Моделирование характеристик слоя конвертора детектора быстрых нейтронов на основе GaAs

На сегодняшний день детекторы быстрых нейтронов находят постоянно увеличивающийся спектр применений, как например, в таможенном контроле, ядерной энергетике, в ускорительной физике, медицине и др. [1-2].

Механизмы обнаружения нейтронов в веществе основаны на косвенных методах, т.к. они являются нейтральными частицами и не ионизируют материал напрямую. Быстрые нейтроны рассеиваются и производят протоны отдачи. Вторичные протоны, несущие информацию о нейтронах, могут быть непосредственно обнаружены детектором заряженных частиц.

Поскольку GaAs детектор непосредственно не взаимодействует с быстрыми нейтронами, необходим конвертор-слой, которым, как правило, является слой полиэтилена с высоким содержанием водорода. Эффективность преобразования конвертора является основным фактором, определяющим эффективность регистрации нейтронов детектором.

В данной работе были рассмотрены принцип работы и конструкции детекторов быстрых нейтронов на основе GaAs. Детекторы на основе GaAs являются перспективными в связи с их высокой радиационной стойкостью в сочетании с высокими характеристиками детектирования заряженных частиц.

Был изучен объектно-ориентированный пакет библиотек GEANT4 [3] и основные аспекты работы с ним. Посредством данного пакета были описаны геометрия детектора, его материл, а также заданы энергия излучения быстрых нейтронов, реализован процесс запуска частиц.

В ходе моделирования была установлена зависимость количества протонов отдачи выходящих из слоя конвертора от его толщины (при энергии первичных нейтронов 14 МэВ), определены оптимальное значение толщины и эффективность преобразования конвертора при оптимальной толщине. На основании полученных результатов была оптимизирована конструкция детектора.

Список использованных источников:

[1] F.H. Ruddy, R.W. Flammang and J.G. Seidel, Low-background detection of fission neutrons produced by pulsed neutron interrogation, Nucl. Instrum. Meth. A 598 (2009) 518.

[2] J. Jakubek et al., Selective detection of secondary particles and neutrons produced in ion beam therapy with 3D sensitive voxel detector, 2011 JINST 6 C12010.

[3] S. Agostinelli, et al. Geant4–a simulation toolkit //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section. – 2003. – Vol. A 506, №3 – P. 250.