ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР НЕЙТРОНОВ

Полезная модель относится к технике регистрации заряженных частиц и нейтронов и может быть использована в качестве регистрирующего детектора в физике, кристаллографии, дефектоскопии и медицинской томографии.
Известен двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор нейтронов, содержащий плоские проволочные электроды, выполненные из проволок, натянутых параллельно друг другу на плоскопараллельные рамы из стеклотекстолита или эпоксидно-клеевой основы, и заполненный газовой смесью, а также содержащий средства газонаполнения, подачи высокого напряжения на проволочные электроды и вывода с них электрических сигналов (см. Г.А.Черемухина и др. Двумерный детектор со съемом данных с помощью линии задержки для измерения полей медленных нейтронов. Препринт ОИЯИ JVol 3-92-52, 1992). Недостатком этого детектора является необходимость периодической регенерации газовой среды из-за ее загрязнения парами материалов, используемых в детекторе или газовыделения из них. Такая система регенерации и очистки газа под давлением сама является сложным дорогостоящим прибором и для ее работы необходимо значительное количество газа. Кроме того, регенерация газовой смеси позволяет лишь на некоторое время продлить срок службы детектора. Другим недостатком является попадание значительных участков диэлектрических рам в область высокой наUiwc fi0(
пряженности электрического поля. На неровностях поверхности этих участков рам накапливается паразитный заряд, который затем лавинным образом разряжается на проволоках. Это приводит к неустойчивости работы детектора, особенно при высоких интенсивностях регистрируемых частиц.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор нейтронов, содержащий герметичный корпус, заполненный газовой смесью, в котором размещены параллельно друг другу плоские проволочные электроды и электрически изолированные от корпуса металлические стержни, на которых закреплены, натянутые параллельно друг другу, проволоки проволочных электродов, а также средства газонаполнения, подачи высокого напряжения на проволочные электроды и вывода электрических сигналов с них (см. H.Kalmar, A.G.Ketikjan, E.V.Komissarov, V.S.Kurbatov, V.Z.Serdiuk, V.V.Sidorkin, A.V.Voskanjan and B.G.Zalikhanov. New methods for constructing multiwire chambers. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A307 (1991)279-285).
Недостатком такого детектора также является использование в его конструкции материалов, пары которых или газовыделение приводят к деградации рабочих свойств газовой смеси при отсутствии системы ее регенерации, что делает невозможным его использование для регистрации нейтронов.
Заявляемый в качестве полезной модели, двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор направлен на расширение области его применения за счет возможности регистрирования нейтронов и на
нения за счет возможности регистрирования нейтронов и на обеспечение увеличения срока службы детектора без необходимости очистки и регенерации газовой смеси, а также на увеличение стабильности работы детектора и технологичности в изготовлении.
Решение данной задачи достигается тем, что двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор нейтронов, содержащий герметичный корпус, заполненный газовой смесью, в котором размещены параллельно друг другу плоские проволочные электроды и электрически изолированные от корпуса металлические стержни, на которых закреплены, натянутые параллельно друг другу, проволоки проволочных электродов, а также средства газонаполнения, подачи высокого напряжения на проволочные электроды и вывода электрических сигналов с них, дополнительно содержит распределенные линии задержки, а также стержни поддержки, выполненные из диэлектрического материала, на которых размещены шайбы калиброванной толщины, выполненные из диэлектрического материала, между которыми размещены проволоки проволочных электродов, газовая смесь приготовлена на основе изотопа гелия-3, герметичный корпус выполнен в виде металлического основания с металлической крышкой с уплотнением для герметизации и окном для пропускания нейтронов, выполненным меньшей толщины, чем толщина стенок крышки, на основании размещена металлическая платформа, выполненная в виде рамы, между противоположными сторонами которой параллельно плоскости рамы размещены проволочные дрейфовый электрод,
WG O f-iOb
проволоки которого натянуты между двумя металлическими стержнями, Xкатод, проволоки которого натянуты между металлическим стержнем и распределенной линией задержки и двумя стержнями поддержки, размещенными между ними, анод, проволоки которого натянуты между двумя металлическими стержнями и двумя стержнями поддержки, размещенными между ними, Y-катод, проволоки которого натянуты между металлическим стержнем и распределенной линией задержки и двумя стержнями поддержки, размещенными между ними, а также металлический заземленный электрод, выполненный из проволок, сетки или в виде пластины, причем проволоки Xкатода и Y-катода натянуты во взаимно перпендикулярных направлениях, стержни поддержки выполнены с возможностью параллельного смещения перпендикулярно плоскости проволочных электродов с возможностью натяжения проволок, а в качестве металлических и диэлектрических материалов использованы материалы с малым давлением насыщенных паров и малым газовыделением. Кроме того, металлические части детектора выполнены из нержавеющей стали или латуни, а в качестве диэлектрических материалов использованы тефлон или стекло. При этом в качестве проволок проволочных электродов использована золоченая вольфрам-рениевая проволока. Также, стержни поддержки, могут быть выполнены в виде трубок из диэлектрического материала.
На фиг. 1 представлен вариант конструктивного выполнения двухкоординатного позиционно-чувствительного детектора нейтронов.
Двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор нейтронов (фиг. 1) содержит герметичный корпус, выполненный в виде металлического основания 1 и металлической крышки 2 с уплотнением для герметизации и окном 3 для пропускания нейтронов, выполненным меньшей толш;ины, чем толидина стенок крышки. Герметизация производится стяжными болтами с индиевым уплотнением. Корпус заполнен газовой смесью на основе изотопа гелия-3 под давлением  3 атм. В основание 1 вмонтированы герметичные стеклянно-металлические контакты 4 для подачи напряжения питания и вывода электрических сигналов с проволочных электродов и газовводы 5.
На основании 1 размеш;ена металлическая платформа 6 в виде рамы, между противоположными сторонами которой параллельно плоскости рамы установлены проволочные электроды: дрейфовый, образованный проволоками 7, натянутыми параллельно друг другу между металлическими стержнями 8 и 9; Х-катод, образованный проволоками 10, натянутыми параллельно друг другу между металлическим стержнем 11 и распределенной ленией задержки 12 и расположенными между тефлоновыми шайбами 13, 14 калиброванной толш;ины, размещенными на стеклянных стержнях поддержки 15, 16; анод, образованный проволоками 17, натянутыми параллельно друг другу между металлическими стержнями 18 и 19 и расположенными между тефлоновыми шайбами 20, 21 калиброванной толш,ины, размещенными на стеклянных стержнях поддержки 22, 23; Y-катод, образованный проволоками 24, натянутыми параллельно друг другу между металлическим стержнем 25 и распределенной ленией задержки 26 и расположенными между тефлоновыми шайбами 27, 28 калиброванной толщины, размещенными на стеклянных стержнях поддержки 29, 30; металлический заземленный электрод 31 в виде пластины. Стеклянные стержни поддержки 15, 16, 22, 23, 29, 30 предназначены для поддержки и натяжения проволок и выполнены с возможностью параллельного смещения перпендикулярно относительно плоскости проволочных электродов для обеспечения требуемого натяжения проволок. Стеклянные стержни поддержки с нанизанными на них тефлоновыми шайбами калиброванной толщины обеспечивают точное (+-0,02 мм) позиционирование катодных и анодных проволок по высоте и по шагу. При этом в качестве проволок дрейфового электрода и катода использована золоченая вольфрам-рениевая проволока толщиной 0,05 мм и шагом 2 мм, а анода - толщиной 0,02 мм с шагом 4 мм. Проволоки Х-катода и Y-катода натянуты во взаимно перпендикулярных направлениях.
Детектор работает следующим образом.
Физический процесс регистрации нейтронов основан на их взаимодействии с ядрами гелия-3. Наиболее эффективно такой метод применяется для регистрации медленных нейтронов с длиной волны в несколько ангстрем. В результате этого взаимодействия образуются протоны и тритоны, пробег которых в газовой смеси из гелия-3 и четырехфтористого углерода под давлением 3 ATM составляет соответственно 3 и 1 мм. Углы вылета этих частиц из реакции имеют равномерное распределение. Это приводит к физическому ограничению на позиционное разрешение прибора 1 мм. Энергия ионизации
)С  об в результате взаимодействия нейтрона с гелием-3 составляет 573 кэВ от нотерь на ионизацию для протона и 191 кэВ от потерь от тритона, что приводит к большим зарядовым сигналам при типичном газовом усилении порядка 10. Так как, в отличие от заряженных частиц, в результате акта взаимодействия нейтрона последний теряется, то это приводит к требованию малого зазора между электродными плоскостями. Информация о координате снимается с Х-катода и Y-катода, находящихся под более низким положительным потенциалом, чем соседние электроды, используя метод регистрации наведенного заряда на проволоках.
Электроника считывания промышленного изготовления используется для определения координаты по измерению разности времен поступления токовых электрических импульсов от ионизации газа протонами и тритонами, рожденными в результате взаимодействия нейтрона с ядрами рабочего газа. По разности времени поступления электрических импульсов на два конца распределенной линии задержки определяется координата точки взаимодействия. Чтобы уменьшить влияние формы токового импульса на определение временной отметки применяются формирователи со следящим порогом, передний фронт сигналов с которых жестко привязан к моменту прихода сигналов. Сигнал с одного конца линии задержки подается на вход старт преобразователя время - код, а другой - задерживается постоянной задержкой (ее величина равна величине распределенной линии задержки) и подается на вход стоп. Преобразование производится при наличии сигнала с анода. Коды, соответствующие координатам, через контроллер передаются в персональный компьютер для накопления и отображения графической информации.
Использование данной конструкции детектора обеспечивает расширение области его применения за счет возможности регистрировать нейтроны.
Применение в конструкции детектора материалов с малыми давлением насыщенных паров и газовыделением: стекла, металлов и тефлона, а также вынесение всех конструктивных элементов проволочного крепления, на которых могут накапливаться паразитные электрические заряды, за границы области с высокой напряженностью электрического поля, обеспечивают увеличение срока службы детектора без необходимости очистки и регенерации газовой смеси, а также увеличение стабильности работы детектора и технологичность в изготовлении.
Вместе с тем, использование в конструкции прибора стандартных, изготавливаемых промышленностью конструктивных элементов: стеклянных стержней или трубок, металлического прутка, провода без изоляции позволяет упростить и удешевить конструкцию детектора. Конструкция детектора, собранная из унифицированных элементов позволяет собирать детекторы различных размеров.