Разработка и создание двухкоординатных детекторов тепловых нейтронов для установок малоуглового рассеяния
Диссертация
Основной целью модернизации детектора дифрактометра «Мембрана-2» являлось существенное расширение диапазона переданных импульсов для возможности работы кроме малоугловой области рассеяния (0<1°) в областях промежуточных (1°<9<10°) и больших углов (6Ь>10°) в двухкоординатном режиме регистрации нейтронов. Интерес к регистрации нейтронов в области промежуточных и больших углов вызван необходимостью… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Установки малоуглового рассеяния нейтронов
- 1. 1. Метод мало углового рассеяния
- 1. 2. Общее устройство и основные характеристики установок малоуглового рассеяния
- 1. 3. Установка мало углового рассеяния нейтронов «Мембрана-2»
- 1. 3. 1. Характеристики установки, модернизация детекторной системы
- 1. 3. 2. Основные требования к характеристикам 2D-детектора
- 1. 4. Установка малоуглового рассеяния нейтронов «Вектор»
- 1. 4. 1. Характеристики установки, модернизация детекторной системы
- 1. 4. 2. Основные требования к характеристикам 21>детектора
- 1. 5. Выбор базовой конструкции 2Б-детекторов
- 1. 5. 1. Требуемые характеристики новых 20-детектора и критерии их выбора
- 1. 5. 2. Регистрация медленных нейтронов
- 1. 5. 3. 2В-детекторы тепловых нейтронов
- 2. 1. Требуемые характеристики 20-детектора, основные задачи
- 2. 2. Вычисление характеристик детектора
- 2. 2. 1. Общее устройство
- 2. 2. 2. Выбор состава газовой смеси
- 2. 3. Вычисление рабочих характеристик многопроволочной пропорциональной камеры (MWPC)
- 2. 3. 1. Моделирование работы MWPC в программе Garfield
- 2. 3. 2. Пространственное разрешение
- 2. 3. 3. Выбор геометрических параметров MWPC
- 2. 3. 4. Структура электрического поля
- 2. 3. 5. Коэффициент газового усиления
- 2. 3. 6. Симуляция индуцированных сигналов на катодах и аноде, время сбора зарядов
- 2. 3. 7. Внутреннее разрешение
- 2. 3. 8. Оценка загрузочной способности детектора
- 2. 4. Метод съема сигналов и определения координаты нейтронов
- 2. 4. 1. Выбор параметров линии задержки
- 2. 4. 2. Придетекторная электроника
- 2. 4. 3. Регистрирующая электроника
- 2. 5. Измерение характеристик прототипа 21>детектора
- 2. 5. 1. Испытания детектора на источнике нейтронов Cf
- 2. 5. 2. Испытания детектора на установке «Вектор»
- 2. 6. Конструкция 20-детектора и технология изготовления
- 2. 6. 1. Газовый объем
- 2. 6. 2. Конструкция электродов MWPC
- 2. 7. Выводы
- 3. 1. Требуемые характеристики 2D-детекторов и их реализация
- 3. 1. 1. Выбор состава газовой смеси
- 3. 1. 2. Модернизация конструкции MWPC и вычисление рабочих характеристик
- 3. 1. 3. Оптимизация придетекторной электроники
- 3. 2. Испытание 2D-детектора с входным окном 200×200 мм2 и измерение его характеристик
- 3. 2. 1. Испытания конструкции газового объема
- 3. 2. 2. Измерение характеристик 2Б-детектора
- 3. 2. 3. Регистрирующая электроника
Список литературы
- В.Е. Михайлова, J1.A. Аксельрод, Г. П. Гордеев, А. Г. Гукаеов, И. М. Лазебник, В. Т. Лебедев, А. И. Окороков, В. В. Рунов, В. Н. Слюеарь. Установка малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов многоканальная. Препринт ЛИЯФ № 696, 1981.
- С.В. Григорьев, О. А. Губин, Г. П. Копица, А. И. Окороков, В. В. Рунов, А. Д. Третьяков. Модернизация малоуглового дифрактометра поляризованных нейтронов «Вектор». Препринт ПИЯФ № 2028, 1995.
- М.М. Agamalyan, G.M. Drabkin, D.I. Svergun, L.A. Feigin. The small-angle neutron diffractometer «Membrana-2». Preprint PNPI RAS № 1599, 1990.
- Ю.Б. Засадыч, П. П. Прокудин. Пропорциональный счетчик нейтронов СНМ-50. ПТЭ 5 (1980) 245.
- G. Gordeyev, A. Okorokov, V. Runov et. al. Small-angle scattering of polarized neutrons in HTSC ceramics. Physica B. 234−236 (1997) 837−838.
- A. Sundaresan, R. Bhargavi, N. Rangarajan et. al. Ferromagnetism as a universal feature of nanoparticles of the otherwise nonmagnetic oxides. Phys. Rev. В 74, 161 306® (2006).
- V. Andreev, G. Ganzha, D. Ilyin, E. Ivanov, S. Kovalenko, A. Krivshich, A. Nadtochy, V. Runov. Two-dimensional detector of thermal neutrons. Nucl. Instrum. and Methods A581 (2007) 123−127.
- B.A. Андреев, E.A. Иванов, Д. С. Ильин, C.H. Коваленко, А. Г. Крившич, А. В. Надточий, В. В. Рунов. Двухкоординатный детектор тепловых нейтронов. Изв. РАН. Серия физическая. 77−7 (2008) 1065−1069.
- В.А. Андреев, Г. А. Ганжа, Е. А. Иванов, Д. С. Ильин, С. Н. Коваленко, А. Г. Крившич, А. В. Надточий, В. В. Рунов. Двухкоординатные детекторы тепловых нейтронов для малоугловых дифрактометров. Препринт ПИЯФ РАН № 2780, 2008.
- Д.И. Свергун, Л. А. Фейгин. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М, Наука, 1986.
- C.G. Windsor. An introduction to small-angle neutron scattering. J. Appl. Cryst. 21 (1988) 582−588.
- W. Schmatz, T. Springer, J. Schelten, K. Ibel. Neutron small-angle scattering: experimental techniques and application. J. Appl. Cryst. 7 (1974) 96.
- Г. М. Драбкин, B.A. Трунов, В. В. Рунов. Анализ спектра поляризованных нейтронов с помощью постоянных магнитных полей. ЖЭТФ 45 (1968) 362.
- М.М. Agamalyan, G.A. Panev, A.A. Zavedia. A multichannel detector system for neutron small-angle scattering investigations. Nucl. Instrum. and Methods 213 (1983) 489−493.
- G.C. Smith. Neutron imaging, radiography and tomography. Encyclopedia of Imaging Science & Technology, BNL 69 065, 2002
- C.W.E. van Eijk. Neutron PSDs for the next generation of spallation neutron sources. Nucl. Instrum. and Methods A477 (2002) 383−390
- B. Guerard. Scientific reviews: Microstrip gas chambers (MSGC) for future neutron instrumentation. Neutron News 16 (2005) 16−21.
- Yellow Submarine SANS Intrument. BNC. http://www.bnc.hu.
- GE Energy, http://www.gepower.com
- Large dynamic range small-angle diffractometer D22. ILL. http://www.ill.eu.
- Cold neutron time-of-flight spectrometer IN5. ILL. http://www.ill.eu.
- Neutron spectrometer MAPS. ISIS, http://www.isis.stfc.ac.uk.
- Neutron spectrometer MERLIN. ISIS, http://www.isis.stfc.ac.uk.
- G. Charpak et. al. The Use of Multiwire Proportional Counters to Select and Localize Charged Particles. Nucl. Instrum. and Methods 62 (1968) 262−268.
- R.A. Boie, J. Fischer, Y. Inagaki, F.C. Merritt, H. Okuno, V. Radeka. Two-dimensional high precision thermal neutron detector. Nucl. Instrum. and Methods 200 (1982) 533−545.
- R. Kampmann, M. Marmotti, M. Haese-Seiller, V. Kudryashov. 2D-MWPC for the new reflectometer REFSANS/FRM-II: performance of the prototype. Nucl. Instrum. and Methods A529 (2004) 342−347.
- B. Yu et. al. Neutron detector development at Brookhaven. Nucl. Instrum. and Methods A513 (2003) 362−366.
- Oak Ridge Detector Laboratory, http://www.ordela.com.
- J. Fried et. al. A large, high performance, curved 2D position-sensitive neutron detector. Nucl. Instrum. and Methods A478 (2002) 415−419.
- A. Oed. Position Sensitive Detector with Microstrip Anode for Electron Multiplication with Gases. Nucl. Instrum. and Methods A263 (1988) 351−359.
- J.F. Clergeau et. al. Operation of sealed microstrip gas chambers at the ILL. Nucl. Instrum. and Methods A471 (2001) 60−68.
- K. Yano et. al. Development of He MSGC for Neutron Scattering Experiment. IEEE Trans. Nucl. Science 49 (2002) 1634−1637.
- N. Vallettaz et. al. Two-dimensional gaseous microstrip detector for thermal neutrons. Nucl. Instrum. and Methods A392 (1997) 73−79.
- M. Capeans. Aging of Gaseous Detectors: assembly materials and procedures. ICFA Instrum. Bulletin 24 (2002).
- R. Kreuger et. al. Thermal Neutron Detection with a
- High-Pressure Xe/TMA/ He Gas Electron Multiplier. IEEE Nucl. Science Symp. Conf. Record 6−7 (2005) 125−128.
- F.A.F. Fraga et al. CCD readout of GEM-based neutron detectors. Nucl. Instr. and Methods A478 (2002) 357−361.
- F. Sauli. GEM: A new concept for electron amplification in gas detectors. Nucl. Instrum. and Methods A386 (1997) 531−534.
- B. Gebauer. Towards detectors for next generation spallation neutron sources. Nucl. Instrum. and Methods A535 (2004) 65−78.
- R.K. Crawford. Position-sensitive Detection of Slow Neutrons Survey of Fundamental Principals. Proc. SP1E 1737 (1992) 210−223.
- European Neutron-Muon Portal, http://neutron.neutron-eu.net/nnmi3/noverview.
- B. Gebauer et. al. Development of hybrid low-pressure MSGC neutron detectors. Nucl. Instrum. and Methods A529 (2004) 358−364.
- C.H. Schmidt, M. Klein. The CASCADE Neutron Detector: A System for 2D Position Sensitive Neutron Detection at Highest Intensities. Neutron News 17 (2006) 12−15.
- P. Convert, J.B. Forsyth. Position-Sensitive Detection of Thermal Neutrons. Academic Press, London, 1983.
- H.O. Anger. Scintillation Camera. Rev. Sei. Instrum. 29 (1958) 27−33.
- N.J. Rhodes et. al. Pixelated neutron scintillation detectors using fibre optic coded arrays. Nucl. Instrum. and Methods A392 (1997) 315−318.
- K. Kuroda. Neutron imaging device using position-sensitive photomultipliers. Nucl. Instrum. and Methods A529 (2004) 280−286.
- N. Sakamoto et. al. Development of a high-resolution scintillator-based area detector for neutrons. J. Appl. Cryst. 36 (2002) 820−825.
- R. Engels et. al. Position-sensitive detectors of the detector group at Julich. Nucl. Instrum. and Methods A604 (2009) 147−149.
- К. Hirota et.al. Development of neutron Anger-camera detector based on flatpanel PMT. Phys. В 385−386 (2006) 1297−1299.
- Julich Centre for Neutron Science (JCNS). http://www.jcns.info
- D. A. Keen et. al. SXD The single crystal diffractometer at the ISIS Spallation Neutron Source. J. Appl. Cryst. 39 (2006) 714−722.
- W.G. Williams, R.M. Ibberson, P. Day, J.E. Enderby. GEM General materials diffractometer at ISIS. Phys. В 241−243 (1997) 234−236.
- D.P. Hutchinson, V.C. Miller, J.A. Ramsey. Neutron scintillators using wavelength shifting fibers. New Tools for Neutron Instrumentation Workshop 1995.
- D.P. Hutchinson et. al. Position-sensitive scintillation neutron detectors using a crossed-fiber optic readout array. Proc. SPIE 3769 (1999) 88−91.
- M.L. Crow et.al. Shifting scintillator prototype large pixel wavelength-shifting fiber detector for the POWGEN3 powder diffractometer. Nucl. Instrum. and Methods A529 (2004) 287−292.
- K. Sakai et. al. Development of position-sensitive neutron detector based on scintillator. Nucl. Instrum. and Methods A529 (2004) 301−306.
- M. Katagiri. High-position-resolution neutron imaging detector with crossed wavelength shifting fiber read-out using two ZnS/6LiF scintillator sheets. Nucl. Instrum. and Methods A573 (2007) 149−152.
- S. Alimov et.al. Microstrip Detectors with 157Gd Converters. Neutron News 16 (2005) 22.
- Bernard F. Phlips. Neutron detection using large area silicon detectors. Nucl. Instrum. and Methods A579 (2007) 173−176.
- B. Gebauer, Ch. Schultz, Th. Wilpert, S.F. Biagi. Large-area low-pressure microstrip gas chamber for thermal neutron imaging. Nucl. Instrum. and Methods A409 (1998) 56−62.
- В.Д. Пешехонов. Методика газонаполненных координатных детекторов и их применение для биомедицинских исследований. ЭЧАЯ 17−5 (1986) 1030−1078.
- J.P. Biersack, J.F. Ziegler. SRIM The Stopping and Range of Ions in Matter. http://www.srim.org.
- R. Veenhof. GARFIELD simulation of gaseous detectors, http ://consult. cern. ch/writeup/garfield.
- S. Biagi. MAGBOLTZ: Transport of electrons in gas mixtures, http://consuit.cern.ch/writeup/magboltz.
- Ю.А. Антонов и др. Двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор тепловых нейтронов. Препринт ЛИЯФ № 1387, 1988.
- V. Radeka. Signal, noise and resolution in position-sensitive detectors, IEEE Trans. Nucl. Sci. 21 (1974) 51−64.
- G.C. Smith, B. Yu, J. Fischer, V. Radeka, J.A. Harder. High rate, high resolution, two-dimensional gas proportional detectors for X-ray synchrotron radiation experiments. Nucl. Instrum. and Methods A323 (1992) 78−85.
- E. Gatti, A. Longoni, H. Okuno, P. Semenza. Optimum geometry for strip cathodes or grids in MWPC for avalanche localization along the anode wires. Nucl. Instrum. and Methods A163 (1979) 83−92.
- G.C. Smith, J. Fisher, V. Radeka. Capacitive charge division in centroid finding cathode readouts in MWPCs. IEEE Trans. Nucl. Sci. 35 (1988) 409−413.
- E. Mathieson. Induced charge distributions in proportional detectors. http://www.inst.bnl.gov/programs/gasnobledet/publications/Mathieson.pdf
- F. Sauli. Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers. CERN 7709, 1977.
- В.И. Калашникова, M.C. Козодаев. Экспериментальные методы ядерной физики. Детекторы элементарных частиц, Наука, М, 1966.
- A. Peisert, F. Sauli. Drift and diffusion of electrons in gases: a compilation. CERN 84−08, 1984.
- E. Basurto, J. de Urquijo. Mobility of CF3+ in CF4, CHF2+ in CHF3, and C+ in Ar. J. Appl. Phys. 91 (2002) 36−39.
- P.V. Esch. Effects of ion drift on time-over-threshold charge estimates using first-order integrators in thermal neutron MWPC. arXiv: physics/61 1034vl.
- И. Мак-Даниель, Э. Мэзон. Подвижность и диффузия ионов в газах. Мир, М, 1976.
- P. Volkov. Noise in position measurement by centroid calculation. Nucl. Instrum. and Methods A373 (1996) 206−212
- OriginLab 7.0 Data Analysis and Graphing Software, http://www.originlab.com.
- Passive delay line design considerations. Rhombus industries inc. http://www.rhombus-ind.com/dlcat/applpas.pdf.
- W. Riegler. High accuracy wire chambers. Nucl. Instrum. and Methods A494 (2002) 173.
- B.A. Григорьев, А. А. Колюбин, В. А. Логинов. Электронные методы ядерно-физического эксперимента. Энергоатомиздат. 1988.
- V. Perez-Mendez et. al. Recent developments in delay line readout of multiwire proportional chambers. IEEE Trans. Nucl. Sc. 21 (1974) 45−50.
- PCA Electronics Inc., http://www.pca.com.
- Н.Ф. Бондарь. Усилитель-формирователь тип ОР 17.011, ЛИЯФ, 1982.
- R.B. Knott, G.C. Smith, G. Watt, J.W. Boldeman. A large 2D PSD for thermal neutron detection. Nucl. Instrum. and Methods A392 (1997) 62−67.
- R. Batchelor et al. Helium-3 Filled Proportional Counter for Neutron Spectroscopy. Rev. Scient. Instrum. 26 (1955) 1037−1047.
- Particle Physics Booklet. PDG, 2002.
- Ю.М. Толченов, В. Г. Чайковский. Эффективность нейтронных счетчиков с газовым радиатором. ПТЭ № 2 (1972) 47−48.
- ANSYS 8.1 универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, http://www.ansys.com.
- В.А. Андреев и др. Принципы расчета и конструирования больших пропорциональных камер с высокой однородностью коэффициента газового усиления. Препринт ЛИЯФ № 1128,1985.
- В.А. Андреев и др. Препринт ЛИЯФ № 1186, 1986.
- А.Г. Крившич. Материалы докторской диссертации «Разработка, создание и использование газоразрядных детекторов частиц для экспериментов в физике высоких энергий».
- Cadence PSpice A/D and Anvanced Analysis, http://www.cadence.com.
- Operational Amplifier EL2075 2GHz. http://www.intersil.com.
- J. Va’vra. Gaseous Wire Detectors. SLAC-PUB-7627,1997
- И.И. Гуревич, Л. В. Тарасов. Физика нейтронов низких энергий, Наука, М, 1965.
- А.В. Ковалев. Два типа незеркальных отражений с переворотами спинов нейтронов. Препринт ПИЯФ РАН № 2671, 2006.
- P. Wiltzius, F.S. Bates, S.B. Dierker et.al. Structure of porous Vycor glass. Phys. Rev. A. 36 (1987)2991−2994.
- L. Noirez, P. Baroni. Two-dimensional neutron scattering study of the bulk microstructure of polytetrafluoroethylene under unixial stress. Appl. Phys. Lett. 90, 243 111 (2007).
- G. Gordeyev, A. Okorokov, V. Runov et. al. Small-angle scattering of polarized neutrons in HTSC ceramics. Physica B. 234−236 (1997) 837−838.