Работа стоит на отшибе: рядом почти никого, ближайший сосед на расстоянии 0.535. Вокруг лежат исследования нейтронной дифракции, рассеяния, методов регистрации нейтронов и детекторов на сцинтилляторах. Но все они либо про тепловые нейтроны, либо про другие газы и геометрии. Азотный сферический счётчик для быстрых нейтронов здесь первопроходец. Раньше такие детекторы уже пробовали с непрерывными спектрами, но никто не калибровал их на моноэнергетическом пучке.
Детектор: алюминиевая сфера диаметром 30 см, заполненная азотом при давлении 1 бар. Внутри 11-анодный сенсор ACHINOS: маленькие шарики из нержавеющей стали диаметром 1 мм, расположенные на расстоянии 1.4 см от центра. Каждый анод имеет свой предусилитель и оцифровку. Нейтроны получали на тандемном ускорителе в Афинах через реакцию 7Li(p,n)7Be. Пучок коллимировали через отверстия в борированном полиэтилене. Энергии нейтронов: 0.75, 1.0, 1.425, 1.8, 2.22, 2.517, 2.75 МэВ. Для каждой энергии измеряли амплитуды импульсов и времена нарастания.
Нейтроны регистрировались через две реакции: 14N(n,p)14C и 14N(n,α)11B. Каждая даёт свой пик на графике амплитуда–время нарастания. Для реакции (n,p) пик размыт по времени из-за большого пробега протонов. Для (n,α) пик компактный. Энергетическое разрешение: 3.1–5.0% для альфа-канала и около 7% для протонного. Восстановленная энергия линейно зависит от энергии пучка. Для реакции (n,α) наклон 1.000±0.015, для (n,p) наклон 0.83±0.10. Это в пределах статистических погрешностей.
Главное отличие от соседей: первая количественная калибровка азотного сферического счётчика на моноэнергетических нейтронах. Раньше были только непрерывные спектры от источников. Теперь есть опорные точки. Это доказывает, что детектор может работать как спектрометр, а не просто счётчик. Плюс индивидуальное считывание с каждого анода позволяет отбрасывать фоновые события и улучшать разрешение.
Дальше можно повышать давление азота, чтобы увеличить эффективность и уменьшить стеновой эффект. Уже есть опыт работы до 1.8 бар. Можно расширять диапазон энергий: ускоритель даёт нейтроны до 20.5 МэВ. Интересно проверить отклик на тепловых нейтронах, где сечение захвата азотом на три порядка ниже, чем у гелия-3, но для некоторых задач это приемлемо.
Работа повлияет на нейтронную дозиметрию в медицине, контроль ядерных материалов, характеризацию фона в подземных лабораториях для поиска тёмной материи и безнейтринного двойного бета-распада.
Провести измерения при более высоком давлении азота и с другими газовыми смесями. Исследовать поведение детектора при энергиях выше 2.75 МэВ, где растёт вклад реакции (n,α).
Для нейтронной физики остаётся проблема точной спектрометрии быстрых нейтронов в смешанных полях. Азотный сферический счётчик может дать дешёвое решение с хорошим разрешением, но нужно лучше понять систематику, особенно баллистический дефицит для протонного канала.
Этот раздел адресован автору работы и его коллегам. Соседние работы нашёл смысловой поиск по нашему архиву — не по совпадению слов, а по смыслу. Мы не рецензируем: мы показываем поле вокруг.
Что сделано в работе
В работе представлен сферический пропорциональный счётчик с азотным наполнением и 11-анодным сенсором ACHINOS, испытанный на пучке моноэнергетических нейтронов с энергиями 0.75–2.75 МэВ. Получены линейные отклики для реакций 14N(n,p)14C и 14N(n,α)11B с энергетическим разрешением 3.1–5.0% для альфа-канала и около 7% для протонного.
В чём сила
Впервые количественно откалиброван азотный сферический детектор на моноэнергетических быстрых нейтронах, что демонстрирует его потенциал как спектрометра, а не только счётчика. Индивидуальное считывание с каждого анода позволяет отбрасывать фоновые события и улучшать разрешение.
Куда можно двигаться
Что можно попробовать
Почему это может быть важно
Развитие недорогих и безопасных нейтронных спектрометров на основе азота может снизить зависимость от дефицитного гелия-3 и расширить применение нейтронной спектроскопии в фундаментальных и прикладных задачах.
Работы рядом в нашем архиве
Вокруг этой работы в архиве пусто: ближайший разбор всего на 0.50, при обычных 0.64. Похоже, рядом почти не бурили.
Детектор выходил на стабильное усиление только через 18 часов после включения высокого напряжения. Причина такого долгого выхода на плато пока не ясна, но после этого усиление держалось стабильно.