Was ist schnelle Neutronendetektion – Definition

Schnelle Neutronen sind Neutronen mit einer kinetischen Energie von mehr als 1 MeV (~ 15 000 km / s). In Kernreaktoren werden diese Neutronen üblicherweise als Spaltneutronen bezeichnet. Die Spaltungsneutronen haben eine Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung mit einer mittleren Energie (für 235U-Spaltung ) von 2 MeV. In einem Kernreaktor werden die schnellen Neutronen durch einen Prozess, der als Neutronenmoderation bezeichnet wird , zu thermischen Energien abgebremst. Diese Neutronen werden auch durch Kernprozesse wie Kernspaltung oder (ɑ, n) -Reaktionen erzeugt .

Im Allgemeinen gibt es viele Detektionsprinzipien und viele Arten von Detektoren. Es muss jedoch hinzugefügt werden, dass die schnelle Neutronendetektion eine sehr ausgefeilte Disziplin ist, da der Querschnitt schneller Neutronen viel kleiner ist als im Energiebereich für langsame Neutronen. Schnelle Neutronen werden oft entdeckt, indem sie zuerst auf thermische Energien abgebremst werden. Dabei gehen jedoch die Informationen über die ursprüngliche Energie des Neutrons, seine Bewegungsrichtung und die Emissionszeit verloren.

Proton Recoil – Rückstoßdetektoren

Der wichtigste Detektortyp für schnelle Neutronen ist derjenige, der Rückstoßteilchen , insbesondere Rückstoßprotonen, die durch elastische (n, p) Streuung entstehen, direkt detektiert . Tatsächlich sind nur Wasserstoff- und Heliumkerne für die praktische Anwendung leicht genug. Im letzteren Fall werden die Rückstoßpartikel in einem Detektor detektiert. Neutronen können mehr Energie auf Lichtkerne übertragen. Diese Methode eignet sich zum Nachweis schneller Neutronen und ermöglicht den Nachweis schneller Neutronen ohne Moderator . Mit dieser Methode kann die Energie des Neutrons zusammen mit der Neutronenfluenz gemessen werden, dh der Detektor kann als Spektrometer verwendet werden. Typische schnelle Neutronendetektoren sind FlüssigszintillatorenHelium-4-basierte Edelgasdetektoren und Kunststoffdetektoren (Szintillatoren). Beispielsweise hat der Kunststoff einen hohen Wasserstoffgehalt, daher ist er für schnelle Neutronendetektoren nützlich , wenn er als Szintillator verwendet wird.

Bonner Spheres Spektrometer

Es gibt verschiedene Methoden zum Nachweis langsamer Neutronen und wenige Methoden zum Nachweis schneller Neutronen. Daher besteht eine Technik zum Messen schneller Neutronen darin, sie in langsame
Neutronen umzuwandeln und dann die langsamen Neutronen zu messen. Eine der möglichen Methoden basiert auf Bonner-Kugeln . Die Methode wurde erstmals 1960 von Ewing und Tom W. Bonner beschrieben und verwendet thermische Neutronendetektoren (normalerweise anorganische Szintillatoren wie ⁶ LiI), die in moderierende Kugeln unterschiedlicher Größe eingebettet sind.  Bonner-Kugeln werden häufig zur Messung von Neutronenspektren mit Neutronenenergien im Bereich von thermischen bis zu mindestens 20 MeV verwendet. Ein Bonner-Kugelneutronenspektrometer (BSS) besteht aus einem thermischen Neutronendetektor und einer Kugelschale aus Polyethylenund zwei optionale Bleischalen in verschiedenen Größen. Zum Nachweis thermischer Neutronen können ein ³ He-Detektor oder anorganische Szintillatoren wie ⁶ LiI verwendet werden. LiGlass-Szintillatoren sind sehr beliebt für den Nachweis von thermischen Neutronen. Der Vorteil von LiGlass-Szintillatoren ist ihre Stabilität und ihr großer Größenbereich.

Detektion von Neutronen mittels Szintillationszähler

Szintillationszähler  werden verwendet, um Strahlung in einer Vielzahl von Anwendungen zu messen, einschließlich Handmessgeräten für Strahlungsmessungen, Personal- und Umgebungsüberwachung auf  radioaktive Kontamination , medizinische Bildgebung, radiometrische Tests, nukleare Sicherheit und Sicherheit von Nuklearanlagen. Sie sind weit verbreitet, weil sie kostengünstig und dennoch mit gutem Wirkungsgrad hergestellt werden können und sowohl die Intensität als auch die Energie der einfallenden Strahlung messen können.

Szintillationszähler können verwendet werden, um Alpha- ,  Beta- und  Gammastrahlung zu erfassen  . Sie können auch zum  Nachweis von Neutronen eingesetzt werden . Zu diesem Zweck werden verschiedene Szintillatoren verwendet.

• Neutronen . Da die Neutronen  elektrisch neutrale Teilchen sind, sind  sie hauptsächlich  starken Kernkräften ausgesetzt,  jedoch keinen elektrischen Kräften. Daher ionisieren Neutronen  nicht direkt  und müssen in der Regel  in geladene Teilchen umgewandelt werden, bevor sie nachgewiesen werden können. Im Allgemeinen muss jeder Typ von Neutronendetektor mit einem Konverter (um Neutronenstrahlung in übliche nachweisbare Strahlung umzuwandeln) und einem der herkömmlichen Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor, Gasdetektor, Halbleiterdetektor usw.) ausgestattet sein.  Schnelle Neutronen  (> 0,5 MeV) beruhen in erster Linie auf dem Rückstoßproton in (n, p) -Reaktionen. Materialien, die reich an Wasserstoff sind, zum Beispiel  Kunststoff-Szintillatoreneignen sich daher am besten für ihre Detektion. Thermische Neutronen  stützen sich auf Kernreaktionen wie die (n, γ) – oder (n, α) -Reaktionen, um Ionisation zu erzeugen. Materialien wie LiI (Eu) oder Glassilikate eignen sich daher besonders zum Nachweis von thermischen Neutronen. Der Vorteil von 6LiGlass-Szintillatoren ist ihre Stabilität und ihr großer Größenbereich.