). Газовий детектор гамма-випромінювання на основі ксенону високої чистоти. Східно-європейський фізичний журнал, (4), 28-34. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-4-04
Номер
№ 4 (2020): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2020 С. Соколов, А. Пудов, А. Рибка, В. Кутній, А. Абизов, Г. Холомєєв, С. Мельніков

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).