الكشف عن النيوترونات

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

الكشف عن النيوترونات هو الكشف الفعال عن النيوترونات الداخلة إلى كاشف مُثبَّت بدقة . يتضمن الكشف الفعال عن النيوترونات جانبين رئيسيين: الأجهزة والبرمجيات. تشير أجهزة الكشف إلى نوع كاشف النيوترونات المستخدم (وأكثرها شيوعًا اليوم هو كاشف الوميض ) وإلى الإلكترونيات المستخدمة في إعداد الكشف. كما يحدد إعداد الأجهزة معايير تجريبية أساسية، مثل المسافة بين المصدر والكاشف، والزاوية المجسمة ، ودرع الكاشف. أما برمجيات الكشف فتتكون من أدوات تحليلية تُنفِّذ مهامًا مثل التحليل البياني لقياس عدد وطاقات النيوترونات التي تصطدم بالكاشف.

الفيزياء الأساسية

البصمات التي يمكن من خلالها الكشف عن النيوترون

يتم الكشف عن الجسيمات الذرية ودون الذرية من خلال البصمة التي تنتجها نتيجة تفاعلها مع محيطها. وتنتج هذه التفاعلات عن الخصائص الأساسية للجسيمات.

  • الشحنة: النيوترونات جسيمات متعادلة ولا تتأين مباشرة؛ لذا يصعب رصدها مباشرة مقارنةً بالجسيمات المشحونة. علاوة على ذلك، تتأثر مسارات حركتها بشكل طفيف فقط بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية.
  • الكتلة: كتلة النيوترون لـ1.008 664 9156 (6) Da  [ 1 ] ليس قابلاً للكشف بشكل مباشر، ولكنه يؤثر على التفاعلات التي يمكن من خلالها الكشف عنه.
  • التفاعلات: تتفاعل النيوترونات مع عدد من المواد من خلال التشتت المرن الذي ينتج عنه نواة مرتدة، أو التشتت غير المرن الذي ينتج عنه نواة مثارة، أو الامتصاص مع تحول النواة الناتجة. وتعتمد معظم طرق الكشف على رصد نواتج التفاعل المختلفة.
  • العزم المغناطيسي: على الرغم من أن النيوترونات لها عزم مغناطيسي قدره−1.913 0427 (5) μ N ، فإن تقنيات الكشف عن العزم المغناطيسي غير حساسة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها للكشف عن النيوترونات. 
  • العزم ثنائي القطب الكهربائي: من المتوقع أن يكون للنيوترون عزم ثنائي قطب كهربائي ضئيل للغاية ، لم يتم رصده بعد. لذا فهو ليس مؤشراً فعالاً للكشف.
  • الاضمحلال: خارج النواة، تكون النيوترونات الحرة غير مستقرة ويبلغ متوسط ​​عمرها 10 ...885.7 ± 0.8  ثانية (حوالي 14 دقيقة و46 ثانية). [ 1 ] تتحلل النيوترونات الحرة بانبعاث إلكترون ومضاد نيوترينو إلكتروني لتصبح بروتونًا، وهي عملية تُعرف باسم تحلل بيتا : [ 2 ]
    ن ٠→ ص ++ e −+ νهـ .
على الرغم من p +و e −يمكن الكشف عن الجسيمات الناتجة عن تحلل النيوترونات، إلا أن معدل التحلل منخفض للغاية بحيث لا يمكن اعتباره أساسًا لنظام كاشف عملي.

خيارات الكشف الكلاسيكية عن النيوترونات

ونتيجة لهذه الخصائص، فإن اكتشاف النيوترونات يندرج ضمن عدة فئات رئيسية: [ 3 ]

  • التفاعلات الامتصاصية مع التفاعلات الفورية - عادةً ما يتم الكشف عن النيوترونات منخفضة الطاقة بشكل غير مباشر من خلال تفاعلات الامتصاص. تتميز المواد الماصة الشائعة الاستخدام بمقاطع عرضية عالية لامتصاص النيوترونات، وتشمل الهيليوم-3 ، والليثيوم-6 ، والبورون-10 ، واليورانيوم-235 . يتفاعل كل من هذه العناصر بانبعاث جسيمات متأينة عالية الطاقة، ويمكن الكشف عن مسار تأينها بعدة وسائل. تشمل التفاعلات الشائعة الاستخدام: 3He (n,p) → 3H ، و6 Li(n,t) → 4He ، و10 B(n,α) → 7Li ، وانشطار اليورانيوم. [ 3 ]
  • عمليات التنشيط - يمكن الكشف عن النيوترونات من خلال تفاعلها مع المواد الماصة في عملية التقاط إشعاعي أو تفتت نووي أو تفاعل مشابه، مما ينتج عنه نواتج تفاعل تتحلل لاحقًا، مطلقةً جسيمات بيتا أو أشعة غاما . تتميز مواد مختارة (مثل الإنديوم ، والذهب ، والروديوم ، والحديد ( <sup>56</sup> Fe(n,p)<sup> 56 </sup>Mn)، والألومنيوم ( <sup>27 </sup>Al(n,α) <sup>24 </sup> Na)، والنيوبيوم ( <sup>93 </sup>Nb(n,2n) <sup>92m </sup>Nb)، والسيليكون ( <sup>28</sup> Si(n,p) <sup>28</sup> Al)) بمقاطع عرضية كبيرة للغاية لالتقاط النيوترونات ضمن نطاق طاقة ضيق جدًا. يسمح استخدام عينات متعددة من المواد الماصة بتوصيف طيف طاقة النيوترونات. كما يُمكّن التنشيط من إعادة بناء حالات التعرض للنيوترونات في الماضي (مثل إعادة بناء حالات التعرض للنيوترونات أثناء حادثة حرجة ). [ 3 ]
  • تفاعلات التشتت المرن (وتُعرف أيضًا باسم ارتداد البروتون) - عادةً ما يتم الكشف عن النيوترونات عالية الطاقة بشكل غير مباشر من خلال تفاعلات التشتت المرن . تصطدم النيوترونات بنوى الذرات في الكاشف، ناقلةً الطاقة إلى تلك النوى ومُكوّنةً أيونات يتم الكشف عنها. ولأن أقصى نقل للطاقة يحدث عندما تكون كتلة الذرة التي يصطدم بها النيوترون مُقاربةً لكتلة النيوترون، فإن المواد الهيدروجينية [ 4 ] غالبًا ما تكون الوسط المُفضّل لمثل هذه الكواشف. [ 3 ]

أنواع كاشفات النيوترونات

كاشفات الغاز التناسبية

يمكن تكييف كواشف الغاز التناسبية للكشف عن النيوترونات. ورغم أن النيوترونات لا تُسبب عادةً تأينًا ، فإن إضافة نظير ذي مقطع عرضي نيوتروني عالٍ تُمكّن الكاشف من الاستجابة للنيوترونات. ومن النظائر الشائعة الاستخدام لهذا الغرض: الهيليوم-3 ، والليثيوم-6 ، والبورون-10 ، واليورانيوم -235 . ولأن هذه المواد هي الأكثر عرضةً للتفاعل مع النيوترونات الحرارية (أي النيوترونات التي تباطأت إلى حالة توازن مع محيطها)، فإنها تُحاط عادةً بمواد مُهدئة لتقليل طاقتها وزيادة احتمالية الكشف عنها.

عادةً ما تكون هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات لتمييز إشارة النيوترونات عن تأثيرات أنواع الإشعاع الأخرى. ولأن طاقة النيوترون الحراري منخفضة نسبيًا، فإن تفاعلات الجسيمات المشحونة تكون منفصلة (أي أحادية الطاقة تقريبًا وتقع ضمن نطاق ضيق من الطاقات)، بينما تمتد تفاعلات أخرى، مثل تفاعلات أشعة غاما، على نطاق واسع من الطاقة، مما يجعل من الممكن التمييز بين المصادر.

كفئة، تقيس أجهزة الكشف عن تأين الغاز عدد ( معدل العد )، وليس طاقة النيوترونات.

3 كاشفات تناسبية مملوءة بغاز الهيليوم

يُعدّ الهيليوم-3 مادة فعّالة للكشف عن النيوترونات، إذ يتفاعل بامتصاص النيوترونات الحرارية، مُنتجًا أيونَي الهيدروجين -1 والهيدروجين -3 . وحساسيته لأشعة غاما ضئيلة للغاية، مما يجعله كاشفًا مفيدًا جدًا للنيوترونات. لسوء الحظ، يقتصر إنتاج الهيليوم -3 على كونه ناتجًا ثانويًا من تحلل التريتيوم (الذي يبلغ عمر النصف له 12.3 سنة)؛ ويُنتج التريتيوم إما كجزء من برامج الأسلحة كمعزز للأسلحة النووية، أو كناتج ثانوي لتشغيل المفاعلات النووية.

كاشفات تناسبية مملوءة بغاز BF3

بما أن البورون العنصري ليس غازيًا، يمكن استخدام ثلاثي فلوريد البورون (BF₃ ) المخصب بنسبة 96% من البورون-10 في كواشف النيوترونات التي تحتوي على البورون (يحتوي البورون الطبيعي على 20% من البورون -10 و80% من البورون -11 ). [ 5 ] يُعد ثلاثي فلوريد البورون شديد السمية. تبلغ حساسية هذا الكاشف حوالي 35-40 نبضة في الثانية لكل تدفق نيوتروني، بينما تبلغ حساسية الكواشف المبطنة بالبورون حوالي 4 نبضات في الثانية لكل تدفق نيوتروني. ويعود ذلك إلى أن النيوترونات في الكواشف المبطنة بالبورون تتفاعل مع البورون لتكوين أزواج أيونية داخل طبقة البورون، وبالتالي قد تفقد الجسيمات المشحونة الناتجة (جسيمات ألفا وأيونات الليثيوم) جزءًا من طاقتها داخل هذه الطبقة. وهذا يعني أن الجسيمات المشحونة منخفضة الطاقة قد لا تتمكن من الوصول إلى بيئة الغاز في غرفة التأين ، مما يؤدي إلى انخفاض عدد التأينات. من ناحية أخرى، في أجهزة الكشف المملوءة بغاز BF3 ، تتفاعل النيوترونات مع 10 ذرات بورون داخل حجم غاز الكاشف، لذلك من المرجح أن تودع الجسيمات المشحونة الناتجة طاقتها في حجم الغاز، مما ينتج عنه المزيد من التأين وبالتالي إشارة أعلى.

كاشفات تناسبية مبطنة بالبورون

تتفاعل العدادات التناسبية المملوءة بالغاز والمبطنة بالبورون بشكل مشابه للكواشف التناسبية المملوءة بغاز BF3، ولكن بدلاً من احتوائها على غاز غني بالبورون، تُغطى جدرانها بـ 10B مع غاز آخر. في هذا التصميم، ولأن التفاعل يحدث على السطح، فإن جسيمًا واحدًا فقط من الجسيمين سيتسرب إلى العداد التناسبي.

كاشفات النيوترونات الوميضية

تشمل كواشف النيوترونات الوميضية مواد وميضية عضوية سائلة، [ 6 ] وبلورات، [ 7 ] [ 8 ] وبلاستيك، وزجاج، [ 9 ] وألياف وميضية. [ 10 ]

المواد العضوية المتلألئة

المواد العضوية المتلألئة هي مواد تتميز بخاصية إصدار الضوء (التلألؤ) عند تعرضها للإشعاع المؤين. وتتميز عمومًا بسرعة استجابتها للإشعاع، وقدرتها على كشف نطاق واسع من الإشعاعات (من أشعة غاما إلى النيوترونات). وكما يوحي اسمها، فهي تُصنع عادةً من مواد عضوية، أغلبها مواد كربونية. [ 11 ]

تتوافر المواد الوميضية العضوية بأشكال عديدة، منها المواد الوميضية البلاستيكية، والمواد الوميضية السائلة، والمواد الوميضية البلورية. تُصنع المواد الوميضية البلاستيكية من بوليمرات مثل بولي فينيل تولوين (PVT) أو البوليسترين . أما المواد الوميضية السائلة، فتُصنع ببساطة عن طريق إذابة المواد الوميضية العضوية في مذيبات مناسبة. بينما تُصنع المواد الوميضية البلورية من بلورات صلبة مثل الأنثراسين أو الستيلبين.

عند تعريض مادة وميضية للإشعاع المؤين، تنتقل جزيئاتها إلى حالة طاقة أعلى نتيجة تفاعلها مع الإشعاع الوارد. وتسعى هذه الجزيئات المثارة إلى الاستقرار (العودة إلى حالة الطاقة الأساسية) عن طريق إطلاق فوتون. ويمكن الكشف عن الضوء المنبعث بتضخيمه في مضاعف ضوئي وتحويله إلى إشارة كهربائية. وتتناسب هذه الإشارات طرديًا مع طاقة الإشعاع، مما يساعد في تحديد نوع الإشعاع الذي تعرض له الجسم.

يمكن الكشف عن النيوترونات بواسطة المواد الوميضية العضوية باستخدام تقنية تمييز شكل النبضة (PSD)، والتي يمكنها التمييز بين الإشعاع بناءً على شكل النبضة/الإشارة.

كاشفات الألياف الزجاجية المتلألئة الحساسة للنيوترونات

تم الإبلاغ عن استخدام زجاج الليثيوم -6 المتلألئ للكشف عن النيوترونات لأول مرة في الأدبيات العلمية عام 1957 [ 12 ] ، وتحققت تطورات رئيسية في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين. [ 13 ] [ 14 ] وقد تم عرض الألياف المتلألئة بواسطة أتكينسون وآخرون عام 1987 [ 15 ] ، وتحققت تطورات كبيرة في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات في مختبر باسيفيك نورث ويست الوطني حيث تم تطويرها كتقنية سرية. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] رُفعت عنها السرية في عام 1994، وحصلت شركة أوكسفورد إنسترومنتس على ترخيصها لأول مرة في عام 1997، ثم نُقلت ملكيتها إلى شركة نوكسيف في عام 1999. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] تُصنّع الألياف وأجهزة الكشف عنها وتُباع تجاريًا الآن من قِبل شركة نوكسيف. [ 24 ]

تعمل ألياف الزجاج المتلألئة عن طريق دمج الليثيوم -6 ( 6Li) وأيونات السيريوم -3+ ( Ce³⁺) في تركيب الزجاج. يتميز الليثيوم -6 بمقطع عرضي كبير لامتصاص النيوترونات الحرارية من خلال تفاعل 6Li (n,α). ينتج عن امتصاص النيوترونات أيون تريتيوم، وجسيم ألفا، وطاقة حركية . يتفاعل جسيم ألفا والتريتيوم مع مصفوفة الزجاج مُحدثًا تأينًا، ينقل الطاقة إلى أيونات السيريوم -3+ ، مما يؤدي إلى انبعاث فوتونات بأطوال موجية تتراوح بين 390  و600  نانومتر، حيث تعود أيونات السيريوم -3+ المثارة إلى حالتها الأرضية. ينتج عن هذا الحدث وميض ضوئي يتكون من عدة آلاف من الفوتونات لكل نيوترون ممتص. ينتشر جزء من ضوء التلألؤ عبر ألياف الزجاج، التي تعمل كدليل موجي. يتم توصيل نهايات الألياف بصريًا بزوج من أنابيب التضخيم الضوئي (PMTs) للكشف عن دفعات الفوتونات. يمكن استخدام هذه الكواشف للكشف عن كلٍ من النيوترونات وأشعة غاما، والتي يتم التمييز بينها عادةً باستخدام تقنية تمييز ارتفاع النبضات. وقد بُذلت جهود كبيرة وأُحرز تقدم ملحوظ في تقليل حساسية كواشف الألياف لأشعة غاما. كانت الكواشف الأصلية تعاني من ظهور نيوترونات زائفة في مجال غاما بقوة 0.02 ملي رونتجن. أما الآن، فقد أتاحت التحسينات في التصميم والعملية والخوارزمية التشغيل في مجالات غاما تصل قوتها إلى 20  ملي رونتجن/ساعة ( كوبالت -60 ).

تتميز كواشف الألياف الوميضية بحساسية فائقة، ومتانة عالية، وسرعة استجابة فائقة (حوالي 60 نانوثانية)، مما يتيح نطاقًا ديناميكيًا واسعًا في معدلات العد. ومن مزايا هذه الكواشف إمكانية تشكيلها بأي شكل مطلوب، وتصغير حجمها لتناسب تطبيقات متنوعة. [ 25 ] كما أنها لا تعتمد على الهيليوم -3 أو أي مواد خام محدودة التوافر، ولا تحتوي على مواد سامة أو خاضعة للرقابة. ويُضاهي أداؤها أو يتفوق على أداء أنابيب الهيليوم -3 في عد النيوترونات الإجمالي، وذلك بفضل الكثافة العالية للمواد الماصة للنيوترونات في الزجاج الصلب مقارنةً بالهيليوم -3 الغازي عالي الضغط . [ 25 ] وعلى الرغم من أن المقطع العرضي الحراري للنيوترونات في الليثيوم -6 منخفض مقارنةً بالهيليوم-3 (940 بارن مقابل 5330 بارن)، إلا أن كثافة ذرات الليثيوم -6 في الألياف أعلى بخمسين ضعفًا، مما يُحقق ميزة في نسبة كثافة الالتقاط الفعالة تبلغ حوالي 10:1.

LiCaAlF 6

يُعدّ LiCaAlF₆ بلورة وميضية غير عضوية حساسة للنيوترونات ، وتعتمد، مثلها مثل كواشف الألياف الزجاجية الوميضية الحساسة للنيوترونات، على امتصاص النيوترونات بواسطة الليثيوم -6 . إلا أنه على عكس كواشف الألياف الزجاجية الوميضية، يُشكّل الليثيوم -6 جزءًا من البنية البلورية للبلورة الوميضية، مما يمنحها كثافة عالية طبيعية من الليثيوم -6 . تُضاف عوامل تطعيم لإكساب البلورة خصائصها الوميضية، ومن عوامل التطعيم الشائعة السيريوم ثلاثي التكافؤ واليوروبيوم ثنائي التكافؤ. يتميز LiCaAlF₆ المُطعّم باليوروبيوم عن المواد الأخرى بأن عدد الفوتونات الضوئية المُنتجة لكل عملية امتصاص نيوترون يبلغ حوالي 30,000 فوتون، أي أعلى بخمس مرات من مثيلاتها في الألياف الزجاجية الوميضية الحساسة للنيوترونات. [ 26 ] تُسهّل هذه الخاصية عملية التمييز بين فوتونات النيوترونات. نظرًا لكثافته العالية من الليثيوم -6، يُعدّ هذا المركب مناسبًا لإنتاج كواشف نيوترونية خفيفة الوزن وصغيرة الحجم، ولذلك استُخدم LiCaAlF6 للكشف عن النيوترونات على ارتفاعات عالية في مهمات البالونات. [ 27 ] يُقلّل زمن اضمحلال LiCaAlF6 المُطعّم بـ Eu2 + من ملاءمته للقياسات في بيئات ذات إشعاع عالٍ، بينما يتميّز النوع المُطعّم بـ Ce3 + بزمن اضمحلال أقصر، ولكنه يعاني من انخفاض في إنتاج الضوء. [ 28 ]

كاشف النيوترونات وأشعة جاما المزدوج NaIL

تتميز بلورة يوديد الصوديوم المُطعّمة بالثاليوم والليثيوم [NaI(Tl+Li)]، والمعروفة اختصارًا بـ NaIL، بقدرتها على كشف أشعة غاما والنيوترونات الحرارية في بلورة واحدة مع تمييز استثنائي لشكل النبضة. ويمكن تحقيق نفس قدرات كشف النيوترونات التي توفرها كواشف 3He أو CLYC أو CLLB، بتكلفة أقل، باستخدام تركيزات منخفضة من 6Li في NaIL وسماكات كبيرة. يُضفي التطعيم المشترك بالليثيوم -6 (المخصب بنسبة 95%) كفاءة عالية في كشف النيوترونات الحرارية على أكثر كواشف أشعة غاما شيوعًا، مع الحفاظ على خصائص التلألؤ المميزة ليوديد الصوديوم القياسي المُطعّم بالثاليوم. ويمكن لـ NaIL توفير كواشف أحادية المادة ذات حجم كبير لكل من أشعة غاما والنيوترونات بتكلفة منخفضة لكل وحدة حجم. [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

كاشفات النيوترونات شبه الموصلة

يوجد نوعان أساسيان من كواشف النيوترونات شبه الموصلة، الأول عبارة عن أجهزة إلكترونية مطلية بمادة متفاعلة مع النيوترونات، والثاني عبارة عن شبه موصل يتكون جزئيًا من مادة متفاعلة مع النيوترونات. [ 32 ] يُعدّ النوع المطلي الأكثر نجاحًا، ومن أمثلته ثنائي السيليكون المستوي الشائع المطلي إما بـ 10 ذرات من البورون أو 6 ذرات من فلوريد الليثيوم. [ 33 ] [ 34 ] اقترح بابكوك وآخرون هذا النوع من الكواشف لأول مرة. [ 35 ] الفكرة بسيطة: يُمتص النيوترون في الطبقة المتفاعلة، وينبعث منه تلقائيًا نواتج تفاعل عالية الطاقة. قد يصل ناتج التفاعل إلى سطح شبه الموصل، وعند دخوله يُنتج أزواجًا من الإلكترونات والفجوات. تحت تأثير جهد انحياز عكسي، تنجرف هذه الإلكترونات والفجوات عبر الثنائي لتوليد تيار مستحث، يُدمج عادةً في وضع النبضات لتكوين خرج جهد. تبلغ الكفاءة الذاتية القصوى للأجهزة ذات الطبقة الواحدة حوالي 5% للنيوترونات الحرارية (0.0259  إلكترون فولت)، وقد وُصفت عملية التصميم والتشغيل بالتفصيل في المراجع [ 36 ] . ويُعزى محدودية كفاءة كشف النيوترونات إلى امتصاص نواتج التفاعل ذاتيًا. فعلى سبيل المثال، يبلغ مدى جسيمات ألفا ذات طاقة 1.47 ميجا إلكترون فولت الناتجة عن تفاعل 10B (n,α) 7Li في طبقة من البورون حوالي 4.5 ميكرومتر، بينما يبلغ مدى جسيمات التريتون ذات طاقة 2.7 ميجا إلكترون فولت الناتجة عن تفاعل 10B (n,α) 7Li في فلوريد الليثيوم حوالي 28 ميكرومتر. ولا تستطيع نواتج التفاعل التي تنشأ على مسافات أبعد من سطح التلامس بين الطبقة وشبه الموصل الوصول إلى سطح شبه الموصل، وبالتالي لا تُسهم في كشف النيوترونات. كما دُرست الأجهزة المطلية بالغادولينيوم الطبيعي، وذلك أساسًا بسبب مقطعه العرضي المجهري الكبير للنيوترونات الحرارية الذي يبلغ 49000 بارن. [ 37 ] [ 38 ] مع ذلك، فإن نواتج تفاعل Gd(n,γ) ذات الأهمية هي في الأساس إلكترونات تحويل منخفضة الطاقة، تتجمع في الغالب حول 70 كيلو إلكترون فولت. ونتيجة لذلك، يصعب التمييز بين الأحداث الناتجة عن النيوترونات وأحداث أشعة غاما (التي تنتج بشكل رئيسي إلكترونات متناثرة كومبتون) في ثنائيات أشباه الموصلات المطلية بالغادولينيوم. وقد سعت تصميمات البكسل المُعوضة إلى معالجة هذه المشكلة. [ 39 ] عمومًا، تُفضل الأجهزة المطلية إما بـ 10 B أو 6 LiF، وذلك لأن نواتج تفاعل الجسيمات المشحونة عالية الطاقة أسهل بكثير في التمييز عن الإشعاعات الخلفية.

أدى انخفاض كفاءة الثنائيات المستوية المطلية إلى تطوير كواشف النيوترونات شبه الموصلة ذات البنية المجهرية (MSND). تحتوي هذه الكواشف على هياكل مجهرية محفورة في ركيزة شبه موصلة، تُشكّل لاحقًا على هيئة ثنائي من نوع pin. تُملأ هذه الهياكل المجهرية بمادة متفاعلة مع النيوترونات، عادةً 6LiF ، على الرغم من استخدام 10B أيضًا. تزيد مساحة سطح شبه الموصل المجاورة للمادة المتفاعلة، بالإضافة إلى زيادة احتمالية دخول ناتج التفاعل إلى شبه الموصل، من كفاءة الكشف الذاتي عن النيوترونات بشكل كبير. [ 40 ]

التصميم الأساسي لكاشف النيوترونات شبه الموصل ذي البنية الميكروية (MSND). [ 41 ]

اقترح مومينوف وتسفانغ تصميم جهاز MSND لأول مرة [ 42 ] ، ثم شيلتن وآخرون [ 43 ] . وبعد سنوات، تم تصنيع أول نموذج عملي لجهاز MSND وعرضه [ 44 ] ، [ 45 ]، وكانت كفاءته في كشف النيوترونات الحرارية آنذاك 3.3% فقط. ومنذ ذلك العمل الأولي، حققت أجهزة MSND كفاءة في كشف النيوترونات الحرارية تتجاوز 30% [ 46 ] . ورغم أن أجهزة MSND تعمل بالجهد الداخلي (بدون تطبيق جهد كهربائي)، إلا أنها تعمل بأفضل كفاءة عند تطبيق جهد يتراوح بين 2 و3 فولت. وتعمل حاليًا عدة مجموعات بحثية على تطوير أنواع مختلفة من أجهزة MSND [ 47 ] [ 48 ] . ومن أنجح هذه الأنواع تلك المملوءة بمادة 6LiF . يتم الآن تصنيع وبيع أجهزة الكشف عن النيوترونات الحرارية (MSNDs) تجاريًا بواسطة شركة Radiation Detection Technologies, Inc. [ 49 ] وقد تم الإبلاغ عن إصدارات تجريبية متقدمة من أجهزة الكشف عن النيوترونات الحرارية ذات الجانبين مع هياكل دقيقة متقابلة على جانبي رقاقة أشباه الموصلات بكفاءة تزيد عن 65٪ في الكشف عن النيوترونات الحرارية، [ 50 ] وهي قادرة نظريًا على تحقيق كفاءة تزيد عن 70٪.

تُسمى كواشف أشباه الموصلات التي تحتوي على ذرة واحدة أو أكثر من الذرات المكونة لها متفاعلة مع النيوترونات، كواشف النيوترونات شبه الموصلة الصلبة. ويمكن تقسيم كواشف النيوترونات الصلبة الصلبة إلى فئتين أساسيتين: تلك التي تعتمد على كشف نواتج تفاعل الجسيمات المشحونة، وتلك التي تعتمد على كشف أشعة غاما الناتجة عن التقاط النيوترونات الفوري. وبشكل عام، يصعب تصنيع هذا النوع من كواشف النيوترونات بدقة عالية، وهو غير متوفر تجاريًا في الوقت الحالي.

تعتمد المواد الأساسية التي تستخدم انبعاثات الجسيمات المشحونة على أشباه موصلات تحتوي على البورون والليثيوم. وفي سياق البحث عن كواشف نيوترونية من أشباه الموصلات، حظيت المواد القائمة على البورون، مثل الفوسفور الأسود (BP) وبوريد البورون (BA) ونيتريد البورون (BN) وكربيد البورون (B₄C ) ، باهتمام أكبر من غيرها من المواد المحتملة. [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]

تُعدّ أشباه الموصلات القائمة على البورون ذات الشكل المكعب صعبة النمو على هيئة بلورات ضخمة، ويعود ذلك أساسًا إلى حاجتها إلى درجات حرارة وضغوط عالية للتصنيع. ويمكن أن يتحلل كل من الفوسفور الأسود (BP) والبورون (Bas) إلى هياكل بلورية غير مرغوب فيها (من المكعب إلى الشكل العشرين السطوح) ما لم يتم تصنيعهما تحت ضغط عالٍ. كما يُشكّل البورون (B₄C ) وحدات عشرينية السطوح في بنية بلورية معينية الأوجه، وهو تحوّل غير مرغوب فيه نظرًا لضعف خصائص تجميع الشحنات في البنية العشرين السطوح [ 57 ]، مما يجعل هذه الأشكال العشرين السطوح غير مناسبة للكشف عن النيوترونات.

يمكن تشكيل نيتريد البورون (BN) على هيئة بلورات سداسية بسيطة، أو مكعبة (زنكبلند)، أو وورتزيت، وذلك تبعًا لدرجة حرارة النمو، وعادةً ما يُنمى باستخدام تقنيات الأغشية الرقيقة. وقد حظي الشكل السداسي البسيط من نيتريد البورون بأكبر قدر من الدراسات ككاشف للنيوترونات. تُستخدم عادةً طرق الترسيب الكيميائي للبخار للأغشية الرقيقة لإنتاج الفوسفور الأسود (BP)، أو البورون الباريوم (BA)، أو نيتريد البورون (BN)، أو كربيد البورون (B₄C ) . غالبًا ما تُنمى هذه الأغشية القائمة على البورون على ركائز من السيليكون من النوع n، والتي يمكن أن تُشكل وصلة ap-n مع السيليكون، وبالتالي تُنتج ثنائيًا من السيليكون المطلي كما هو موضح في بداية هذا القسم. ونتيجةً لذلك، قد يُساء فهم استجابة النيوترونات الصادرة من الجهاز على أنها استجابة للمادة الصلبة، بينما هي في الواقع استجابة لثنائي مطلي. وحتى الآن، لا توجد أدلة كافية على أن أشباه الموصلات القائمة على البورون تُنتج إشارات نيوترونية ذاتية.

تمت دراسة أشباه الموصلات المحتوية على الليثيوم، المصنفة ضمن مركبات Nowotny–Juza، ككواشف نيوترونية ضخمة. وقد أثبت مركب Nowotny–Juza، LiZnAs، فعاليته ككاشف نيوتروني؛ [ 58 ] إلا أن تصنيع هذه المادة صعب ومكلف، ولم يُبلغ إلا عن بلورات صغيرة من أشباه الموصلات. وأخيرًا، دُرست مواد أشباه الموصلات التقليدية المُطعّمة بمواد متفاعلة مع النيوترونات، وتحديدًا كواشف Si(Li). تتفاعل النيوترونات مع الليثيوم المُطعّم في المادة، مُنتجةً نواتج تفاعل عالية الطاقة. مع ذلك، يكون تركيز المُطعّم منخفضًا نسبيًا في كواشف السيليكون المُطعّم بالليثيوم (أو أشباه الموصلات المُطعّمة الأخرى)، وعادةً ما يكون أقل من 10¹⁹  سم⁻³ . بالنسبة لتركيز متدهور من الليثيوم في حدود 10 19  سم −3 ، فإن كتلة بسمك 5 سم من السيليكون الطبيعي Si(Li) سيكون لها كفاءة كشف النيوترونات الحرارية أقل من 1٪، في حين أن كتلة بسمك 5 سم من كاشف Si( 6 Li) سيكون لها كفاءة كشف النيوترونات الحرارية 4.6٪ فقط.

استُخدمت أشباه الموصلات الباعثة لأشعة غاما الفورية، مثل كادميوم تيلورايد [ 59 ] [ 60 ] ويوديد الزئبق [ 61 ] [ 62 ] ، بنجاح ككواشف للنيوترونات. تعتمد هذه الكواشف على انبعاثات أشعة غاما الفورية الناتجة عن تفاعل 113Cd (n, γ) مع 114Cd (مُنتجًا أشعة غاما بطاقة 558.6 كيلو إلكترون فولت و651.3 كيلو إلكترون فولت) وتفاعل 199Hg (n, γ) مع 200Hg (مُنتجًا أشعة غاما بطاقة 368.1 كيلو إلكترون فولت و661.1 كيلو إلكترون فولت). مع ذلك، صُممت هذه المواد شبه الموصلة للاستخدام كمطيافات لأشعة غاما، وبالتالي فهي حساسة بطبيعتها لخلفية أشعة غاما. مع دقة طاقة كافية، يُمكن استخدام تمييز ارتفاع النبضة لفصل انبعاثات أشعة غاما الفورية عن تفاعلات النيوترونات. مع ذلك، تتأثر كفاءة الكشف الفعال عن النيوترونات سلبًا بسبب انخفاض نسبة كومبتون نسبيًا. بعبارة أخرى، تُضاف غالبية الأحداث إلى طيف كومبتون المستمر بدلًا من ذروة الطاقة الكاملة، مما يُصعّب التمييز بين النيوترونات وأشعة غاما الخلفية. كما أن لكل من الكادميوم والزئبق الطبيعيين مقاطع عرضية كبيرة نسبيًا لتفاعل النيوترونات الحرارية (n,γ)، تبلغ 2444 بارن و369.8 بارن على التوالي. ونتيجة لذلك، تُمتص معظم النيوترونات الحرارية بالقرب من سطح الكاشف، مما يؤدي إلى انبعاث ما يقرب من نصف أشعة غاما الفورية في اتجاهات بعيدة عن جسم الكاشف، وبالتالي انخفاض كفاءة إعادة امتصاص أشعة غاما أو تفاعلها.

كاشفات التنشيط النيوتروني

يمكن وضع عينات التنشيط في مجال نيوتروني لتحديد خصائص طيف الطاقة وكثافة النيوترونات. ويمكن استخدام تفاعلات التنشيط ذات عتبات الطاقة المختلفة، بما في ذلك 56Fe (n,p) 56Mn ، و 27 Al(n,α) 24Na ، و 93 Nb(n,2n) 92mNb ، و 28 Si(n,p) 28Al . [ 63 ]

كاشفات النيوترونات السريعة

غالبًا ما يتم الكشف عن النيوترونات السريعة عن طريق إبطائها أولًا إلى طاقة حرارية. مع ذلك، تُفقد خلال هذه العملية معلومات الطاقة الأصلية للنيوترون، واتجاه حركته، ووقت انبعاثه. لذا، يُعدّ الكشف عن النيوترونات "السريعة" التي تحتفظ بهذه المعلومات أمرًا مرغوبًا للغاية في العديد من التطبيقات. [ 64 ]

تُعدّ الكواشف السائلة الوميضية، [ 65 ] وكواشف الغازات النبيلة القائمة على الهيليوم-4 ، [ 66 ] والكواشف البلاستيكية، من الكواشف النموذجية للنيوترونات السريعة. وتختلف هذه الكواشف فيما بينها من خلال (1) قدرتها على التمييز بين النيوترونات وأشعة غاما (عن طريق تمييز شكل النبضة) و(2) حساسيتها. وتتميز كواشف الهيليوم-4 القائمة على الغازات النبيلة بقدرة فائقة على التمييز بين النيوترونات وأشعة غاما، وذلك بفضل انخفاض كثافة الإلكترونات فيها وخاصية تمييز شكل النبضة الممتازة. في الواقع، أظهرت الكواشف الوميضية غير العضوية، مثل كبريتيد الزنك، اختلافات كبيرة في أزمنة اضمحلال البروتونات والإلكترونات؛ وهي ميزة تم استغلالها من خلال دمج البلورة غير العضوية مع محوّل نيوتروني (مثل بولي ميثيل ميثاكريلات) في كاشف النيوترونات السريعة ذي الطبقات الدقيقة. [ 67 ] تتميز أنظمة الكشف هذه بقدرتها على الكشف الانتقائي عن النيوترونات السريعة فقط في مجال إشعاع مختلط من النيوترونات وأشعة غاما دون الحاجة إلى أي تقنيات تمييز إضافية مثل تمييز شكل النبضة. [ 68 ]

يُشكّل الكشف عن النيوترونات السريعة مجموعة من المشكلات الخاصة. وقد طُوّر كاشف نيوترونات سريعة اتجاهي باستخدام ارتدادات بروتونات متعددة في مستويات منفصلة من مادة وميضية بلاستيكية. تُسجّل مسارات نوى الارتداد الناتجة عن تصادم النيوترونات؛ ويُتيح تحديد طاقة وزخم نواتين مرتدتين حساب اتجاه حركة وطاقة النيوترون الذي خضع لتشتت مرن معهما. [ 69 ]

كاشفات النيوترونات السلبية

توفر كواشف آثار الجسيمات النووية الصلبة ( SSNTDs ) بديلاً سلبياً ومتكاملاً لكواشف النيوترونات النشطة. المادة الأكثر شيوعاً هي CR-39 ، وهو بوليمر (كربونات بولي أليل ديجليكول) حيث تكسر الجسيمات المشحونة الروابط الكيميائية على طول مسارها، مما يُحدث آثار تلف كامنة. يؤدي التخريش الكيميائي اللاحق، عادةً في محلول هيدروكسيد الصوديوم، إلى توسيع هذه الآثار لتصبح حفرًا يمكن عدّها باستخدام مجهر ضوئي أو مجهر إلكتروني ماسح. ولأنها لا تتطلب طاقة أو جهدًا عاليًا أو إلكترونيات قراءة أثناء التعرض، تُستخدم كواشف آثار الجسيمات النووية الصلبة على نطاق واسع في قياس جرعات النيوترونات للأفراد وفي البيئات التي يكون فيها استخدام الأجهزة النشطة غير عملي.

لا يستجيب كاشف CR-39 للنيوترونات مباشرةً، لأنها غير مشحونة. تُسجَّل النيوترونات السريعة بشكل غير مباشر من خلال التشتت المرن الناتج عن نوى الهيدروجين في البوليمر، مما يُنتج بروتونات ارتدادية تُشكِّل مسارات. أما النيوترونات البطيئة والحرارية فلا تُنتج ارتدادات مماثلة، بل تتطلب طبقة تحويل تُحوِّل النيوترونات إلى جسيمات مشحونة. يستخدم النهج القياسي مُحوِّلًا يحتوي على البورون، مستغلًا المقطع العرضي الكبير لالتقاط النيوترونات الحرارية لنظير البورون -10 عبر تفاعل 10B (n,α) 7Li ؛ وقد تم تحديد نتريد البورون كمادة تحويل فعالة في ثمانينيات القرن الماضي نظرًا لمحتواه العالي من البورون وسطحه الأملس. [ 70 ] يسمح الجمع بين كاشف مطلي بالبورون وكاشف تحكم غير مطلي بفصل مساهمة النيوترونات البطيئة عن مسارات الخلفية الناتجة عن الجسيمات المشحونة والنيوترونات السريعة.

التطبيقات

يُستخدم الكشف عن النيوترونات لأغراض متنوعة. ولكل تطبيق متطلبات مختلفة لنظام الكشف.

  • أجهزة قياس المفاعل: بما أن قدرة المفاعل تتناسب طرديًا مع تدفق النيوترونات ، فإن كواشف النيوترونات تُعدّ مقياسًا مهمًا للطاقة في مفاعلات الطاقة النووية ومفاعلات الأبحاث. قد تحتوي مفاعلات الماء المغلي على عشرات كواشف النيوترونات، كاشف واحد لكل مجموعة وقود. معظم كواشف النيوترونات المستخدمة في المفاعلات النووية ذات الطيف الحراري مُحسَّنة للكشف عن النيوترونات الحرارية .
  • فيزياء البلازما: يُستخدم الكشف عن النيوترونات في تجارب فيزياء بلازما الاندماج النووي مثل تجربة JET . [ 71 ] على سبيل المثال، يمكن أن يوفر معدل النيوترونات المكتشف من البلازما معلومات حول درجة حرارة الأيونات. [ 72 ]
  • فيزياء الجسيمات: تم اقتراح الكشف عن النيوترونات كطريقة لتحسين كاشفات النيوترينو . [ 73 ]
  • علم المواد: يُمكّن تشتت النيوترونات المرن وغير المرن الباحثين التجريبيين من تحديد خصائص مورفولوجيا المواد من مقاييس تتراوح من الأنجستروم إلى حوالي ميكرومتر واحد .
  • السلامة الإشعاعية: يُعدّ الإشعاع النيوتروني خطراً مرتبطاً بمصادر النيوترونات ، والسفر إلى الفضاء، والمسرعات، والمفاعلات النووية . يجب أن تراعي أجهزة الكشف عن النيوترونات المستخدمة في السلامة الإشعاعية الفعالية البيولوجية النسبية (أي، كيفية اختلاف الضرر الناجم عن النيوترونات باختلاف الطاقة).
  • الكشف عن الأشعة الكونية: تُعد النيوترونات الثانوية أحد مكونات وابل الجسيمات الناتج في الغلاف الجوي للأرض بفعل الأشعة الكونية . وتُستخدم أجهزة كشف النيوترونات الأرضية المتخصصة، وتحديداً أجهزة مراقبة النيوترونات ، لرصد التغيرات في تدفق الأشعة الكونية.
  • الكشف عن المواد النووية الخاصة: تتحلل المواد النووية الخاصة ، مثل اليورانيوم-233 والبلوتونيوم -239، عن طريق الانشطار التلقائي ، مُنتجةً النيوترونات. ويمكن استخدام أجهزة الكشف عن النيوترونات لمراقبة هذه المواد في التجارة.

الكشف التجريبي عن النيوترونات

تشمل التجارب التي تستخدم هذا العلم تجارب التشتت التي يتم فيها رصد النيوترونات الموجهة ثم المتشتتة من عينة. ومن بين المرافق المستخدمة في هذه التجارب: مصدر النيوترونات ISIS في مختبر رذرفورد أبليتون ، ومصدر نيوترونات التفتت في مختبر أوك ريدج الوطني ، ومصدر نيوترونات التفتت (SINQ) في معهد بول شيرر ، حيث تُنتج النيوترونات عن طريق تفاعل التفتت، بالإضافة إلى مرافق مفاعلات الأبحاث التقليدية التي تُنتج فيها النيوترونات أثناء انشطار نظائر اليورانيوم. ومن أبرز تجارب رصد النيوترونات تجربة التعاون الأوروبي للميونات ، التي أُجريت لأول مرة في سيرن وتُعرف الآن باسم "تجربة EMC". تُجرى هذه التجربة اليوم باستخدام معدات أكثر تطورًا للحصول على نتائج أكثر دقة تتعلق بتأثير EMC الأصلي .

التحديات في الكشف عن النيوترونات في بيئة تجريبية

إن الكشف عن النيوترونات في بيئة تجريبية ليس بالأمر السهل. وتشمل التحديات الرئيسية التي تواجه الكشف عن النيوترونات في العصر الحديث الضوضاء الخلفية ، ومعدلات الكشف العالية، وحيادية النيوترونات، وطاقات النيوترونات المنخفضة.

ضوضاء الخلفية

تُعدّ الفوتونات عالية الطاقة المكوّن الرئيسي للضوضاء الخلفية في كشف النيوترونات ، وهي ضوضاء يصعب التخلص منها باستخدام الحواجز الفيزيائية. أما مصادر الضوضاء الأخرى، مثل جسيمات ألفا وبيتا ، فيمكن التخلص منها باستخدام مواد تدريع مختلفة، كالرصاص والبلاستيك والفحم الحراري، وغيرها. ولذلك، تُسبب الفوتونات تداخلاً كبيراً في كشف النيوترونات، إذ يصعب تحديد ما إذا كان كاشف النيوترونات يكشف النيوترونات أم الفوتونات. فكلاهما يُسجّل طاقات متقاربة بعد تشتته داخل الكاشف من الهدف أو الضوء المحيط، ما يجعل التمييز بينهما صعباً. كما يُمكن استخدام كشف التزامن للتمييز بين أحداث النيوترونات الحقيقية والفوتونات والإشعاعات الأخرى.

معدلات كشف عالية

إذا كان الكاشف يقع في منطقة ذات نشاط شعاعي عالٍ، فإنه يتعرض باستمرار للنيوترونات والضوضاء الخلفية بمعدلات عالية للغاية. يؤدي هذا إلى تشويش البيانات المُجمّعة، نظرًا للتداخل الشديد في القياسات، وصعوبة التمييز بين الأحداث المنفصلة. لذا، يكمن جزء من التحدي في الحفاظ على معدلات الكشف عند أدنى مستوى ممكن، وتصميم كاشف قادر على مواكبة هذه المعدلات العالية لإنتاج بيانات متماسكة.

حيادية النيوترونات

النيوترونات جسيمات متعادلة، وبالتالي لا تتأثر بالمجالات الكهربائية. وهذا ما يجعل توجيه مسارها نحو كاشف أمرًا صعبًا لتسهيل رصدها. كما أن النيوترونات لا تؤين الذرات إلا عن طريق التصادم المباشر، لذا فإن كواشف التأين الغازية غير فعالة.

سلوك متغير مع الطاقة

تتميز أجهزة الكشف التي تعتمد على امتصاص النيوترونات بحساسية أكبر للنيوترونات الحرارية منخفضة الطاقة ، وحساسية أقل بكثير للنيوترونات عالية الطاقة. أما أجهزة الكشف الوميضية ، فتواجه صعوبة في رصد تأثيرات النيوترونات منخفضة الطاقة.

الإعداد التجريبي والمنهجية

الشكل 1: الإعداد التجريبي

يوضح الشكل 1 المكونات الرئيسية النموذجية لجهاز كشف النيوترونات. من حيث المبدأ، يُظهر الرسم التخطيطي الجهاز كما هو الحال في أي مختبر حديث لفيزياء الجسيمات ، لكن التفاصيل تصف الجهاز في مختبر جيفرسون ( نيوبورت نيوز، فيرجينيا ).

في هذا الإعداد، تصطدم الجسيمات الواردة، التي تتكون من النيوترونات والفوتونات، بكاشف النيوترونات؛ وهو عادةً كاشف وميضي يتكون من مادة متلألئة ، ودليل موجي ، وأنبوب مضاعف ضوئي (PMT)، وسيتم توصيله بنظام اكتساب البيانات (DAQ) لتسجيل تفاصيل الكشف.

تُوصَّل إشارة الكشف من كاشف النيوترونات بوحدة المعايرة، ووحدة التأخير المُتحكَّم بها، ووحدة التشغيل، وجهاز راسم الإشارة . تُستخدم وحدة المعايرة ببساطة لحساب عدد الجسيمات أو الأحداث الواردة، وذلك بزيادة عداد الجسيمات في كل مرة ترصد فيها ارتفاعًا مفاجئًا في إشارة الكاشف عن نقطة الصفر. تتميز هذه الوحدة بفترة توقف قصيرة جدًا ، مما يعني أنه مهما كانت سرعة تدفق الجسيمات، فمن غير المرجح أن تفشل في عدّ حدث ما (مثل جسيم وارد). ويعود قصر فترة التوقف إلى الإلكترونيات المتطورة في هذه الوحدة، والتي لا تستغرق وقتًا طويلًا للتعافي من مهمة تسجيل إشارة منطقية عالية عند وقوع أي حدث. تقوم وحدة التشغيل بتنسيق جميع إلكترونيات النظام، وتُعطي إشارة منطقية عالية لهذه الوحدات عندما يكون النظام بأكمله جاهزًا لتسجيل سلسلة من الأحداث.

يسجل راسم الإشارة نبضة تيار مع كل حدث. هذه النبضة هي ببساطة تيار التأين في الكاشف الناتج عن هذا الحدث، مُرسمًا بيانيًا مع الزمن. يمكن إيجاد الطاقة الكلية للجسيم الساقط بتكامل نبضة التيار هذه بالنسبة للزمن، ما يُعطي الشحنة الكلية المترسبة في نهاية أنبوب التضخيم الضوئي. يُجرى هذا التكامل في محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC). تُعد الشحنة الكلية المترسبة مقياسًا مباشرًا لطاقة الجسيم المؤين (النيوترون أو الفوتون) الداخل إلى كاشف النيوترونات. تُعد تقنية تكامل الإشارة هذه طريقة راسخة لقياس التأين في الكاشف في الفيزياء النووية. [ 74 ] يتميز محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية بزمن توقف أطول من راسم الإشارة، الذي يمتلك ذاكرة محدودة ويحتاج إلى نقل الأحداث بسرعة إلى محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية. لذلك، يقوم محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية بأخذ عينة من كل 30 حدثًا تقريبًا من راسم الإشارة للتحليل. بما أن معدل الأحداث النموذجي يبلغ حوالي 10⁶ نيوترون في الثانية، [ 75 ] فإن أخذ العينات هذا سيؤدي إلى تراكم آلاف الأحداث كل ثانية.

فصل النيوترونات عن الفوتونات

يرسل محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) بياناته إلى وحدة اكتساب البيانات (DAQ) التي تُرتّب البيانات في شكلٍ مُناسب للتحليل. يكمن مفتاح التحليل المُعمّق في الفرق بين شكل نبضة تيار تأين الفوتون وشكل نبضة النيوترون. فنبضة الفوتون أطول عند الأطراف (أو "الذيول") بينما نبضة النيوترون مركزية. [ 75 ] يُمكن استخدام هذه الحقيقة لتحديد النيوترونات الواردة وحساب معدلها الإجمالي. تتضمن الخطوات المؤدية إلى هذا الفصل (والتي تُجرى عادةً في المختبرات الوطنية الرائدة، ومنها مختبر جيفرسون) استخلاص النبضات المُتحكّم بها ورسم الفرق.

استخلاص النبضات المتحكم بها

إشارات تيار التأين عبارة عن نبضات تتخللها ذروة محلية. باستخدام بوابة منطقية AND في الزمن المستمر (حيث يكون أحد المدخلات عبارة عن سلسلة من النبضات "1" و"0"، والآخر عبارة عن إشارة التيار)، يتم استخلاص الجزء الأخير من كل نبضة تيار. تُستخدم طريقة التمييز هذه، المُعتمدة على البوابات، بشكل منتظم في الومضات السائلة. [ 76 ] وحدة التأخير المُعتمدة على البوابات مُصممة خصيصًا لهذا الغرض، حيث تُنشئ نسخة مُؤجلة من الإشارة الأصلية بحيث يظهر الجزء الأخير منها بجانب الجزء الرئيسي على شاشة راسم الإشارة.

بعد استخلاص الذيل، يتم إجراء التكامل التيار المعتاد على كل من قسم الذيل والإشارة الكاملة. ينتج عن ذلك قيمتان للتأين لكل حدث، يتم تخزينهما في جدول الأحداث في نظام جمع البيانات.

رسم الفرق

الشكل 2: رسم بياني متوقع لطاقة الذيل مقابل الطاقة في النبضة الكاملة، مرسوم لجميع طاقات الأحداث. تمثل النقاط كثافة عدد الأحداث.

تكمن النقطة المحورية في التحليل في هذه الخطوة: رسم قيم التأين المستخرجة. تحديدًا، يرسم الرسم البياني ترسب الطاقة في ذيل الطيف مقابل ترسب الطاقة في الإشارة الكاملة لنطاق من طاقات النيوترونات. عادةً، عند طاقة معينة، توجد أحداث عديدة لها نفس قيمة طاقة الذيل. في هذه الحالة، تُزاد كثافة النقاط المرسومة بتداخل أكبر على الرسم ثنائي الأبعاد، ما يسمح بتقدير عدد الأحداث المقابلة لكل قيمة ترسب طاقة. يُرسم جزء عشوائي كبير (1/30) من جميع الأحداث على الرسم البياني.

إذا كان حجم الذيل المستخرج يمثل نسبة ثابتة من إجمالي النبضة، فسيظهر خطان على الرسم البياني بميلين مختلفين. الخط ذو الميل الأكبر يمثل أحداث الفوتونات، بينما يمثل الخط ذو الميل الأقل أحداث النيوترونات. ويعود ذلك تحديدًا إلى أن تيار ترسب طاقة الفوتونات، عند رسمه بيانيًا مع الزمن، يترك "ذيلًا" أطول من منحنى ترسب النيوترونات، مما يجعل ذيل الفوتونات يمثل نسبة أكبر من إجمالي الطاقة مقارنةً بذيل النيوترونات.

تُقاس فعالية أي تحليل للكشف بقدرته على عدّ وفصل عدد النيوترونات والفوتونات التي تصطدم بالكاشف بدقة. كما تكشف فعالية الخطوتين الثانية والثالثة عن مدى إمكانية التحكم في معدلات الأحداث في التجربة. فإذا أمكن الحصول على رسومات بيانية واضحة في الخطوات السابقة، مما يسمح بفصل النيوترونات عن الفوتونات بسهولة، يُمكن اعتبار الكشف فعالاً والمعدلات قابلة للتحكم. أما إذا كان تشوش البيانات وعدم وضوحها، فلن يُسهّل فصل الأحداث.

التحكم في المعدل

يمكن خفض معدلات الكشف بعدة طرق. يُمكن استخدام أخذ عينات من الأحداث لاختيار عدد قليل منها فقط للتحليل. إذا كانت المعدلات مرتفعة لدرجة يصعب معها التمييز بين حدث وآخر، يُمكن تعديل المعايير التجريبية الفيزيائية (مثل التدريع، والمسافة بين الكاشف والهدف، والزاوية المجسمة، إلخ) للحصول على أدنى معدلات ممكنة، وبالتالي أحداث قابلة للتمييز.

نقاط كشف أدق

من المهم هنا مراقبة المتغيرات ذات الأهمية تحديدًا، إذ قد تظهر مؤشرات خاطئة. على سبيل المثال، قد تشهد تيارات التأين ارتفاعات دورية عالية، لا تدل بالضرورة على معدلات عالية، بل على ترسبات طاقة عالية لأحداث عشوائية. سيتم تسجيل هذه الارتفاعات وتحليلها بحذر إذا كانت غير مبررة، خاصةً مع وجود قدر كبير من التشويش في النظام.

قد يتساءل المرء كيف يمكن للمُجرِّبين التأكد من أن كل نبضة تيار في راسم الإشارة تُقابل حدثًا واحدًا بالضبط. هذا صحيح لأن النبضة تستمر حوالي 50 نانوثانية ، مما يسمح بحد أقصى لـ ٢ × ١٠⁷ حدثًا في الثانية. هذا الرقم أعلى بكثير من المعدل النموذجي الفعلي، والذي عادةً ما يكون أقل بعشرة أضعاف ، كما ذُكر سابقًا. [ ٧٥ ] هذا يعني أنه من غير المرجح وجود جسيمين يُولّدان نبضة تيار واحدة. تستمر نبضات التيار ٥٠  نانوثانية لكل منها، وتبدأ بتسجيل الحدث التالي بعد فاصل زمني من الحدث السابق.

على الرغم من أن الكشف عن النيوترونات قد يُسهّل أحيانًا باستخدام طاقات نيوترونية أعلى، إلا أنه يظل مهمة صعبة عمومًا، وذلك للأسباب المذكورة سابقًا. لذا، يُعدّ تحسين تصميم الوميض من الأولويات، وقد ظلّ هذا الأمر محلّ اهتمام منذ اختراع كواشف الوميض. اخترع كروكس كواشف الوميض عام 1903، لكنها لم تكن فعّالة جدًا حتى طوّر كوران وبيكر أنبوب المضاعف الضوئي (PMT) عام 1944. [ 74 ] يوفر أنبوب المضاعف الضوئي طريقة كشف موثوقة وفعّالة، إذ يُمكنه مضاعفة الإشارة الأولية لفوتون وميض واحد يصطدم بسطح الأنبوب ملايين المرات، مُحوّلاً إياها إلى نبضة كهربائية قابلة للقياس. مع ذلك، لا يزال تصميم كواشف الوميض بحاجة إلى تحسين، وكذلك الخيارات الأخرى للكشف عن النيوترونات إلى جانب الوميض.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 مراجعة مجموعة بيانات الجسيمات لفيزياء الجسيمات 2006
  2. ↑ جدول بيانات ملخص مجموعة بيانات الجسيمات حول الباريونات
  3. 1 2 3 4 تسولفانيديس، نيكولاس (1995). قياس الإشعاع والكشف عنه (  الطبعة الثانية). واشنطن العاصمة: تايلور وفرانسيس. الصفحات 467-501 . ISBN  978-1-56032-317-4.
  4. ↑ مواد ذات محتوى هيدروجيني عالٍ مثل الماء أو البلاستيك
  5. ↑ كاشفات النيوترونات المصنوعة من ثلاثي فلوريد البورون (BF3 )
  6. ↑ يوسوكي، إي.؛ دايكي، إس.؛ هيروهيكو، ك.؛ نوبوهيرو، إس.؛ كينجي، إي. (2000). "تدهور تمييز شكل النبضة في الوميض العضوي السائل عند الطاقات العالية". ندوة IEEE للعلوم النووية لعام 2000. سجل المؤتمر (رقم التصنيف 00CH37149) . المجلد 1. IEEE. الصفحات 6/219–6/221. doi : 10.1109/NSSMIC.2000.949173 . ISBN   978-0-7803-6503-2. S2CID 119538680 . 
  7. ↑ كاواغوتشي، ن.؛ ياناجيدا، ت.؛ يوكوتا، ي.؛ واتانابي، ك.؛ كامادا، ك.؛ فوكودا، ك.؛ سوياما، ت.؛ يوشيكاوا، أ. (2009). "دراسة نمو البلورات وخصائص التلألؤ ككاشف نيوتروني لبلورة أحادية من LiCaAlF6 مطعمة باليوروبيوم بقطر 2 بوصة " . وقائع مؤتمر ندوة العلوم النووية IEEE لعام 2009 (NSS/MIC) . IEEE. الصفحات 1493-1495 . doi : 10.1109/NSSMIC.2009.5402299 . ISBN  978-1-4244-3961-4. S2CID 5807137 . 
  8. ↑ "مثال على جهاز رصد النيوترونات القائم على الوميض البلوري" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أغسطس 2011 .
  9. ↑ بولينجر، إل إم؛ توماس، جي إي؛ جينثر، آر جيه (1962). "الكشف عن النيوترونات باستخدام الوميضات الزجاجية". الأدوات والأساليب النووية . 17 (1): 97-116 . Bibcode : 1962NucIM..17...97B . doi : 10.1016/0029-554X(62)90178-7 .
  10. ↑ مياناغا، ن.؛ أوبا، ن.؛ فوجيموتو، ك. (1997). "كاشف كاميرا وميضية/خطية من الألياف لقياس تاريخ الاحتراق في تجربة الاندماج بالقصور الذاتي". مراجعة الأدوات العلمية . 68 (1): 621-623 . Bibcode : 1997RScI...68..621M . doi : 10.1063/1.1147667 .
  11. ↑ بروكس، إف دي (1979-06-01). "تطوير المواد الوميضية العضوية" . الأدوات والأساليب النووية . 162 (1): 477-505 . رمز Bibcode : 1979NucIM.162..477B . doi : 10.1016/0029-554X(79)90729-8 . ISSN 0029-554X . 
  12. ↑ إيجلستاف، ب.أ. وآخرون (1957). "مواد زجاجية متلألئة للكشف السريع عن النيوترونات متوسطة الطاقة". الأدوات والأساليب النووية . 1 (4): 197-199 . Bibcode : 1957NucIn...1..197E . doi : 10.1016/0369-643x(57)90042-7 . 
  13. ↑ بولينجر، إل إم؛ توماس، جي إي؛ جينثر، آر جيه (1962). "الكشف عن النيوترونات باستخدام الوميضات الزجاجية". الأدوات والأساليب النووية . 17 (1): 97-116 . Bibcode : 1962NucIM..17...97B . doi : 10.1016/0029-554X(62)90178-7 .
  14. ↑ سبوارت، أ. ر. (1976). "الزجاج الوميضي النيوتروني. 1. التنشيط بواسطة الجسيمات المشحونة الخارجية والنيوترونات الحرارية". الأدوات والأساليب النووية . 135 (3): 441-453 . Bibcode : 1976NucIM.135..441S . doi : 10.1016/0029-554X(76)90057-4 .
  15. ↑ أتكينسون، م.؛ فينت، ج.؛ فيشر، س.؛ وآخرون . (1987). "الاختبارات الأولية لجهاز تتبع الألياف المتلألئة عالي الدقة (سايفي)" . الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء أ . 254 (3): 500-514 . رمز Bibcode : 1987NIMPA.254..500A . doi : 10.1016/0168-9002(87)90022-2 . 
  16. ↑ بليس، م.؛ برودزينسكي، ر. ل.؛ كريغ، ر. أ.؛ جيلهود، ب. د.؛ كنوبف، م. أ.؛ مايلي، هـ. س.؛ بيركنز، ر. و.؛ ريدر، ب. ل.؛ صنبرغ، د. س.؛ وارنر، ر. أ.؛ ووغمان، ن. أ. (1995). جونسون، س. بروس؛ فينيفس، إرفين ج. (محررون). "كواشف النيوترونات القائمة على الألياف الزجاجية للبيئات ذات التدفق العالي والمنخفض" . وقائع SPIE . الكواشف الكهروضوئية، والكاميرات، والأنظمة. 2551 : 108. Bibcode : 1995SPIE.2551..108B . doi : 10.1117/12.218622 . S2CID 137395702 . 
  17. ↑ أبيل، كيه إتش؛ آرثر آر جيه؛ بليس إم؛ برايت دي دبليو؛ وآخرون (1993). "أداء وتطبيقات مستشعرات النيوترونات المصنوعة من الألياف الزجاجية المتلألئة". وقائع ورشة عمل SCIFI 93 حول كاشفات الألياف المتلألئة : 463-472 . 
  18. ↑ أبيل، ك.هـ؛ آرثر، ر.ج؛ بليس، م؛ برايت، د.و؛ وآخرون (1994). "مجسات النيوترونات الليفية البصرية الزجاجية المتلألئة" . وقائع جمعية أبحاث المواد . 348 203: 203-208 . رمز Bibcode : 1994mrs..meetR...4A . doi : 10.1557/PROC-348-203 . OSTI 10162809 .  
  19. ↑ بليس، م.؛ كريغ، ر. أ.؛ ريدر، ب. ل. (1994). "الفيزياء وعلاقات البنية والخواص للمواد الوميضية: تأثير التاريخ الحراري والتركيب الكيميائي على ناتج الضوء من الزجاج الوميضي". الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء أ . 342 ( 2-3 ): 357-393 . رمز Bibcode : 1994NIMPA.342..357B . doi : 10.1016/0168-9002(94)90263-1 .
  20. ↑ بليس، م.؛ كريج، ر. أ.؛ ريدر، ب. ل.؛ صنبرج، د. س.؛ ويبر، م. ج. (1994). "العلاقة بين البنية المجهرية وكفاءة الزجاج المتلألئ" . وقائع جمعية أبحاث المواد . 348 195: 195-202 . doi : 10.1557/PROC-348-195 .
  21. ↑ سيمور، ر.؛ كروفورد، ت.؛ وآخرون (2001). "أداء أجهزة مراقبة البوابات والشحن والمركبات باستخدام كاشفات الألياف الزجاجية المتلألئة للكشف عن البلوتونيوم في برنامج تقييم الإشعاع للاتجار غير المشروع". مجلة الكيمياء الإشعاعية والنووية . 248 (3): 699-705 . Bibcode : 2001JRNC..248..699S . doi : 10.1023/A:1010692712292 . S2CID 94473173 .  
  22. ↑ سيمور، آر إس؛ كريج، آر إيه؛ بليس، إم؛ ريتشاردسون، بي؛ هول، سي دي؛ بارنيت، دي إس (1998). روبرتسون، ديفيد إي (محرر). "أداء لوحة ألياف زجاجية متلألئة حساسة للنيوترونات لمراقبة البوابات والشحن والمركبات" . وقائع SPIE . هندسة أجهزة قياس النفايات النووية. 3536 : 148-155 . doi : 10.1117/12.339067 . S2CID 137600990 . 
  23. ↑ سيمور، آر إس؛ ريتشاردسون، بي؛ موريتشي، إم؛ بليس، إم؛ كريج، آر إيه؛ صنبرج، دي إس (2000). "مستشعرات النيوترونات المصنوعة من ألياف زجاجية متلألئة، وتطبيقاتها وأداؤها في الكشف عن البلوتونيوم ومراقبته". مجلة الكيمياء الإشعاعية والنووية . 243 (2): 387-388 . Bibcode : 2000JRNC..243..387S . doi : 10.1023/A:1016009726996 . S2CID 94700090 . 
  24. ↑ موقع شركة Nucsafe Inc.
  25. 1 2 فان جينهوفن، آر إم؛ كوزيس آر تي؛ ستيفنز دي إل (2009). "تقنيات كاشفات النيوترونات البديلة للأمن الداخلي PIET-43741-TM-840 PNNL-18471" .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  26. ^ ياناجيدا، ت. وآخرون . (2011). "جهاز وميض اليوروبيوم والصوديوم LiCaAlF 6 للكشف عن النيوترونات". الفيزياء التطبيقية السريعة . 4 (10) 106401. بيب كود : 2011APExp...4j6401Y . دوى : 10.1143/apex.4.106401 . S2CID 94408433 .  
  27. ↑ كول، م.؛ وآخرون (2013). "قياس النيوترونات الجوية في خطوط العرض العليا بواسطة منطاد باستخدام كاشف نيوترونات LiCAF". وقائع مؤتمر ندوة العلوم النووية . arXiv : 1311.5531 . Bibcode : 2013arXiv1311.5531K . 
  28. ↑ إيوانوفسكا، ج.؛ وآخرون (2011). "الكشف عن النيوترونات الحرارية باستخدام بلورات أحادية من LiCaAlF6 مطعمة بـ Ce3+". الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء أ . 652 (1): 319-322 . Bibcode : 2011NIMPA.652..319I . doi : 10.1016/j.nima.2010.09.182 . 
  29. ↑ "كاشف وميضي كبير الحجم من نوع NaI:Tl مطعّم بالليثيوم للكشف المزدوج عن أشعة غاما والنيوترونات، ورقة بحثية تقنية 2017" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 30 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2019 .
  30. ↑ "مادة NaI:Tl (NaIL) المُطعّمة بالليثيوم - مُشعّع نيوتروني-غاما ذو حجم كبير يتميز بتمييز استثنائي لشكل النبضة، عرض تقديمي في مؤتمر IEEE لعام 2017" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 30 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2019 .
  31. ↑ "مثال على كاشف ثنائي لأشعة غاما والنيوترون" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 1 نوفمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2019 .
  32. ↑ كاروسو، أ. ن. (2010). "فيزياء مواد وهياكل كاشفات النيوترونات الصلبة". مجلة الفيزياء: المادة المكثفة . 22 (44): 443201 (32 صفحة). doi : 10.1088/0953-8984 / 22/44/443201 . PMID 21403341. S2CID 1841640 .  
  33. ↑ روز، أ. (1967). "أغشية البورون المرسبة بالرش على كاشفات حاجز سطح السيليكون". الأدوات والأساليب النووية . 52 (1): 166-170 . Bibcode : 1967NucIM..52..166R . doi : 10.1016/0029-554X(67)90576-9 .
  34. ^ بوبيسيل، إس. سوبكو، ب. هافرانكوفا، إي. جانوت، Z .؛ كونيشيك، J.؛ ماشا، أنا؛ بافلو، ج. (1993). “Si Diode ككاشف صغير للنيوترونات البطيئة”. قياس جرعات الحماية من الإشعاع . 46 : 115 – 118.
  35. ↑ بابكوك، آر في؛ ديفيس، آر إي؛ روبي، إس إل؛ صن، كيه إتش؛ وولي، إي دي (1959). "أشباه الموصلات المطلية هي كاشف نيوترونات صغير". نيوكليونيكس . 17 : 116-122 .
  36. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ هاميج، إم دي؛ يانغ، واي إتش؛ جيرش، إتش كيه؛ كلان، آر تي (2003). "اعتبارات تصميم كاشفات النيوترونات الحرارية لأشباه الموصلات المطلية بطبقة رقيقة - الجزء الأول: أساسيات تتعلق بالأغشية التفاعلية للنيوترونات المنبعثة من جسيمات ألفا". الأدوات والأساليب النووية أ . 500 ( 1-3 ): 272-308 . رمز Bibcode : 2003NIMPA.500..272M . doi : 10.1016/S0168-9002(02)02078-8 .
  37. ^ راوخ، هـ. العشب، F.؛ فيغل، ب. (1967). "Ein Neuartiger Detektor für Langsame Neutronen". الأدوات والأساليب النووية . 46 (1): 153– 156. بيب كود : 1967NucIM..46..153R . دوى : 10.1016/0029-554X(67)90408-9 .
  38. ↑ فيجل، ب.؛ راوخ، هـ. (1968). "مقياس عدد النيوترونات باستخدام الغادولينيوم". الأدوات والأساليب النووية . 61 (3): 349-356 . رمز Bibcode : 1968NucIM..61..349F . doi : 10.1016/0029-554X(68)90250-4 .
  39. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ كلان، آر تي؛ ساندرز، جيه دي؛ ليندسي، جيه تي؛ ليندن، كيه جيه؛ جيرش، إتش كيه؛ دي لورجيو، بي إم؛ فينك، سي إل؛ أريسانتي، إي. (2002). جيمس، رالف بي؛ فرانكس، لاري إيه؛ برجر، أرنولد؛ ويستبروك، إدوين إم؛ دورست، روجر دي (محررون). "نتائج حديثة من كاشفات النيوترونات شبه الموصلة المطلية بطبقة رقيقة". وقائع SPIE . كاشفات الأشعة السينية وأشعة جاما وتطبيقاتها IV. 4784 : 164-182 . CiteSeerX 10.1.1.510.5968 . doi : 10.1117/12.455697 . S2CID 14303554 .  
  40. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ بيلينجر، إس إل؛ شولتيس، جيه كيه (2013). "الوضع الحالي لكاشفات النيوترونات شبه الموصلة ذات البنية الميكروية" (ملف PDF) . مجلة نمو البلورات . 379 : 99-110 . Bibcode : 2013JCrGr.379...99M . doi : 10.1016/j.jcrysgro.2012.10.061 . hdl : 2097/16983 .
  41. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ بيلينجر، إس إل؛ فرونك، آر جي؛ هينسون، إل سي؛ هودلستون، دي إي؛ أوكس، تي آر؛ شولتيس، جيه كيه؛ سوبرينج، تي جيه؛ تايلور، آر دي (2015). "تطوير كاشفات نيوترونية مدمجة عالية الكفاءة من أشباه الموصلات ذات البنية الميكروية" . فيزياء الإشعاع والكيمياء . 116 : 32-37 . Bibcode : 2015RaPC..116...32M . doi : 10.1016/j.radphyschem.2015.05.025 .
  42. ↑ مومينوف، ر. أ.؛ تسفانغ، ل. د. (1987). "كواشف النيوترونات الحرارية شبه الموصلة عالية الكفاءة". الطاقة الذرية السوفيتية . 62 (4): 316-319 . doi : 10.1007/BF01123372 . S2CID 119511403 . 
  43. ↑ شيلتن، ج.؛ بالزهاوزر، م.؛ هونجسبيرج، ف.؛ إنجلز، ر.؛ رينارتز، ر. (1997). "تطوير كاشف نيوتروني جديد قائم على أشباه موصلات السيليكون ومحول 6 LiF". فيزيكا ب: المادة المكثفة . 234-236 : 1084-1086 . Bibcode : 1997PhyB..234.1084S . doi : 10.1016/S0921-4526(97)00024-0 .
  44. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ كلان، آر تي؛ جيرش، إتش كيه؛ أريسانتي، إي؛ ساندرز، جيه دي؛ فان دير إلزين، بي. (2001). "مورفولوجيا سطحية جديدة لكاشفات النيوترونات الحرارية المطلية بأغشية رقيقة ذات إجهاد منخفض". معاملات IEEE في العلوم النووية . 49 (4): 1999-2004 . Bibcode : 2002ITNS...49.1999M . doi : 10.1109/TNS.2002.801697 .
  45. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ كلان، آر تي؛ جيرش، إتش كيه؛ أريسانتي، إي؛ ساندرز، جيه دي؛ فان دير إلزين، بي. (2002). "مورفولوجيا سطحية جديدة لكاشفات النيوترونات الحرارية المطلية بأغشية رقيقة ذات إجهاد منخفض". معاملات IEEE في العلوم النووية . 49 (4): 1999-2004 . Bibcode : 2002ITNS...49.1999M . doi : 10.1109/TNS.2002.801697 .
  46. ↑ فرونك، آر جي؛ بيلينجر، إس إل؛ هينسون، إل سي؛ هودلستون، دي إي؛ أوكس، تي آر؛ سوبرينج، تي جيه؛ ماكجريجور، دي إس (2015). "كواشف نيوترونية عالية الكفاءة من أشباه الموصلات ذات البنية الميكروية لاستبدال الهيليوم-3 مباشرةً". مجلة الأدوات والأساليب النووية، الجزء أ . 779 : 25-32 . doi : 10.1016/j.nima.2015.01.041 .
  47. ^ أوهير، ج. جاكوبيك، J.؛ كيني، C .؛ كوهوت، Z .؛ لينهارت، V.؛ باركر، س.؛ بيترسون، س. بوسبيسيل، س.؛ ثونجستروم، ج. (2007). “توصيف كاشفات أشباه الموصلات النيوترونية الحرارية ثلاثية الأبعاد”. نوكل. آلة. طرق أ . 576 (1): 32– 37. بيب كود : 2007NIMPA.576...32U . دوى : 10.1016/j.nima.2007.01.115 .
  48. ↑ نيكوليتش، آر جيه؛ كونواي، إيه إم؛ راينهارت، سي إي؛ غراف، آر تي؛ وانغ، تي إف (2008). "كاشف نيوترونات حرارية قائم على أعمدة سيليكون بنسبة أبعاد 6:1 مملوء بـ 10 بورون" . مجلة الفيزياء التطبيقية ، 93 (13): 133502 (3 صفحات). رمز Bibcode : 2008ApPhL..93m3502N . doi : 10.1063/1.2985817 .
  49. ↑ موقع شركة RDT
  50. ↑ أوكس، تي آر؛ بيلينجر، إس إل؛ فرونك، آر جي؛ هينسون، إل سي؛ هودلستون، دي إي؛ ليريك، زد آي؛ شولتيس، جيه كيه؛ سميث، سي تي؛ سوبرينج، تي جيه؛ ماكجريجور، دي إس (2017). "الوضع الحالي لاستبدال الهيليوم-3 المباشر باستخدام كاشف النيوترونات شبه الموصل ذي البنية الميكروية". معاملات IEEE في العلوم النووية . 64 (7): 1846-1850 . Bibcode : 2017ITNS...64.1846O . doi : 10.1109/TNS.2017.2653719 . S2CID 38524621 . 
  51. ↑ أنانثانارايانان، ك.ب.؛ جيليس، ب.ج.؛ تشودري، أ. (1974). "مركبات البورون للكشف عن النيوترونات الحرارية". مجلة الأدوات والأساليب النووية . 118 (1): 45-48 . رمز Bibcode : 1974NucIM.118...45A . doi : 10.1016/0029-554X(74)90683-1 .
  52. ↑ كوماشيرو، ي.؛ أوكادا، ي.؛ ميساوا، س.؛ كوشيرو، ت. (1987). "تحضير بلورات أحادية من 10 BP". وقائع المؤتمر الدولي العاشر للترسيب الكيميائي للبخار . 87-88 : 813-818 .
  53. ↑ إمين، د.؛ أسيلج، ت. ل. (2005). "كاشف نيوتروني صلب مقترح قائم على كربيد البورون". مجلة الفيزياء التطبيقية . 97 (1): 013529–013529–3. Bibcode : 2005JAP....97a3529E . doi : 10.1063/1.1823579 .
  54. ↑ كاروسو، أ.ن.؛ داوبن، ب.أ.؛ بالكير، ن.؛ شيم، ن.؛ أوسبرغ، ك.؛ فيرتشايلد، ر.و.؛ فلوريس، أ.ب.؛ بالاز، س.؛ هاركن، أ.د.؛ روبرتسون، ب.و.؛ براند، ج.إ. (2006). "كاشف النيوترونات ثنائي كربيد البورون بالكامل: مقارنة ونظرية" . علوم وهندسة المواد ب . 135 (2): 129-133 . doi : 10.1016/j.mseb.2006.08.049 .
  55. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ أنرو، تي؛ ماكنيل، دبليو جيه (2008). "الكشف عن النيوترونات الحرارية باستخدام نتريد البورون المُحلل حراريًا". مجلة الأدوات والأساليب النووية أ . 591 (3): 530-533 . رمز Bibcode : 2008NIMPA.591..530M . doi : 10.1016/j.nima.2008.03.002 .
  56. ↑ دوان، تي سي؛ ماجيتي، إس؛ غرينادير، إس؛ لي، جيه؛ لين، جيه واي؛ جيانغ، إتش إكس (2015). "كواشف النيوترونات الحرارية ذات الأغشية الرقيقة من نتريد البورون السداسي بدقة طاقة عالية لمنتجات التفاعل". مجلة الأدوات والأساليب النووية أ . 783 : 121-127 . رمز Bibcode : 2015NIMPA.783..121D . doi : 10.1016/j.nima.2015.02.045 .
  57. ↑ دومنيش، ف.؛ رينو، س.؛ هابر، ر.أ.؛ شوالا، م. (2011). "كربيد البورون: التركيب والخواص والاستقرار تحت الإجهاد". مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 94 (11): 3605-3628 . doi : 10.1111/j.1551-2916.2011.04865.x
  58. ↑ مونتاج، ب. و.؛ رايشنبرغر، م. أ.؛ إدواردز، ن.؛ أوغوروفسكي، ب. ب.؛ سوندر، م.؛ ويكس، ج.؛ ماكغريغور، د. س. (2016). "تصنيع الأجهزة، وتوصيفها، واستجابة الكشف عن النيوترونات الحرارية لأجهزة أشباه الموصلات LiZnP وLiZnAs" . مجلة الأدوات والأساليب النووية أ . 836 : 30-36 . رمز Bibcode : 2016NIMPA.836...30M . doi : 10.1016/j.nima.2016.08.037 .
  59. ^ فرادي، AG. كرابيفين، ميشيغن؛ ماسلوفا، LV. ماتفييف، الزراعة العضوية؛ خوسينوف، أ.خ؛ شاشورين، في كيه (1977). “إمكانيات تسجيل النيوترونات الحرارية بكاشفات تيلورايد الكادميوم”. سوف. الطاقة الذرية . 42 : 64– 66. دوى : 10.1007/BF01119710 . S2CID 95935837 . 
  60. ↑ ماكجريجور، دي إس؛ ليندسي، جيه تي؛ أولسن، آر دبليو (1996). "الكشف عن النيوترونات الحرارية باستخدام كواشف أشباه الموصلات من تيلوريد الكادميوم 1−x والزنك x ". مجلة الأدوات والأساليب النووية أ . 381 ( 2-3 ): 498-501 . رمز Bibcode : 1996NIMPA.381..498M . doi : 10.1016/S0168-9002(96)00580-3 .
  61. ↑ بايرلي، أ.ج.؛ هول، ك.ل. (1987). "الكشف عن النيوترونات باستخدام كواشف يوديد الزئبق". مجلة الأدوات والأساليب النووية أ . 256 (2): 377-380 . رمز Bibcode : 1987NIMPA.256..377B . doi : 10.1016/0168-9002(87)90236-1 .
  62. ↑ بيل، زد دبليو؛ بول، كيه آر؛ فان دن بيرغ، إل. (2004). "الكشف عن النيوترونات باستخدام يوديد الزئبق" . معاملات IEEE في العلوم النووية . 51 (3): 1163-1165 . Bibcode : 2004ITNS...51.1163B . doi : 10.1109/TNS.2004.829651 . OSTI 812511. S2CID 62773581 .  
  63. ^ فان إيك، CWE؛ دي هاس، JTM؛ دورينبوس، ب. كرامر، كيلوواط. جوديل، هو (2005). “تطوير Elpasolite ومضات نيوترونية حرارية أحادية الميل”. سجل مؤتمر ندوة العلوم النووية IEEE، 2005 . المجلد. 1. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). الصفحات من 239 إلى 243. دوى : 10.1109/NSSMIC.2005.1596245 . رقم ISBN   978-0-7803-9221-2. S2CID 44200145 . 
  64. ↑ سترومسوولد، دي سي؛ إيه جيه بيورونغ؛ آر آر هانسن؛ بي إل ريدر (1999). "الكشف المباشر عن النيوترونات السريعة. PNNL-13068، مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني، ريتشلاند، واشنطن".{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  65. ↑ بوزي، إس. أ .؛ دولان، جيه. إل.؛ ميلر، إي. سي.؛ فلاسكا، إم.؛ كلارك، إس. دي.؛ إنكفيست، إيه.؛ بيراني، بي.؛ سميث-نيلسون، إم. إيه.؛ بادوفاني، إي.؛ تشير، جيه. بي.؛ ريس، إل. بي. (2011). "تقييم المواد العضوية الوميضية الجديدة والحالية للكشف عن النيوترونات السريعة". وقائع الاجتماع السنوي الثاني والخمسين لمعهد إدارة المواد النووية على قرص مضغوط، بالم ديزرت، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية. 17-22 يوليو .
  66. ↑ لويس، جيه إم؛ آر بي كيلي؛ دي مورر؛ كيه إيه جوردان (2014). "الكشف عن إشارات الانشطار باستخدام كاشفات وميض النيوترونات السريعة لغاز الهيليوم-4". رسائل الفيزياء التطبيقية 105 (1): 014102. رمز Bibcode : 2014ApPhL.105a4102L . doi : 10.1063/1.4887366 .
  67. ↑ غوش، ب.؛ و. فو؛ م. ج. هاريسون؛ ب. ك. دويل؛ ن. س. إدواردز؛ ج. أ. روبرتس؛ د. س. ماكجريجور (2018). "كاشف نيوترونات سريعة الطبقات دقيق الطبقات عالي الكفاءة ومنخفض تأثير تشيرينكوف لمنظار TREAT" . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ . 904 : 100-106 . رمز Bibcode : 2018NIMPA.904..100G . doi : 10.1016/j.nima.2018.07.035 . S2CID 126130994 . 
  68. ↑ غوش، ب.؛ نيكولز، د.م.؛ فو، و.؛ روبرتس، ج.أ.؛ ماكغريغور، د.س. (2019). "رفض أشعة غاما لكاشف النيوترونات السريعة ذي الطبقات الدقيقة المقترن بمضاعف ضوئي من السيليكون". ندوة IEEE للعلوم النووية ومؤتمر التصوير الطبي (NSS/MIC) لعام 2019. الصفحات 1-3 . doi : 10.1109/NSS/MIC42101.2019.9059869 . ISBN  978-1-7281-4164-0. S2CID 204877955 . 
  69. ↑ فانييه، بي إي؛ فورمان، إل؛ ديوزيجي، آي؛ سالوين، سي؛ غوش، في جيه (2007). "معايرة واختبار كاشف اتجاهي للنيوترونات السريعة ذي مساحة كبيرة". وقائع مؤتمر ندوة العلوم النووية IEEE لعام 2007. IEEE. الصفحات 179-184 . doi : 10.1109/NSSMIC.2007.4436312 . ISBN  978-1-4244-0922-8. أوستي 909968 . S2CID 26211444 .  
  70. ↑ تسورتا، ت.؛ كيمورا، ت. (1987). "كاشف CR39-BN لقياس جرعات النيوترونات الحرارية". مجلة العلوم والتكنولوجيا النووية . 24 (2). doi : 10.1080/18811248.1987.9735786 .
  71. ↑ فرينجي، ج. (1996)، "تشخيص النيوترونات في مفاعل MPR في Jet - دراسة نموذجية لمفاعل ITER"، تشخيصات مفاعلات الاندماج النووي الحراري التجريبية ، سبرينغر الولايات المتحدة، ص 417-420 ، doi : 10.1007/978-1-4613-0369-5_49 ، ISBN  978-1-4613-8020-7
  72. ↑ هاتشينسون، آي إتش (2002). مبادئ تشخيص البلازما ( الطبعة الثانية). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN  0-521-80389-6. OCLC 50124576 . 
  73. ↑ جون ف. بيكوم ومارك ر. فاجينز (2004). "مطيافية النيوترينو المضاد باستخدام كاشفات تشيرينكوف المائية الكبيرة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 93 (17) 171101. arXiv : hep-ph/0309300 . Bibcode : 2004PhRvL..93q1101B . doi : 10.1103 /PhysRevLett.93.171101 . PMID 15525063. S2CID 10472028 .  
  74. 1 2 ليو، دبليو آر (1994). تقنيات تجارب الفيزياء النووية والجسيمية . سبرينغر .
  75. 1 2 3 سيرني، جيه سي، دوليمال، زد، إيفانوف، إم بي، كوزمين، إي بي، سفيدا، جيه، فيلهلم، آي. (2003). "دراسة استجابة النيوترونات والتمييز بين النيوترونات وأشعة غاما باستخدام طريقة مقارنة الشحنة لكاشف وميضي سائل صغير". الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء أ . 527 (3): 512-518 . arXiv : nucl-ex/0311022 . Bibcode : 2004NIMPA.527..512C . doi : 10.1016/j.nima.2004.03.179 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  76. ↑ جاستانيا، إس دي، وسيلين، بي جيه (2003). "التقنيات الرقمية لتمييز شكل نبضات النيوترونات وأشعة غاما في مطيافية النيوترونات المعتمدة على البوابات باستخدام السوائل". مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء أ . 517 ( 1-3 ): 202-210 . رمز Bibcode : 2004NIMPA.517..202J . doi : 10.1016/j.nima.2003.08.178 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )

للمزيد من القراءة