Theoretical Basis and Mathematical Modeling of the Thermal Neutron Converters Based on Gadolinium Foils
Konwertery promieniowania neutronowego odgrywają decydującą rolę w rozwoju detektorów tego promieniowania. Określają one podstawowe cechy detektorów: wydajność rejestracji, energię, rozdzielczość czasową i przestrzenną.
Wśród konwerterów półprzewodnikowych szczególne miejsce zajmuje gadolin i jego 157 izotopów, posiadające nienormalnie wysoki przekrój czynny na oddziaływanie z neutronami termicznymi. Wydajność konwerterów jest iloczynem trzech zmiennych. Są one następujące: (1) Prawdopodobieństwa wychwytu neutronów termicznych przez jądro; (2) Prawdopodobieństwa kreacji wtórnych cząstek naładowanych, w naszym przypadku elektronów konwersji wewnętrznej i Augera; (3) Prawdopodobieństwa ucieczki wykreowanych elektronów z materiału konwertera.
Opisano modelowe obliczenia wydajności rejestracji neutronów termicznych przez konwertery foliowe wykonane z naturalnego gadolinu i jego izotopu 157. Zbadano procesy absorpcji neutronów w materiale konwertera oraz prawdopodobieństwo ucieczki elektronów wtórnych. Wykonano obliczenia dla konwerterów o różnych grubościach oraz innych parametrów konwerterów.
Wybrano najbardziej optymalne grubości konwerterów. Oszacowano udział promieniowania rentgenowskiego i niskoenergetycznych kwantów gamma zaabsorbowanych bezpośrednio w konwerterze i wynikających z tego pojawienia się elektronów wtórnych. W przypadku uwzględnienia udziału elektronów powstałych z kwantów promieniowania rentgenowskiego sprawność nieco wzrasta, ale ich udział nie przekracza 1%.
Przedstawiono obliczenia złożonych konwerterów reprezentujących dwie cienkie folie gadolinowe umieszczone po obu stronach nośnych folii kaptonowych oraz złożonych konwerterów reprezentujących zestaw cienkich folii wierconych z drobnym krokiem umieszczonych jedna nad drugą w jednej objętości gazu. (Nova)