ДЕТЕКТОР НЕЙТРОНОВ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР ДНГЛ-01

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для детектирования нейтронных потоков. Технический результат - расширение функциональных возможностей и надежность.
Для достижения данного результата нейтроны регистрируются не с помощью гамма- излучения
возникающей в результате ядерных реакций а изменения мощности излучения полупроводникового
инжекционного лазера. Детектор содержит в качестве чувствительного элемента гетероструктуру на основе InGaAs/AtGaAs.

Изобретение относится к области приборостроение и связано с созданием детекторов нейтронов на основе полупроводниковых инжекционных гетеролазеров имеющих в составе гетероструктурыэле- мент индий. К таким классам приборов относятся InGaAs/AfGaAs- гетеролазеры. Изобретение может быть применено в атомной энергетике, горной промышленности связанной с переработкой ураносодержащими породами, в сфере радиационной безопасности человека и окружающей среды, ядерной медицине.
Все существующие методы регистрации нейтральных частиц основаны на одном и том же общем принципе: нейтральная частица, взаимодействуя с веществом детектора, тем или иным способом образуют заряженные частицы, которые затем регистрируются обычными способами [1]. Из-за этой двухступенчатости регистрировать нейтральные частицы в общем значительно труднее чем заряженные. Для регистрации вторичных заряженных частиц, возникающих в ядерных реакциях, применяются ионизационные камеры, пропорциональные и сцинтилляционные счетчики. Все эти счетчики работают при высоких напряжениях.
Недостатком этих способов является стадийный характер и использование высоковольтных источников питания.
Для предлагаемого изобретения использовались результаты [2]. Прототипом данного предлагаемого изобретения является полупроводниковый детекторжесткой радиации [3]. Данный детектор состоит из корпуса, блока детектирования и содержит кристалл 777л.м?2с электрическими контактами. Чувствительность к тепловым нейтронам данного детектора обусловлена присутствием в составе данного соединения элемента индий (/пИ5), имеющего значительное сечение захвата тепловых нейтронов. Так как реакции вида (п, у) сводится к захвату нейтрона с последующим испусканиему- кванта, они называются реакциями радиационного захвата нейтрона. Гамма- излучение поглощаясь в объеме кристалла, созда- етдополнительный электрической ток детектора. Величина этого тока, и служит мерой потока тепловых нейтронов. Недостатком данногодетектора является то, что в смешанных гамма- нейтронных полях выделение нейтронной компоненты сигнала детектора затруднено.
С целью устранения данного недостатка предлагаем значительное увеличение детектора к тепловым нейтронам использованием лазерных гетероструктур на основе 1п- GaAs/AtGaAs работающий в спектральном диапазоне длин волн А.~ 0,7мкм.
Для регистрации нейтронов предлагается реакции следующих видов [1];
-Мп1 |5+п—мДп 1 1(5+y аЛп1,6—*soSnl16+e’+&
В результате этих реакций возникает гамма квант, электрон, антинейтрино и ядро атома wInHJ превращается в ядро 5oSnH6, Ядро атома олово в
еетеростеуктер-eInGaAssAfGaAs считается
чужеродным и приводит к снижению излучательных центров полупроводникового лазера. При фиксированном значение тока накачки лазера под действием потока нейтронов уменьшается мощность лазерного излучения (фототок). Величина изменения фототока фотоприемника служит мерой потока тепловых нейтронов. Таким образом достигаем чувствительности детектора именно к нейтронному излучению.
На рисунке представлена блок-схема предложенного детектора ядерного излучения с измерительными средствами. Они включают в себя: (1)- чувствительный элемент на основе reeepona3epaInGaAs/AtGaAsc двумя электрическим контактами (4) от батареи; лазер заключен в парафиновый корпус (2) служащий для получения тепловых нейтронов от любых источников нейтрона; (3)- волоконно-оптический волновод служит для вывода лазерного излучения из корпуса до фотоприемнииа; (6)- звукосиг- нализатор, позволяет получит звуковой сигнал при изменении фототока; (7) -блок детектирования, выведена от блока (2) и устраняет влияния нейтронов на электронную часть этого блока. Эта связанно с тем, что сеченые захвата быстрых нейтронов- достаточно мало.
Предложенный детектор работает следующим образом. При облучении корпуса (2) нейтроны замедляются до тепловых и падают в гетеролазер. Мощность излучения лазера уменьшается в результате ядерной реакции. Лазерное излучение с помощью волоконнооптического кабеля попадает в фотоприемник. Измерительная система фиксирует фототок. При уменьшении мощности излучения под действием потока нейтронов уменьшается фототок. Изменение фототока приводит к появлению звукового сигнала или импульса в осциллографе.
Описанный детектор, благодаря высокой чувствительности, малым размерам, простате и дешевизне может с успехом применяется для нейтронного мониторинга окружающей среды вблизи от радиоактивных источников.

1. К.Н. Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Изд. «Атомиздат»,М. 1974.
2. Б.И. Махсудов. Влияние гаммаизлучения на излучательные характеристики лазерныхгетероструктур.
Квантовая электроника, т.42.№8, с.745-746 (2012). З.И.А. Алексеев. Применение кристаллов T£InSeV\3n. АН.СССР.Неорганические материалы, т.26, №7. С. 1401 (1990).
4. RU 2373608 Алексеев И.В. и др.
5. RU 2335035 Интенс Лимитед
6. US 5869844 Tomason CSF
7. US 7489136 Nu-Trek, Ink