3
2
Двухкоординатный детектор тепловых и холодных нейтронов с газовым конвертором Не

Полезная модель относится к области регистрации тепловых и холодных нейтронов (т.х.н.) и предназначена для исследования структуры вещества в физике конденсированного состояния путем регистрации дифракционных спектров, а также в нейтронографии и других прикладных исследованиях.
3
2
0
Изотоп Не является наилучшим газовым конвертором, который характеризуется большим сечением захвата теплового нейтрона с энергией Ет=kT=0.0253 эВ и длиной волны  где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. Сечение захвата холодных нейтронов увеличивается пропорционально длине волны λ/λ.
Реакция захвата нейтрона ядром гелия сопровождается рождением двух заряженных частиц - тритона (191 кэВ) и протона (573 кэВ) с довольно большим суммарным энерговыделением 764 кэВ:
3
1
1
2
3
8
что создает в рабочем (конверсионном) зазоре относительно большой заряд ~30 тысяч первичных электронов в среднем, по которому определяется факт регистрации нейтрона и координаты точки захвата нейтрона. Для увеличения эффективности регистрации нейтронов необходима определенная концентрация ядер в рабочем зазоре детектора, поэтому газ Не используется при относительно высоком давлении. Продукты реакции (1) - две положительно заряженные частицы вылетают из точки захвата нейтрона под углом 180° друг к другу изотропно во всех направлениях. Заряд первичных электронов распределен вдоль треков частиц-фрагментов. Длины пробега фрагментов в газе не одинаковые, что вносит погрешность в определение координат точки захвата нейтрона, т.к. регистрируется центр тяжести образованного заряда. Центр тяжести смещен в сторону пробега более энергичного протона, причем неизвестно, в какую сторону, что устанавливает предел пространственного разрешения. Для улучшения пространственного разрешения детектора необходимо уменьшать пробеги, для чего увеличивается общее давление газовой смеси, добавлением к гелию многоатомного газа, например, пропана (CH). Суммарное давление газовой смеси может составлять 10 атм (на чистом гелии - 30 атм(Cuello G. J., et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2016. P. 746.)) . С увеличением давления газовой смеси необходимо пропорционально увеличивать напряжение, т.к. скорость дрейфа электронов и коэффициент лавинного умножения зависят от отношения Е/р, где Е -напряженность электрического поля, р - давление газа.
3
2
Известны проволочные двухкоординатные детекторы тепловых и холодных нейтронов (т.х.н.) с газовым конвертором Не, на которых построено наибольшее количество нейтронных дифрактометров, например, [1] Knott R.B., et al. A large 2D PSD for thermal neutron detection // Nucl. Instr. and Meth. A392. 1997. P. 62-67; [2] Radeka V. et al. High-performance, imaging, thermal neutron detectors // Nucl. Instr. and Meth. A419. 1998. P. 642-647; [3] Andreev V., et al. Two-dimensional detector of thermal neutrons // Nucl. Instr. and Meth. A581. 2007. P. 123-127.
Проволочный детектор состоит из герметичного корпуса с газовым рабочим зазором, образованным между входным и выходным окном корпуса, в котором размещены проволочные электроды: анодные и катодные проволочки многопроволочной пропорциональной камеры. Амплитудный спектр регистрируемых сигналов содержит пик, соответствующий суммарной энергии 764 кэВ, и "хвост", простирающийся до нуля. Захват нейтрона может произойти в любой точке рабочего зазора по его глубине, в том числе вблизи входного или выходного окна, когда трек одного из фрагментов реакции (1) касается окна, и электроны теряются (эффект окна). Поэтому требуется дополнительное умножение числа первичных электронов, чтобы регистрация полезного сигнала происходила выше порога гамма-фона, который сопровождает пучки т.х.н. и является основным фоном. В проволочной камере умножение электронов производится на анодных проволочках, в работе [1] усиление 10-15, в работе [2] 20, а в работе [3] ~200. Координаты X и Y определяются, например, по номерам сработавших катодных проволочек: X - одного катода и Y - другого, см. [1].
Детекторы [1] и [3] работают с ошибкой параллакса по X и Y, т.к. имеют планарную детектирующую поверхность. Чем ближе ко входному окну происходит захват нейтрона, тем больше ошибка параллакса в координатах X и Y. Для устранения параллакса поперек проволочек по Х-координате в детекторе [2] каждому модулю придается цилиндрическая форма детектирующей поверхности с радиусом изгиба 1.5 м (расстояние от образца до детектора). В этом случае дрейф первичных электронов происходит по нормали к поверхности изгиба, и параллакс устраняется. Уменьшение параллакса по Y координате в проволочных камерах затруднено. В работе [2] обсуждается способ с установкой на входном окне корпуса специального электрода с распределенным отрицательным потенциалом для создания специального электрического поля в рабочем зазоре детектора.
5
2
Другим недостатком проволочных камер [1-3] является низкое быстродействие ~10 Гц/см. Причина - пространственный заряд положительных ионов, которые окружают анодные проволочки, экранируя их, в результате чего начинает падать усиление камеры при дальнейшем увеличении загрузки. Отметим еще ряд недостатков проволочных камер: наличие высокого напряжения на считывающих электродах, поэтому требуются высоковольтные разделительные конденсаторы и резисторно-диодные цепочки защиты на входе усилителей, что приводит к ненадежности. В работе [3] применено пять проволочных электродов вместо трех [1, 2] с тем, чтобы маломощные интегральные линии задержки разместить на нулевом потенциале катодов, для чего понадобилось ввести два дополнительных дрейфовых проволочных электрода и подать на них отрицательное напряжение, чем существенно усложнена конструкция детектора.
6
2
На порядок выше быстродействие ~10 Гц/см у детектора тепловых и холодных нейтронов, который выполнен на иной системе умножения первичного заряда - микростриповом газовом счетчике (Micro-Strip Gas Counter - далее MSGC) [4] (OedA., Position-sensitive detector with microstrip anode for electron multiplication with gas. Nucl. Instr. And Meth. A263, 1988, p. 351-359). Ha MSGC построено также немало нейтронных дифрактометров с хорошими параметрами.
Здесь система умножения первичного заряда выполнена на узких печатных стрипах анод-катод, которые расположены параллельно друг другу и размещены на подложке из оптического стекла методом фотолитографии. Анодом является узкий стрип с шириной 10 мкм, толщина которого также порядка 10 мкм, а катодом является относительно широкий стрип 100-1000 мкм. Печатные катод и анод расположены друг от друга на расстоянии в 50-100 раз меньшем, чем в проволочной камере, отсюда в 50-100 раз более высокое быстродействие детектора, т.к. положительные ионы быстрее покидают зазор анод-катод. Шаг стрипов - 1 мм и более выбирается в соответствии с требуемым пространственным разрешением детектора. Коэффициент усиления, принятый в MCGC, составляет 30-100.
2
2
2
2
На MSGC, как правило, шире рабочий зазор по сравнению с проволочными камерами, а значит больше параллакс. Для иллюстрации того, как устранен параллакс в горизонтальной Х-координате в детекторе т.х.н. с зазором 50 мм, приведем пример кольцевого дифрактометра. (Hansen Т., et al. // Meas. Sci. Technol. 19. 2008. The D20 instrument at the ILL: A versatile high-intensity two-axis neutron diffractometer. DOI:l0.1088/0957-0233/19/3/034001.). Здесь выполнена кусочно-линейная аппроксимация цилиндрической поверхности с радиусом 1.47 м (расстояние от образца до детектора) 48 модулями MSGC 127×127 мм с активной областью 80×80 мм.
2
2
4
Детектор, описанный в работе [5] (Tanaka H., et al. Development of Two-Dimensional Micro-Strip Gas Detector With Individual Readouts for Neutron Scattering Experiments // IEEE transaction on NS V.53. №4. 2006. P. 2264), отличается от [4] тем, что в качестве подложки используется гибкая полиимидная пленка-каптон толщиной 17 мкм. Детектор выполнен с маленькими размерами активной площади 51×51 мм и работает при усилении 30 на смеси 3Не/CF с парциальным давлением 8/2 атм, соответственно. При таких размерах проблема параллакса не актуальна. Гибкую подложку принципиально можно изогнуть, придав детектирующей поверхности цилиндрическую и даже сферическую форму для исключения параллакса, как поперек стрипов по Х-координате, так и вдоль стрипов - по Y. Однако такая конструкция детектора не известна. Цитируемый детектор [4] с прекрасными характеристиками, полностью удовлетворяющими требованиям эффективной регистрации т.х.н., имеет плоскую детектирующую поверхность.
Другие недостатки микро-стриповых детекторов [4, 5]: невысокая надежность, при электрическом пробое между анодом и катодом возможен обрыв узкого анодного стрипа; наличие высокого напряжения на считывающих электродах, поэтому требуются высоковольтные разделительные конденсаторы и резисторно-диодные цепочки защиты на входе усилителей.
3
Известна работа, в которой для регистрации т.х.н. газовым конвертором Не2 умножение первичного заряда производится газовым электронным умножителем [6] (Vuure Т.L. et al. High-Pressure GEM Operation Aiming at Thermal Neutron Detection // IEEE Trans, on Nucl. Sci. NS 48. №4. 2001. P. 1092-1094); подробно, см. [7] (Vuure T.L. // Thermal-neutron detection based on the Gas Electron Multiplier PhD theses, Delft University Press. Netherlands. 2004).
3
3
2
3
3
2
2
В газовом электронном умножителе (GEM - Gas Electron Multiplier, далее будет использоваться русская аббревиатура ГЭУ) умножение первичного заряда происходит в отверстиях, образованных в фольгированном с двух сторон каптоне толщиной 50 микрон с отверстиями диаметром 50 мкм, расположенными гексагонально с шагом 140 мкм. В работе [6] для умножения первичного заряда впервые исследуется возможность применения "классического" GEM (F. Sauli, GEM: A new concept for electron amplification in gas detectors // Nucl. Instrum. Meth., vol. A386,1997, 531-534) с размерами 5×5 см применительно к регистрации т.х.н. с газовым конвертором Не при давлении до 10 атм. Электроны первичного заряда, образовавшиеся в рабочем зазоре при захвате нейтрона ядром Не, дрейфуют к отверстиям GEM. Внутри отверстий происходит пропорциональное усиление первичного заряда за счет лавинной ионизации атомов газа. Вторичный заряд электронов выходит из отверстий в индукционный зазор, где расположена плата считывания, содержащая ортогонально ориентированные стрипы для определения координат X и Y вторичного заряда. В работе показано, что при давлении газовой смеси 10 атм достигается усиление 10-100, однако отмечается, что наблюдаются пробои в отверстиях. Следует подчеркнуть, что реальных дифрактометров, выполненных на GEM, пока нет, но есть на MSGC, a GEM не уступает, а в ряде характеристик превосходит MSGC. Так, быстродействие GEM выше чем MSGC, т.к. число отверстий на площади 1 см больше чем стрипов в MSGC, а каждое отверстие - независимый пропорциональный счетчик. Кроме того, одинаковое пространственное разрешение в направлении осей X и Y, т.к. размещение отверстий в обоих направлениях одинаковое.
В случае пробоя выделяется энергия, пропорциональна квадрату напряжения и межэлектродной емкости (как уже отмечалось, с увеличением давления газа необходимо увеличивать напряжение). По этой причине для уменьшения емкости необходимо уменьшать размеры детектора.
4
4
2
Дополнительным недостатком ГЭУ, который используется в работе [6], является наличие индукционного зазора, что усложняет выполнение изгиба для устранения параллакса. Следует отметить, что известен сферический изгиб детектирующей поверхности ГЭУ для устранения параллакса по X и Y( Pinto S.D., et al. First results of spherical GEMs // arXiv:1011.5528vl). Этот детектор изготовлен для рентгенографии для работы в смеси Ar/СО при атмосферном давлении. Для регистрации т.х.н. с гелиевым конвертором при высоком давлении, такая конструкция не годится, т.к. требуется более мелкая сегментация. Из других недостатков отметим наличие высокого напряжения на считывающих электродах: требуются высоковольтные разделительные конденсаторы и резисторно-диодные цепочки защиты на входе усилителей в системе считывания.
3
2
Основными задачами изобретения являются: исключение параллакса сферическим изгибом детектирующей поверхности двухкоординатного детектора т.х.н. с газовым конвертором Не при высоком давлении, выполненном с ГЭУ, повышение надежности и увеличение размеров детектора при сохранении высокого быстродействия и пространственного разрешения.
Технический эффект - повышение надежности детектора.
3
3
2
2
Технический эффект полезной модели достигается тем, что в заявляемом двухкоординатном детекторе т.х.н. с газовым конвертором Не, содержащем герметичный корпус с рабочим (конверсионным) зазором, образованным между входным и выходным окном, и заполненный под давлением газовой смесью Не с многоатомной добавкой, в котором размещены газовый электронный умножитель (ГЭУ) с системой считывания координат новым является то, что использован ГЭУ колодезного типа с резистивным электродом из алмазоподобного углерода (АПУ), нанесенным на проводящую печатную решетку, который вместе с системой считывания образует одну гибкую многослойную плату, размещенную на внутренней поверхности выходного окна герметичного корпуса. При этом форма выходного окна выполнена сферической с радиусом, например, 1 м, а размещенная на ее внутренней поверхности плата принимает форму окна. Печатные проводники решетки размещены между отверстиями, причем шаг решетки выбран кратным шагу отверстий ГЭУ и предельно малым, например, 0.5 мм при шаге отверстий 0.5 мм, а считывающие стрипы размещены напротив отверстий ГЭУ.
Повышение надежности детектора достигается тем, что резистивный электрод существенно уменьшает емкость, которая в случае электрического пробоя разряжается на плазму в отверстии, т.е. не нужна сегментация электродов. Разряд, если возникает, то тут же "гасится" высоким сопротивлением резистивного электрода, т.к. снижается межэлектродное напряжение. Алмазоподобный углерод, обладая высоким удельным электрическим сопротивлением, исключительно устойчив к воздействию электрических разрядов благодаря высокой твердости, гладкости, прочному удержанию графита в алмазе, высокой температуре плавления; во-вторых, это - тонкий слой (не больше 1 микрона); плата с нанесенным слоем АПУ остается гибкой. Подача напряжения на АПУ впервые производится при помощи проводящей печатной решетки с предельно малым шагом, например, 0.5 мм при шаге отверстий 0.5 мм. Кроме того, благодаря нулевому напряжению на считывающих стрипах не нужны разделительные емкости и цепочки защиты на входах усилителей, что дополнительно повышает надежность.
Ошибка параллакса по измеряемым X и Y координатам устраняется изгибом платы в сферическую форму с радиусом, например, 1 м (расстояние от исследуемого образца дифрактометра до детектора), при этом одновременно изгибаются детектирующая поверхность и считывающие стрипы, причем упрощается технология изгиба тем, что плата размещается на внутренней поверхности выходного окна и давлением газа плотно прижимается к нему и повторяет его форму.
Размеры детектора увеличены во-первых, тем, что в резистивном ГЭУ не нужна сегментация, во-вторых, применением модульного принципа, как показано ниже.
Пространственное разрешение предлагаемого детектора определяется шагом отверстий ГЭУ, например, 0.5 мм. Подчеркнем, что шаг отверстий 140 мкм, как в работе [6], представляется избыточным усложнением.
2
Быстродействие предложенного детектора с ГЭУ колодезного типа также увеличено по сравнению с тем, которое достигнутого в MSGC, потому, что число отверстий в ГЭУ больше на 1 см чем стрипов анод-катод в MSGC, а каждое отверстие ГЭУ - независимый пропорциональный счетчик. Высокое быстродействие в предложенном техническом решении достигается за счет того, что путь, на который растекается заряд электронов по поверхности АПУ до его рекомбинации, уменьшен до 0.5 мм. Это в 20 раз меньше по сравнению с известными резистивными ГЭУ колодезного типа, что соответственно увеличивает быстродействие. Время стекания заряда определяется поверхностным сопротивлением резистивного слоя R и шагом решетки s:
6
2
где  - электрическая постоянная,  - диэлектрическая проницаемость материала подложки  Для s=0.5 мм и  получим Т=180 не, что с обеспечивает быстродействие ~10 Гц/см.
3
2
Двухкоординатный детектор т.х.н. с газовым конвертором Не для различных дифрактометров приведен на рисунках Фиг. 1 и Фиг. 2, где 1 - герметичный корпус со входным окном 2 и выходным окном 3, между которыми создан рабочий (конверсионный) газовый зазор 4; плата, содержащая ГЭУ колодезного типа с резистивным электродом вместе с системой регистрации координат, подробно представлена на рисунках Фиг. 3 и Фиг. 4. На Фиг. 3 изображено в разрезе устройство используемого ГЭУ колодезного типа, где показано размещение печатной проводящей решетки, на которую нанесен АПУ, относительно отверстий ГЭУ. На Фиг. 4 изображено в разрезе устройство используемого ГЭУ колодезного типа, где в других слоях многослойной структуры показано, как размещены считывающие стрипы X и Y относительно отверстий ГЭУ. Стрипы Y выбираются шире стрипов X, чтобы заряды на них наводились одинаковыми.
5
5
Материалом используемого ГЭУ колодезного типа в предлагаемом детекторе т.х.н. является односторонний фольгированный диэлектрик ( Материалом может быть стеклотекстолит, полиимидная пленка (каптон), лавсан, фторопласт и др.) толщиной, например, 0.5 мм с отверстиями диаметром 0.2 мм, расположенными с одинаковым шагом по осям X и Y, например, 0.5 мм. Элементами ГЭУ колодезного типа являются: 5 - первый электрод ГЭУ; 6 - отверстия; 7 - резистивный слой, выполняющий функцию второго электрода ГЭУ, нанесенный на подложку 8 с проводящей печатной решеткой 9; стрипы 10 и 12, выполненные взаимно ортогонально на плате 11; 13 - дополнительный изолятор, позволяющий размещать плату непосредственно на внутренней поверхности выходного окна 3 в корпусе 1, если это один модуль, или на дополнительной материнской плате при модульном исполнении детектора т.х.н., как показано на рисунках Фиг. 1 и Фиг. 2.
2
2
2
6
6
2
Как правило, детекторы для дифрактометров строятся по модульному принципу, см. [2]. При накоплении дифракционных спектров модули детектора могут работать параллельно и независимо для ускорения набора дифрактограмм, т.к. известен номер сработавшего модуля по сигналу с электрода 5. На рисунках Фиг. 1 и Фиг. 2 показан общий случай модульного построения двухкоординатного детектора т.х.н. для различных дифрактометров. Каждый модуль имеет изогнутую по сфере детектирующую поверхность. Границы модулей обозначены пунктирными линиями. Частный случай - один модуль. Например, размещением 60 модулей с размерами 100×100 мм в два ряда, как показано на рисунке Фиг. 1, создается двухкоординатный детектор т.х.н. для кольцевого дифрактометра с апертурой в вертикальной плоскости 200 мм, охватывающий в горизонтальной плоскости диапазон углов 180° с расстоянием до образца, например, 1 м. Размещением модулей с размерами 100×100 мм, например, в виде матрицы 5×5, как показано на рисунке Фиг. 2, создается детектор для дифрактометра малоуглового рассеяния с апертурой 500×500 мм. Следует подчеркнуть, что в этом случае девять модулей оказываются внутренними. Для подачи напряжения на внутренние модули и вывода стрипов X и Y на периферию детектора к усилителям можно применить объединяющую (материнскую) печатную плату. ( Современная промышленность позволяет производить гибкие печатные платы до 1 м). Между модулями при размещении их на материнской печатной плате допускается промежуток до 5 мм. Этот промежуток приводит к небольшой потере эффективности регистрации нейтронов ~5% (как и в известных детекторах), но такого промежутка вполне достаточно для подведения рабочего напряжения к внутренним модулям детектора по известной технологии многослойных печатных плат с глухими металлизированными отверстиями. Размещением металлизированных отверстий в местах склейки плат создается необходимая изоляция для подачи рабочего напряжения порядка 1 кВ на электроды внутренних модулей.
7
7
Для создания детектора т.х.н. необходим катод. Катодом может быть корпус детектора. На рисунке Фиг. 5 показаны высоковольтные элементы предлагаемого детектора: высоковольтные источники напряжения 14 и резисторы 15. Если катодом является корпус с нулевым потенциалом, см. Фиг. 5 а, то на первый электрод ГЭУ подается положительное напряжение напряжение +V1, а на резистивный электрод - положительное напряжение напряжение +V2 большее V1. Если необходимо, например, изолировать катод от корпуса, то катод наносится на пленку ( Фторопласт с напыленным на одну сторону металлом. Фторопласт не содержит водорода, сильно рассеивающего нейтроны, приклеивается лишь вдоль периметра к внутренней поверхности входного окна и давлением газа плотно прижимается к окну, повторяя его форму, цилиндрическую или сферическую в случае соответствующего изгиба входного окна.) см. Фиг. 5b, и тогда на него можно подать отрицательное напряжение -V1, на первый электрод ГЭУ - нулевое напряжение (V=0), а на резистивный электрод - положительное напряжение напряжение +V2.
Отличительной особенностью предлагаемого двухкоординатного гелиевого детектора т.х.н. является то, что на считывающих электродах нулевое напряжение в любом из случаев, приведенных на Фиг. 5. Как следствие, отсутствуют перегружающие токи и напряжения в случае пробоев в газе, поэтому на входе усилителей не нужны разделительные конденсаторы и резисторно-диодные цепочки защиты, что дополнительно повышает надежность и упрощает схему регистрации сигналов с каждого стрипа, как это сделано в работе [1]. При определении координаты по центру тяжести вторичного заряда, как это сделано в работе [2], в резистивном делителе можно применить маломощные резисторы поверхностного монтажа минимального типоразмера (например, 0201) которые припаиваются к концам стрипов и образуют делитель. Для определения координаты по задержке сигналов, как в [3], линии задержки также могут быть маломощными.
3
3
2
2
3
8
Предлагаемый двухкоординатный газонаполненный гелиевый детектор тепловых и холодных нейтронов работает следующим образом. Нейтрон, рассеянный на образце, проникает через входное окно 2 герметичного корпуса 1 и попадает в рабочий (конверсионный) зазор с газовым конвертором Не. Выходное окно 3 повторяет форму входного окна 2, чем создается необходимый рабочий (конверсионный) зазор. В рабочем зазоре 4 в любом месте по глубине нейтрон может быть захвачен ядром Не. В результате развала возбужденного ядра гелия на заряженные фрагменты реакции (1) последние ионизуют атомы газа с образованием в рабочем зазоре первичного заряда, достаточно хорошо локализованного, например, 1-2 мм, если выбрать соответствующее суммарное давление гелия и многоатомной добавки, например, пропана (СН). Первичный заряд электронов дрейфует в радиальном электрическом поле Е, созданном в рабочем зазоре 4 изгибом, к отверстиям ГЭУ по силовым линиям, направленным по нормали к изогнутым электродам. Корпус детектора может выполнять роль катода, как показано на рисунок Фиг. 5а. Но можно установить на внутренней поверхности входного окна 2 катод, на который подать отрицательное напряжение. В этом случае электрод 5 имеет нулевой потенциал, а резистивный слой 7 и решетка 9 - положительный, как показано на рисунок Фиг. 5b. В результате лавинного умножения электронов в сильном электрическом поле внутри отверстий 6 возникает вторичный заряд, достаточный для его надежной регистрации. Этот заряд состоит из двух компонент - электронной и ионнной. Электронный заряд "садится" на резистивный слой, ионный дрейфует в сторону катода. Разделенные электрическим полем электронная и ионнная компоненты вторичного заряда и их движение индуцируют сигналы отрицательной полярности на электродах 7, 9, а также на считывающих стрипах 10 и 12. Положительная полярность сигналов индуцируется на электроде 5. Основной вклад в наведенный сигнал создает электронный заряд, растекающийся по поверхности АПУ. Если первичный заряд ~30 тысяч электронов (5 фКл), то умножением его на коэффициент газового усиления, например, 20 находим вторичный заряд ~100 фКл. Этот заряд делится пополам между X и Y стрипами и составляет достаточно большой сигнал по сравнению с тепловыми шумами электроники (~1 фКл).
Для того, чтобы съем координатной информации происходил с максимальным быстродействием необходимо столько усилителей, сколько стрипов, как в [1], и координаты X и Y определять по номеру стрипа логической схемой. Возможны также и "экономичные" варианты съема координатной информации с использованием резистивных делителей [2] и линий задержки [3], при этом снижается быстродействие, но не ниже, чем в MSGC.
Оценим эффективность детектора по формуле:
A
0
A
2
0
3
3
пренебрегая потерями нейтронов в материале входного окна. Здесь N⋅ρ/A⋅σ(λ)=0.134, N - число Авогадро, ρ - плотность (г/см), А - атомная масса, t - толщина слоя конвертора или рабочего зазора (см), р - парциальное давление Н (атм), λ - длина волны нейтрона  Из приведенного на рисунке Фиг. 6 графика, построенного по зависимости (3), можно определить эффективность, как функцию произведения переменных t⋅p⋅λ/λ, где  Например, при t=2.2 см, если р>5.5 атм, а λ=1.8  получается
4
8
8
Добавкой многоатомного газа CF 3 атм можно получить пространственное разрешение детектора 1 мм (полная ширина на полувысоте) с характеристиками, как в работе [5]. Напряженность дрейфового поля Е в рабочем зазоре детектора может составлять 2.5 кВ/см, как в работе [5]. Для этого напряжение на электроде 5 (см. Фиг. 2) должно быть +5.5 кВ относительно корпуса, а на резистивном электроде 7 приблизительно 6.5 кВ при суммарном давления газовой смеси р=8.5 атм, как в работе [5]. Каптон толщиной 100 микрон (если его применить в качестве изолятора 13, Фиг. 2) выдерживает напряжение 15 кВ. Однако, если на внутреннюю поверхность входного окна нанести фторопласт( Фторопласт не содержит водорода, сильно рассеивающего нейтроны. Фторопласт может быть приклеен к поверхности входного окна только по периметру и давлением рабочего газа плотно прижат к поверхности окна, принимая профиль входного окна.), с напыленным на одну сторону металлом, то напряжение на катоде заменяется на отрицательное -5.5 кВ при нулевом напряжении на электроде 5, чем создается та же напряженность поля 2.5 кВ/см в рабочем зазоре. Но в этом случае на электроде 7 получим напряжение не более +1 кВ. При таком снижении напряжения упрощается подача напряжений на внутренние модули детектора, см. Фиг. 2.
Литература
1. Knott R.B., et al. A large 2D PSD for thermal neutron detection // Nucl. Instr. and Meth. A392. 1997. P. 62-67.
2. Radeka V., et al. High-performance, imaging, thermal neutron detectors // Nucl. Instr. and Meth. A419. 1998. P. 642-647.
3. Andreev V., et al. Two-dimensional detector of thermal neutrons // Nucl. Instr. and Meth. A581. 2007. P. 123-127.
4. Oed A., Position-sensitive detector with microstrip anode for electron multiplication with gas. // Nucl. Instr. and Meth. A263 (1988) p. 351-359.
5. Tanaka H., et al. Development of Two-Dimensional Micro-Strip Gas Detector With Individual Readouts for Neutron Scattering Experiments. // IEEE transaction on NS V.53. №4. 2006. P. 2264.
6. Vuure T.L. et al. High-Pressure GEM Operation Aiming at Thermal Neutron Detection // IEEE Trans, on Nucl. Sci. NS 48. №4. 2001. P. 1092-1094.