Экспериментальная установка на базе торцевого сцинтилляционного детектора

В состав экспериментальной установки (рис. 3.9) входят: полиэтиленовая призма, дистанционирующие полиэтиленовые диски и Pu-Be источник, описание которых приведено выше; сцинтилляционный детектор нейтронов; блок высоковольтного напряжения БВ-2-2; источник питания АТН-2031; прибор счётный одноканальный ПСО2-4.

Рис. 3.9. Схема экспериментальной установки: 1 – полиэтиленовая призма;

2 – источник нейтронов типа ИБН-26 № 009; 3 – дистанционирующие полиэтиленовые диски; 4 – сцинтилляционный детектор нейтронов; 5 – блок высоковольтного напряжения БВ-2-2; 6 – источник питания АТН-2031;

7 – прибор счётный одноканальный ПСО2-4

 

Установка укомплектована сцинтилляционным счетчиком (рис. 3.10). Принцип работы счетчика основан на использовании люминесценции, возникающей в некоторых твердых телах, жидкостях и газах при воздействии на них ионизирующего излучения. При этом часть энергии излучения преобразуется в фотоны света, выбивающие из фотокатода ФЭУ электроны. Поле умножения фотоэлектронов системой ФЭУ импульсы тока с его выхода поступают на вход измерительной схемы.

Сцинтилляторы делятся на два основных класса: неорганические (галогениды щелочных металлов) и органические (органические сцинтилляторы, сцинтиллирующие растворы). В данном счетчике используется неорганический щелочно-галогеноидный сцинтиллятор, который служит для регистрации и спектрального анализа и нейтронного излучений.

 

Рис. 3.10. Структурная схема сцинтилляционного счётчика:

1 – детектор-сцинтиллятор; 2 – фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);

3 – узел включения ФЭУ; 4 –схема включения с делителем напряжения, блоком выходного каскада с усилителем и эммитерным повторителем;

5 – высоковольтный преобразователь напряжения для питания ФЭУ;

6 – узел подключения сцинтилляционного счетчика к измерительной схеме;

7 – кожух

 

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) сцинтилляционных счетчиков преобразуют световую энергию сцинтилляций в электрические сигналы. Конструктивно ФЭУ обычно представляет цилиндрический стеклянный баллон (рис. 3.11) с высоким вакуумом. Первым электродом является фотокатод К – тонкий полупрозрачный слой вещества, нанесенный на внутреннюю поверхность баллона (с его торца), которое легко испускает фотоэлектроны под действием света. За фотокатодом расположен фокусирующий электрод Д_ф, имеющий вид пластинки с отверстием. Далее следуют диноды (эмиттеры) Д₁, Д₂, Д₃ и т. д. Вся система заканчивается собирающим электродом – анодом А, который через сопротивление нагрузки R_H подключен к положительному электроду источника питания. Электрический потенциал на электродах ФЭУ возрастает в последовательности их расположения, минимальный потенциал имеет катод, а максимальный – анод. Независимо от конструкции и числа электродов принцип работы ФЭУ заключается в следующем. Под действием света, падающего на фотокатод, последний испускает фотоэлектроны. Электрическим полем фотоэлектроны направляются через фокусирующий электрод к первому диноду Д₁ и выбивают из него вторичные электроны, которые попадают на динод Д₂ и выбивают из него снова вторичные электроны, попадающие на Д₃ и т. д. Число вторичных электронов, выбиваемых из динодов N ₂ в несколько раз превышает число первичных электронов N ₁, падающих на динод. Отношение этих чисел называют коэффициентом вторичной электронной эмиссии N ₂/ N ₁.

 

Рис. 3.11. Схема работы фотоэлектронного умножителя

 

Процесс этот продолжается до тех пор, пока умноженный всеми динодами по­ток электронов не достигнет последнего электрода – анода. Напряжение на электродах ФЭУ возрастает в последовательности их расположения; самый низкий потенциал имеет катод, самый высокий – анод (коллектор). По назначению ФЭУ, используемые в сцинтилляционных счетчиках, делят на счетные (применяемые в радиометрах и дозиметрах), спектрометрические (для измерений энергии излучения) и временные (для регистрации актов взаимодействия частиц во времени).

Блоком высоковольтного напряжения БВ-2-2 осуществляется питание фотоэлектронного умножителя, напряжение необходимое для правильной работы ФЭУ составляет 1200 В.

Источником питания АТН-2031 осуществляется питание усилителя, который предназначен для усиления и преобразования сигнала в необходимую форму поступающего с ФЭУ. Конструктивно усилитель расположен за ФЭУ, для его правильной работы необходимо напряжение около 12 В.

Прибор счетный одноканальный ПСО2-4 предназначен для измерения:

– числа статистических или равномерно распределенных импульсов в течении заданного интервала времени;

– времени набора заданного числа статистических или равномерно распределенных импульсов;

– частоты следования периодических импульсных или синусоидальных сигналов.

Прибор имеет три режима работы:

– режим [N] – счет числа импульсов или периодов синусоидального сигнала за определенный интервал времени;

– режим [T] – измерение времени набора задаваемого числа импульсов или периодов синусоидального сигнала;

– режим [ПРОВЕРКА] – проверка работоспособности прибора от внутреннего генератора. Для того чтобы осуществить регистрацию непрерывно поступающих импульсов с детектора за определенный промежуток времени необходимо перевести прибор в режим [N].

Чтобы прибор работал в режиме [N] необходимо выполнить следующие действия.

1) установить переключатель [СЕТЬ] в положение ВКЛ;

2) установить переключатели [N-Т] в положение [N];

3) переключатели [ВВОД], [~], [ГЕНЕРАТОР], [УПРАВЛЕНИЕ] в нужное положение.

Если переключатель [УПРАВЛЕНИЕ] выставлен в положение [АВТОМАТИЧЕСКОЕ], то прибор работает в режиме автоматического управления. В этом случае время индикации результата измерения регулируется потенциометром [ВРЕМЯ ИНДИКАЦИИ], выведенным на лицевую панель. Если переключатель [УПРАВЛЕНИЕ] выставлен в положение [ВНЕШНЕЕ], то прибор работает в режиме внешнего управления. При внешнем управлении пуск, остановка и сброс показаний прибора осуществляется от соответствующих кнопок [ПУСК], [СТОП] и [СБРОС].

С помощью полиэтиленовых дисков сцинтилляционный детектор нейтронов может размещаться на различных фиксированных расстояниях от источника нейтронов. Под действием нейтронного излучения в сцинтилляторе (монокристаллы йодистого натрия, активированного таллием NaI(Tl)) возникает люминесцентное излучение. Образовавшиеся фотоны света выбивает из фотокатода ФЭУ электроны. После умножения фотоэлектронов системой ФЭУ импульсы тока с его выхода поступают на вход измерительной аппаратуры, где происходит усиление и преобразование сигнала в стандартный по амплитуде и длительности. Далее, преобразованный в необходимую форму, сигнал поступает на пересчетное устройство ПСО2-4, где происходит его регистрация и индикация. Индикация набранной информации визуальная, однострочная в арабских цифрах, в десятичном коде.