Детектор – это прибор для регистрации элементарных частиц, таких как фотоны (кванты света), электроны и др. Телескоп, например, – это тоже детектор, но для определения (обнаружения) далеких звезд. В ПИЯФ с помощью детекторов проводят исследования на базовых установках – ускорителе и реакторе. Детектор можно назвать посредником между человеком и другим миром, который он изучает и который ему без детектора не доступен. Каждый детектор уникален, потому что сделан для определенной цели. 19 ноября в ПИЯФ прошло совещание, которое было посвящено многоканальным детекторам, предназначенным для работы с тепловыми нейтронами. Такие нейтроны планируют получать на реакторе ПИК, которые могут быть использованы в различных целях, в том числе, в томографах для ядерной медицины. На этом совещании были подведены некоторые итоги и определены задачи дальнейшего развития.

Совещание явилось продолжением обсуждения этой тематики, начатого в Лаборатории нейтронной физики в ОИЯИ (Дубна) в апреле 2013г. года. Для обеспечения конкурентоспособности спектрометров, действующих на исследовательских нейтронных источниках в России, необходимо, чтобы используемые на них детекторные системы были приведены в соответствие с современными требованиями.

В настоящее время наиболее устойчивой выглядит ситуация с позиционно-чувствительными газовыми (на основе ³He) детекторами сравнительно небольшой площади (~30x30 см²), разработкой и изготовлением которых на протяжении уже довольно продолжительного времени занимаются группы в ПИЯФ (Гатчина) и ЛНФ ОИЯИ (Дубна), а недавно подключился и институт ядерных исследований (ИЯИ РАН, Москва). Многолетние работы в этом направлении позволили разработать стабильные технологии создания газовых ПЧД детекторов. Мощным стимулом продолжения работ с газовыми ПЧД является относительная доступность ³He и его меньшая стоимость, по сравнению с мировыми ценами, в России. Тем не менее, есть проблемы с созданием газовых ПЧД детекторов с площадью зоны детектирования от 50х50 см² и больше, потребность в которых велика.

модуль дифрактометра ДН6 с созданными на основе ZnS:Li6F и спектросмещающими волокнами сцинтилляционными экранами

После длительного перерыва получили дальнейшее развитие поисковые и опытно-конструкторские работы по развитию технологий создания тепловых нейтронных детекторов на базе сцинтилляторов ZnS⁶Li(Ag) и литиевых стекол. Участники совещания поделились своими достижениями и планами дальнейших действий в этом направлении. Совершенствование этих технологий позволит приступить к созданию широкоапертурных (с телесным углом до 2 стерадиан и больше) нейтронных детекторов. Увеличение апертуры детектора эквивалентно увеличению плотности нейтронного потока. В этом случае также кратно растет светосила прибора и уменьшается время нейтронного эксперимента. Особо было отмечено, что создание быстродействующих сцинтилляционных детекторов с пространственным разрешением 50 мкм существенно ускорит развитие нейтронной томографии в наших нейтронных центрах.

Широкоапертурные, многоэлементные детекторные системы требуют нового подхода к электронике сбора данных. Этой проблеме было посвящено несколько докладов. Элементная база современной электроники уже сейчас позволяет увеличить быстродействие детектора и как следствие увеличить его загрузочную способность, разрешает широко использовать технологии запоминания всех событий, произошедших за время эксперимента (накопление в режиме List Mode). Первый совместный эксперимент (ПИЯФ и ОИЯИ) с применением технологии запоминания всех событий был осуществлен на спектрометре ФСД, на реакторе ИБР-2. Полученные результаты дали возможность шагнуть далеко вперед в создании программного обеспечения для сбора и обработки полученных данных. Реально мы находимся на пороге перехода к цифровым технологиям в нейтронных экспериментах.

электронный профилометр

Один из докладов (НИТИОМ ГОИ) совещания был посвящен возможностям создания новых нейтронных сцинтилляторов с высокой светоотдачей и пониженной чувствительностью к гамма-фону. Из доклада следовало, что реальность создания таких сцинтиллирующих стекол высока.

На совещании 26 апреля 2013 года в ОИЯИ (Дубна), посвященном развитию сцинтилляционных детекторных технологий, было отмечено, что вопрос оснащения действующих в России нейтронных станций современными детекторными системами уже неоднократно поднимался на российских нейтронных конференциях и на РНИКС-2012 (ПИЯФ, октябрь-2012г.). Совещание еще раз подтвердило, что необходимость ускорить решение этого вопроса понятна не только специалистам в данной области, но и научному нейтронному сообществу, и требует пристального внимания руководства наших нейтронных центров.

Следует подчеркнуть, что результаты II совещания по развитию технологий детектирования тепловых нейтронов еще раз подтвердили актуальность задач, связанных с повышением эффективности нейтронных экспериментов за счет оснащения нейтронных станций современными детекторными системами.

Сформировалось несколько направлений развития, основными из которых являются:

• Разработка сцинтилляционных детекторов большой площади,
• Совершенствование газовых 2D ПЧД с площадью около 30x30 см² и разрешением Δx ≈ 2 мм,
• Создание 2D ПЧД с площадью до 100x100 см² и разрешением Δx ≈ 2.5 мм,
• Совершенствование многосекционных и многомодульных детекторных систем,
• Создание твердотельных 2D ПЧД малой площади (~10 см²) и Δx ≈ 30 мкм.
• Разработка nGEM систем.

Практически все нейтронные приборы на исследовательских нейтронных (и синхротронных) источниках России требуют обновления детекторных систем, желательно, на современные сцинтилляционные или твердотельные. Развитие и модернизация нейтронных приборов на реакторе ИБР-2, будущая приборная база на реакторе ПИК, приборная база нейтронного источника ИН-08, несомненно, должны быть оснащены современными детекторными системами.

Для оснащения исследовательских приборов на нейтронных (и синхротронных) источниках России крайне желательно сформулировать и принять целевую программу с централизованным финансированием. Ее формирование следует поручить группе ведущих специалистов российских нейтронных и синхротронных центров.

Алексей Булкин,

Сергей Косьяненко

.