Метод спектромерии быстрых нейтронов детекторами на основе органических сцинтилляторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Урупа Илья Викторович

• Урупа Илья Викторович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Урупа Илья Викторович

Введение

Глава 1. Методы спектрометрии нейтронного излучения органическими сцинтилляторами

1.1. Принципы регистрации нейтронного излучения органическими сцинтилляторами. Световой выход

1.2. Нейтрон-гамма разделение по форме импульса в органических сцинтилляторах

1.3. Сцинтилляторы для п/у разделения

1.4. Методы восстановления нейтронных спектров по показаниям детекторов с органическими сцинтилляторами

1.5. Обзор дозиметров-радиометров и дозиметров-спектрометров нейтронного излучения

Выводы по главе

Глава 2. Калибровка спектрометров с органическими сцинтилляторами

2.1. Постановка задачи энергетической калибровки

2.2. Алгоритм калибровки спектрометров по у-излучению

2.3. Алгоритм калибровки по протонам отдачи

2.4. Методы «модификации» спектров нейтронного излучения для получения калибровочных точек

2.5. Применение «метода известных сечений» для энергетической калибровки спектрометров с органическим сцинтиллятором

Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальные измерения

3.1. Экспериментальная установка

3.2. Настройка параметров нейтрон-гамма разделения

3.3. Измерение аппаратурных спектров генераторов Э—Э- и Э—Т нейтронов

3.4. Энергетическая калибровка экспериментальных стендов

3.4.1. Калибровка по гамма-излучению

3.4.2. Калибровка по протонам отдачи

3.5. Сравнение загрузочных способностей детекторов

3.6. Расчет энергетического разрешения

Выводы по главе

Глава 4. Спектрометрия нейтронных источников

4.1. Спектрометрия нейтронных источников

4.1.1. Формирование матрицы откликов

4.1.2. Восстановление спектров нейтронных источников

4.2. Расчет скалярных и дозовых характеристик нейтронных источников

4.3. Верификация результатов спектрометрии с помощью стандартизированного нейтронного источника

4.4. Расчет инструментальной погрешности измерения плотности потока нейтронов и МАЭД нейтроннного излучения

4.5. Измерение энергетической анизотропии Э—Т- нейтронов

Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Библиографический список

Введение

В настоящее время спектрометрия и дозиметрия нейтронов применяются для решения практических и исследовательских задач атомной отрасли, радиационной медицины, космических исследований, ядерной безопасности и других направлений науки и техники. Информацию об энергетическом спектре нейтронов в точке измерения можно использовать для определения сечений ядерных реакций и уточнения ядерно-физических констант в новых моделях исследовательских реакторных, термоядерных и ускорительных установок [1—3], уменьшения неопределенностей расчета масс и концентраций химических элементов в нейтронно-радиационных и нейтронно-активационных методах анализа [4—7], уточнения показаний дозиметров-радиометров быстрых нейтронов [8—10], решения задач радиационной метрологии и обеспечения единства измерений [11, 12].

Дозовые характеристики нейтронных полей зависят от энергии нейтронов. Следовательно, знание энергетического распределения поля нейтронов влияет на результат дозиметрии, а также скалярных и токовых характеристик нейтронного поля - плотности потока, потока, флюенса и других величин в точке измерения.

Наиболее часто используемыми интегральными дозиметрами-радиометрами нейтронов являются приборы на основе гелиевых счётчиков и сцинтилляционных детекторов. Однако, большинство дозиметров-радиометров нейтронов градуируются без учета информации об энергетических спектрах нейтронов в точке измерения, а потому демонстрируемые ими результаты измерений могут в значительной мере отличаться от истинных. Приборы подобного типа градуируются, как правило, на радиоизотопных (а, п) источниках и, следовательно, измерение дозовых характеристик источников нейтронов с более высокими энергиями может привести к заниженному результату. К таким источникам нейтронов можно отнести генераторы нейтронов, в том числе портативные, на основе реакции

Э—Т, источники моноэнергетических нейтронов с энергией более 10 МэВ и источники на основе реакции скалывания. Кроме этого, характеристики самих радиоизотопных источников могут отличаться от источника к источнику в зависимости от технологии изготовления, изотопного состава источника, размера гранул в источнике, что затрудняет стандартизацию измерений [13, 14]. Так, в России основными изотопными используемыми источниками быстрых нейтронов являются 238Ри/Ве и 239Ри/Ве. При этом из-за особенностей технологического процесса изотопный состав плутония в каждом конкретном источнике отличается, что не позволяет стандартизировать спектр нейтронов таких источников в отличие от спектра источника на основе 241Лш/Ве, описанного в стандарте

Решением вышеуказанных проблем может стать использование аппаратуры, позволяющей определять спектр нейтронов в точке измерения -нейтронных спектрометров-дозиметров на основе современной быстродействующей цифровой электроники.

В настоящее время для нейтронной спектрометрии активно используются в том числе детекторы на основе органических сцинтилляторов. Это связано с появлением новых сцинтилляционных материалов, усовершенствованием технологий изготовления уже известных типов сцинтилляторов, а также с развитием цифровых методов обработки сигналов и быстродействующей электроники. Основным недостатком при использовании органических сцинтилляторов в качестве спектрометров нейтронов является нелинейность светового выхода от тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) в зависимости от энергии высвечивающейся частицы. В связи с этим для энергетической градуировки (калибровки) имеющихся спектрометров нейтронов требуется значительное количество опорных градуировочных точек. Для их получения используются ускорители протонов и дейтронов, генерирующие нейтроны по реакциям (р,п) и (ё,п), в результате чего возможно провести энергетическую калибровку спектрометра [15].

Однако, в настоящее время количество доступных в Российской Федерации моноэнергетических протонных ускорителей ограничено, а их эксплуатация в значительной мере связана со значительными финансовыми затратами. Из этого следует целесообразность создания и применения иных методов калибровки сцинтилляционных спектрометров.

Как было сказано выше, развитие быстродействующего цифрового оборудования обработки сигналов, способного работать, в том числе, в интенсивных полях излучения, в режиме реального времени, и разработка новых технологичных сцинтилляционных материалов, имеющих более низкую стоимость, но при этом не уступающих по характеристикам уже известным сцинтилляторам, делает возможным более широкое применение спектрометров нейтронов в вышеуказанных областях науки и техники.

Диссертационное исследование посвящено определению спектрометрических, дозиметрических и скалярных характеристик нейтронного излучения в смешанных нейтрон-гамма полях детекторами на основе органических сцинтилляторов с применением современных цифровых методов обработки сигналов детектора и нейтрон-гамма разделения по форме импульса, а также калибровке таких детекторов без использования моноэнергетических ускорителей нейтронов. Все вышеперечисленное лежит в основе метода спектрометрии быстрых нейтронов детекторами с органическими сцинтилляторами.

Актуальность работы заключается

• В повышении точности (уменьшении погрешности) измерения спектральных, скалярных и дозовых характеристик поля быстрых нейтронов лабораторных источников в сравнении с другими дозиметрами-радиометрами и спектрометрами-дозиметрами нейтронов в практических и исследовательских задачах атомной отрасли, радиационной медицины, космических исследований и ядерной безопасности.

• В необходимости создания опорных полей нейтронного излучения с известными параметрами для решения задач радиационной (нейтронной) метрологии и ядерного приборостроения.

Направление исследований соответствует паспорту специальности 1.3.2 «Приборы и методы экспериментальной физики»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод спектромерии быстрых нейтронов детекторами на основе органических сцинтилляторов»

Цель работы:

Создание метода спектрометрии полей быстрых нейтронов детекторами с органическими сцинтилляторами, позволяющего с высокой точностью проводить измерения МАЭД и плотности потока в полях смешанного нейтрон-гамма излучения без использования энергетической калибровки на моноэнергетических стационарных ускорителях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

1. Разработка и создание спектрометрической системы для быстрых нейтронов на основе органических сцинтилляторов —монокристаллического стильбена и пластмассового сцинтиллятора EJ-276 с возможностью цифрового нейтрон-гамма разделения по форме импульса.

2. Разработка, применение и верификация метода энергетической калибровки спектрометров с помощью имеющихся портативных источников нейтронов, а также с применением «метода известных сечений» с учётом нелинейной зависимости световыхода сцинтиллятора от типа и энергии частицы.

3. Разработка математической модели детектора на основе органического сцинтиллятора и спектров откликов на нейтронное и гамма-излучение с применением экспериментально определенной зависимости световыхода от энергии протонов отдачи для последующего формирования матрицы отклика для использования в алгоритме восстановления спектров нейтронов;

4. Восстановление нейтронных спектров, оценка дозовых, скалярных и токовых характеристик полей нейтронов, возникающих при работе источников генерирующего типа (портативные генераторы нейтронов на основе реакций D—Э-, О—Т) и изотопных (а, п) источников по результатам измерений аппаратурных спектров.

5. Разработка методики оценки инструментальной погрешности измерения МАЭД и плотности потока нейтронного излучения из восстановленных спектров с использованием аттестованного поля нейтронов.

Научная новизна работы. В ходе выполнения работы были получены следующие новые результаты:

1. Впервые экспериментально полученное с помощью портативных генераторов Э—О-, Э—Т- нейтронов и метода известных сечений соотношение между световыходом и энергией протонов отдачи для спектрометра с органическим сцинтиллятором позволило сформировать функцию отклика детектора быстрых нейтронов с энергией от 1,0 до 15,0 МэВ, провести энергетическую калибровку и восстановить спектры нейтронов с разрешающей способностью не более 300 кэВ в рассматриваемом энергетическом диапазоне.

2. Представленный в работе метод позволил рассчитать МАЭД нейтронного излучения в точке измерения с относительной погрешностью в 10%, что превосходит результаты, демонстрируемые другими сцинтилляционными спектрометрами-дозиметрами.

Практическая значимость

1. Разработана спектрометрическая система для быстрых нейтронов

на основе органического сцинтиллятора с возможностью цифрового п/у

разделения по форме импульса в энергетическом диапазоне 1,0 — 15,0 МэВ

при плотности потока нейтронов от 100 до 106 с-1см-2. В качестве

чувствительного элемента детектора применяется монокристаллический

8

сцинтилляционный стильбен размерами 040-40 мм или пластмассовый сцинтиллятор EJ-276 размерами 05151 мм. Измерения нейтронных спектров проводились в т.ч. на внешних экспериментальных площадках — ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», АО «СНИИП».

2. Представленный метод энергетической калибровки спектрометров позволяет градуировать спектрометры на основе органических сцинтилляторов в диапазоне 1,0 —15,0 МэВ.

3. Представленный в работе метод калибровки позволяет использовать портативные нейтронные генераторы и радионуклидные нейтронные источники вместо ресурсозатратных моноэнергетических протонных ускорителей.

4. Погрешности измерения мощности амбиентного эквивалента дозы на основе информации о спектре превосходят значения погрешностей, демонстрируемые другими сцинтилляционными спектрометрами-дозиметрами со сходными характеристиками, но калибруемым на моноэнергетических ускорителях.

Методы исследования

Экспериментальные измерения аппаратурных спектров источников нейтронов проводились с применением современных цифровых технологий п/у разделения по форме импульса на двух типах сцинтилляторов — органическом монокристаллическом стильбене и современном пластмассовом сцинтилляторе на основе поливинилтолуола марки EJ-276 производства Eljen Technologies [16]. Верификация экспериментов осуществлялась путём сравнения с литературными данными, международными стандартами, измерениями в метрологически аттестованных условиях, а также с применением методов математического моделирования. Восстановление спектров нейтронов по показаниям аппаратурных и другие математические

операции проводились с использованием современных численных методов с помощью программных пакетов и языка программирования Python.

На защиту выносятся следующие положения

1. Метод сцинтилляционной спектрометрии быстрых нейтронов с применением энергетической калибровки на портативных генераторах D—D, D—T- нейтронов и радионуклидном источнике в полях смешанного нейтрон-гамма излучения, позволяющий проводить восстановление спектра нейтронов в энергетическом диапазоне от 1,0 до 15,0 МэВ.

2. Результаты измерений аппаратурных спектров источников нейтронного излучения в смешанных гамма-нейтронных полях, позволившие восстановить энергетические распределения нейтронов (а, п)-источников и портативных генераторов D—D- и D—T- нейтронов. Достоверность спектрометрии подтверждается сравнением экспериментального результата восстановления спектра источника 241Am/Be со стандартом спектра источника 241Am/Be по критерию Колмогорова с уровнем значимости 0,05.

3. Результаты расчётов неопределенностей энергии нейтронов, плотности потока, МАЭД по восстановленному энергетическому спектру на эталоне единиц плотности потока и МАЭД. Достигнутые значения относительной инструментальной погрешности измерения МАЭД превосходят результаты, демонстрируемым другими спектрометрами-дозиметрами со схожими характеристиками (12%) и значительно превосходят погрешности интегральных дозиметров-радиометров (15 — 25%).

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Объём работы составляет 112 страниц, 40 рисунков, 22 таблиц. Список литературы состоит из 108 наименований.

Личный вклад

Все результаты диссертации получены автором лично или при его непосредственном определяющем участии. Автором осуществлялись: подготовка, постановка, проведение экспериментов, обработка и интерпретация результатов измерений, расчёты, подготовка к публикации научных статей, подготовка и представление докладов по тематике исследования на научных конференциях.

Достоверность результатов обеспечивается повторяемостью результатов измерений, совпадением результатов измерений с литературными данными в пределах указанных неопределенностей, проверкой результатов измерений в метрологически аттестованных условиях, согласием экспериментальных результатов с результатами математического моделирования.

Апробация работы

Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных научных конференциях и семинарах:

1. Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛаПлаз (2020 — 2023 гг.), НИЯУ МИФИ, Москва.

2. Международная конференция NUCLEUS-2020. Nuclear physics and elementary particle physics. Nuclear physics technologies. LXX International conference. Санкт-Петербург, 2020 г.

3. Научно-практическая конференция Физико-технические интеллектуальные системы ФТИС 2022 — 2024, НИЯУ МИФИ, Москва.

4. Научно-техническая конференция Ядерное приборостроение: история, современность, перспективы», 2022 г., АО «СНИИП», Москва;

Публикация результатов работы

Основные результаты, приведенные в диссертации, опубликованы в 7 научных статьях в рецензируемых научных изданиях, включенных в базы данных ВАК, Scopus, Web of Science:

1. I.V. Urupa, E.V. Ryabeva, R.F. Ibragimov, V.D. Sapozhnikov. Method of the known cross sections for calibration of the fast neutron spectrometer with a single-crystal stilbene based detector // Nuclear Engineering and Technologies. — 2024. — DOI: 10.1016/j.net.2024.04.010. (Scopus, Q2)

2. E.V. Ryabeva, D.A. Molodtsev, I.V. Urupa et. al. EJ-276 based neutron spectrometer with neutron-gamma pulse shape discrimination capability // NIMA. — 2022. — Vol. 1034. — 166791. — DOI: 10.1016/j.nima.2022.166791. (Scopus, Q2)

3. E.V. Ryabeva, I.V. Urupa, E.E. Lupar et al. Calibration of EJ-276 plastic scintillator for neutron-gamma pulse shape discrimination experiments // NIMA. — 2021. — Vol. 1010. — 165495. — DOI: 10.1016/j.nima.2021.165495. (Scopus, Q2)

4. Ибрагимов Р.Ф., Урупа И.В., Рябева Е.В. Моделирование матрицы отклика спектрометра быстрых нейтронов на основе органического сцинтиллятора // Атомная энергия. — 2023. — Т. 135. — С. 46—51 (ВАК К1); R.F. Ibragimov R.F., I.V. Urupa, E.V. Ryabeva Response matrix simulation for a fast neutron spectrometer based on an organic scintillator // Atomic Energy. — 2024. — Vol. 135. — P. 61—68. — DOI: 10.1007/s10512-024-01082-y. (Scopus Q3)

5. Савин Д.И., Урупа И.В., Рябева Е.В. и др. Спектрометрический стенд на основе стильбена для восстановления энергетического распределения источников быстрых нейтронов // Атомная энергия. — 2022. — Т. 133. — Вып. 1—2. — С. 101—105. (ВАК К1); Savin D.I., Urupa I.V., Lupar E.E. et. al. Stilbene-Based Spectrometer for Unfolding the Energy Distribution of Fast Neutron Sources // Atomic Energy. — 2022. — Vol. 133. — №2. — P. 109—114. — DOI: 10.1007/s 10512-023-00981 -w. (Scopus Q3)

6. Рябева Е.В., Денисенко А.П., Ибрагимов Р.Ф., Урупа И.В. Методы оценки спектра нейтронов по показаниям алмазного детектора, пластикового сцинтиллятора и набора активационных детекторов // Атомная энергия. — 2022. — Т. 133. — Вып. 5—6. — С. 300—304. (ВАК К1); E.V. Ryabeva, A.P. Denisenko, R.F. Ibragimov, I.V. Urupa. Methods for Estimating a Neutron Spectrum Using a Diamond Detector, Plastic Scintillator, and Set of Activation Detectors // Atomic Energy. — 2023. — Vol. 133 — P. 320—325. — DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-023-00981-w (Scopus Q3)

7. Д.И. Юрков, В.И. Микеров, Е.В. Рябева ... И.В. Урупа. Обеспечение безопасной работы генераторов нейтронного излучения в вузе // Известия вузов. Ядерная энергетика. — 2020. — № 3. — С. 160—167. (ВАК К1); Yurkov D.I., Mikerov V.I., Ryabeva E.V. ... Urupa I.V. Ensuring safe operation of university neutron generators // Izvestiya vuzov. Yadernaya Energetika. — 2020. — №3, P. 160—167; DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.3.16 (in Russian) (Scopus Q4).

Результаты работы опубликованы в тезисах конференций [98—108].

Глава 1. Методы спектрометрии нейтронного излучения органическими сцинтилляторами

1.1. Принципы регистрации нейтронного излучения органическими сцинтилляторами. Световой выход.

Регистрация быстрых нейтронов (выше 1 МэВ) органическими сцинтилляторами реализуется на основе реакции упругого рассеяния на ядрах водорода и углерода. При упругом рассеянии нейтронов на ядрах вещества возникают ядра отдачи, энергия которых связана с начальной энергией нейтронов соотношением:

где А — массовое число ядра отдачи, Еа и Еп — энергия ядра отдачи и энергия нейтрона соответственно, 0 - угол между направлением движения нейтрона до рассеяния и направлением вылета ядра отдачи.

Из соотношения (1.1) следует, что для более легких материалов энергия, передаваемая нейтроном ядру отдачи, будет больше. Для водорода (А=1) формула (1.1) примет вид

Для водорода рассеяние моноэнергетических нейтронов в системе центра масс практически изотропно до Еп ~ 20 МэВ и спектр протонов отдачи выглядит следующим образом:

(1.1)

Еа « Еп со82(9),

(1.2)

_р е < Е

и(Ер)йЕр =\ Еп' Р П

0, Ер > Еп

dEp

(1.3)

п

где Еп - энергия нейтрона, Ер - энергия протона отдачи.

Исходя из выражения (1.3) спектр протонов отдачи от моноэнергетической линии нейтронов в органических сцинтилляторах в первом приближении имеет вид равномерного распределения.

С другой стороны, в эксперименте форма отклика имеет значительно более сложную форму, обусловленную нелинейностью светового выхода в органических сцинтилляторах и наличием в аппаратурном спектре вклада от иных ядерных реакций, а также вторичных аппаратурных эффектов, которые будут более подробно описаны ниже.

Световым выходом (световыходом) сцинтиллятора называют полное число фотонов, возникающих при попадании в сцинтиллятор заряженной частицы. Помимо полного световыхода сцинтиллятора также используется понятие удельного световыхода. Удельный световыход — это число образовавшихся фотонов на единицу энергии, потерянной частицей в сцинтилляторе.

Для всех органических сцинтилляторов независимо от их агрегатного состояния световыход для электронов примерно в 10 раз больше световыхода а-частиц той же энергии. Это частично можно объяснить локальным перегревом сцинтиллятора при большой плотности ионизации (например, при облучении а-частицами с энергией 5 МэВ местный перегрев может достигать 200оС). Другой причиной может послужить возникновение сильных электрических полей при большой плотности ионизации, которые приводят к изменению структуры энергетических состояний возбужденных молекул, и, следовательно, к изменению спектра испускания [17].

Из-за зависимости световыхода органических сцинтилляторов от типа регистрируемой частицы вводится специальная единица измерения световыхода э.э. МэВ — электронный эквивалент МэВ (МеУее в зарубежной литературе). Энергия, требуемая для получения э.э. 1 МэВ света, составляет 1 МэВ для быстрых электронов и несколько МэВ для тяжелых заряженных частиц из-за меньшего светового выхода. Величина э.э. МэВ введена для

определения абсолютного базиса световыхода сцинтиллятора для различных типов частиц относительно электрона.

Отклик органического сцинтиллятора на заряженные частицы может быть описан отношениями dL/dx и dE/dx, где dL/dx — световая энергия, излучаемая на единице длины пути частицы в сцинтилляторе, dE/dx — ионизационные потери частицы в веществе.

Для определения ионизационных потерь частицы dE/dx используется формула Бете-Блоха:

МЕ / dx) = 4Ше2У [1п( 2теу2 ) - р2 - 5 - и], (1.4)

V 2 /ион (1 -Р2)

где 2 — заряд частицы, те и е — масса и заряд электрона соответственно, V — скорость частицы; пе — концентрация электронов вещества, /ион — средний потенциал ионизации; в = v/c (с - скорость света); 5 — поправка, учитывающая релятивистский эффект поляризации среды (эффект плотности); и — поправка на учет связи электронов на К и L оболочках.

Ввиду значительной упрощенности формулы Бете-Блоха для расчёта ионизационных потерь целесообразно использовать базы ядерных данных, в которых константы определяются экспериментальными методами.

Связь между световой энергией, излучаемой на единице пути частицы dL/dx и ионизационными потерями частицы dE/dx была предложена Бирксом [18]. Он предположил, что высокая плотность ионизации вдоль трека частицы ведет к тушению от ионизационно-поврежденных молекул и уменьшению эффективности сцинтилляции. Под тушением подразумевается образование центров гашения, т.е. безизлучательного снятия возбуждения. Если предположить, что плотность поврежденных молекул вдоль направления движения частицы прямо пропорциональна плотности ионизации, то можно представить, что их плотность равна В^Е^), где В — коэффициент пропорциональности. Биркс сделал предположение, что некоторая часть к плотности поврежденных молекул может привести к тушению.

В случае отсутствия тушения, световыход органического сцинтиллятора пропорционален энергетическим потерям:

йЬ / йх = ЯйЕ / йх, (15)

где 5—нормальная сцинтилляционная эффективность. Учитывая вероятность тушения:

ЛЬ / йх = /йх (1.6)

1 + квйЕ / йх

где к—относительное число поврежденных молекул, которые могут привести к тушению; В — коэффициент пропорциональности. Для удобства значения к и В считают единой константой и обозначают кВ.

Выражение (1.6) называется формулой Биркса. На практике параметр кв [г МэВ-1 см-2] определяется с помощью аппроксимации экспериментальных данных, полученных для соответствующего сцинтиллятора на моноэнергетических ускорителях частиц [19—21]. В интегральном виде соотношение (1.6) имеет вид:

Ео

С йЕ

Ь(Е) = Я йЕ /(1 + кв—) (1.7)

л йх

о

Пример зависимости световыхода от различных видов частиц в пластмассовом сцинтилляторе Б1-276 представлен на рисунке 1.1.

Из выражения (1. 7) и рисунка 1.1 можно видеть, что зависимость световыхода сцинтиллятора от ТЗЧ является нелинейной, при этом отклонение от линейности тем значительней, чем больше масса взаимодействующей в сцинтилляторе частицы. Данная особенность требует учета в функции отклика сцинтилляционного детектора. Так, в общем случае аппаратурный спектр Ы(У) и энергетический спектр Ф(Е) связаны интегральным уравнением Фредгольма (1.8)

N (V) = | О (V, Е )Ф( Е )сЕ, (1.8)

где 0(У,Е) — функция отклика детектора. Искажения, вносимые нелинейностью световыхода, можно учесть с помощью поправки

0(Г,Е) = 0{У,Е)(И{Е) / (ЛЕ

(1.9)

Таким образом, нелинейность световыхода непосредственно влияет на форму аппаратурного спектра нейтронов.

Рисунок 1.1 — Экспериментально измеренный световыход от различных

заряженных частиц [21]

Для многих органических сцинтилляторов зависимость световыхода Ь пропорциональна Е3/2, где Е — энергия протона отдачи [22]. Вследствие этого амплитудное распределение импульсов относительно световыхода имеет вид:

1ЛТ , „ dN / dE еот1 1<т-\/ъ

dN / dL =-= --= к' Ь ,

dL / dE 3^1/2

2

(1.10)

где к' — коэффициент пропорциональности. Влияние функции световыхода на аппаратный спектр протонов отдачи представлен на рисунке 1.2 справа.

Помимо нелинейности световыхода существует ряд факторов, из-за которых спектр протонов отдачи от моноэнергетического источника нейтронов отличается от формы, представленной на рисунке 1.2 слева.

Основной вклад в форму спектра протонов отдачи вносят краевой эффект, многократное рассеяние нейтрона на водороде, упругое рассеяние нейтрона на углероде и энергетическое разрешение сцинтилляционных детекторов (рисунок 1.3).

е н

Рисунок 1.2 — Влияние нелинейности световыхода от протонов отдачи в органических сцинтилляторах на форму амплитудного распределения импульсов [22]

Краевой эффект — результат того, часть протонов отдачи выходят из сцинтиллятора прежде, чем потеряют всю свою энергию. Утечка возможна через боковые стенки и торцы сцинтиллятора. В случае направленного пучка нейтронов можно не учитывать утечку через боковые стенки, так как она существенно меньше утечки через торцы. Краевой эффект проявляется в том, что часть спектра смещается из области высоких энергий в область низких энергий.

Краевой эффект частично компенсируется многократным рассеянием нейтрона на водороде, из-за которого спектр протонов повышается в области высоких энергий и уменьшается в области малых энергий [23].

На плавный спад в области высоких энергий также влияет конечное энергетическое разрешение сцинтилляционных детекторов, описываемое в диапазоне энергий 0,1—20 МэВ зависимостью

Л( Е) = аЕт + Ь, (1.11)

где а, Ь — экспериментально определяемые константы.

Рисунок 1.3 — Энергетический спектр протонов отдачи от источника

моноэнергетических нейтронов

1 - учтено однократное рассеяние на водороде; 2 - учтено рассеяние на углероде; 3 - учтено двукратное рассеяние на водороде; 4 - реальная форма распределения; 5 - учтена утечка протонов через торец цилиндрического кристалла [23]

Органические сцинтилляторы наряду с водородом содержат углерод, на котором быстрые нейтроны имеют ненулевое сечение упругого рассеяния. Из-за низкой сцинтилляционной эффективности для высоких удельных потерь тяжелых частиц dE/dx, ядра отдачи углерода не вносят большого вклада в форму спектра отклика сцинтиллятора на нейтронное излучение. Однако, при рассеянии на углероде нейтрон теряет от 0 до 28% своей энергии [22]. Из-за этого энергия регистрируемых протонов отдачи будет варьироваться в диапазоне от 0,72Еп до Еп (где Еп - изначальная энергия нейтрона). Влияние этого эффекта на форму спектра протонов отдачи показано на рисунке 1.4.

Ввиду того, что испускание быстрых нейтронов сопровождается сопутствующим и вторичным гамма-излучением, а также рентгеновским излучением, к которому чувствительны органические сцинтилляторы, перед исследователем стоит задача выделения сигналов детектора, ассоциированных с нейтронами в смешанном поле излучения. Для этого используют методы нейтрон-гамма разделения, например, по времени пролёта

или по форме импульса. В диссертационном исследовании использован метод нейтрон-гамма разделения по форме импульса.

М 1Ё

Рисунок 1.4 — Влияние упругого рассеяния нейтрона на ядрах углерода на форму спектра протонов отдачи [22]

1.2. Нейтрон-гамма разделение по форме импульса в органических сцинтилляторах

В органических сцинтилляторах существуют быстрые и медленные компоненты высвечивания, возникающие из-за разной длительностью распадов синглетных и триплетных состояний на электронных уровнях органической молекулы. Эти компоненты описываются уравнением

I (t) = Ift 7 Xf +1 se - t 7 x*, (1.12)

где If, Is—интенсивности быстрой и медленной компонент соответственно; if, Ts — временные константы для этих компонент.

Возможность эффективного n/y разделения обусловлена тем фактом, что форма световой вспышки в сцинтилляторе зависит от удельных ионизационных потерь dE/dx. Исходя из этого, представляется возможным сравнить формы импульсов медленных компонент высвечивания от различных видов заряженных частиц и провести разделение сигналов на выходе детектора. Такие методы получили название методов разделения по форме импульса (в иностранной литературе - Pulse shape discrimination

methods, PSD). Различие форм световых вспышек в сцинтилляторе от нейтронов и гамма-квантов показано на рисунке 1.5.

Время, не

Рисунок 1.5 — Различие форм световых вспышек в сцинтилляторе от нейтронов и гамма-квантов [24]

В настоящее время используются следующие основные методы п/у разделения:

• Метод сравнения заряда

• Метод перехода через нуль

• Метод на основе моделей импульсов

• Методы распознавания образов

• Метод на основе анализа спектрального состава импульса

Некоторые из перечисленных методов могут быть реализованы как

аналоговым методом, так и с применением цифровой обработки сигналов — например, метод сравнения заряда и метод перехода через нуль. Методы на основе моделей, распознавания образов и анализа спектрального состава импульса по очевидным причинам могут быть реализованы исключительно в цифровом виде.

В актуальных работах по тематике п/у разделения чаще применяются цифровые методы разделения нейтронов и гамма-квантов. Данные методы демонстрируют более высокое быстродействие и эффективность разделения, по сравнению с традиционными аналоговыми методами.

Наиболее часто применяемыми методами n/y разделения по форме импульса являются метод интегрирования заряда (англ. CIM — Charge integration method) [25, 26] и метод перехода через нуль (англ. ZCM — Zero crossing method) [27]. Первый метод заключается в интегрировании заряда во временных окнах, называемых коротким и длинным, и вычислении соответствующего параметра нейтрон-гамма разделения (Pulse Shape Discrimination, PSD)

PSD = (Q¡ong - Qshort) 1 Qíong, (l.l3)

где Qiong, Qshort - заряды, интегрируемые в коротком и длинном временных окнах соответственно. В результате такого разделения формируется диаграмма, на которой присутствуют области, ассоциированные с тем или иным видом излучения, т.н PSD-гистограмма. Графическая иллюстрация метода интегрирования заряда представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 — Графическая иллюстрация метода интегрирования заряда

Метод интегрирования фильтрованного заряда ^С1М) отличается от метода интегрирования заряда тем, что на малых амплитудах импульса используется фильтр, позволяющий уменьшить уровень шума.

Критерием эффективности разделения методов нейтрон-гамма разделения по форму импульса является величина FOM (Figure of merit -коэффициент добротности):

FoM =

max n - max y

FWHMn + FWHMy

(1.14)

где maxn, maxY - максимумы (математические ожидания) распределения для нейтронов и у-излучения на PSD-диаграмме, а FWHMn, FWHMY - ширина пиков на полувысоте (ПШПВ) для нейтронов и у-квантов. Форма типичной PSD-гистограммы и иллюстрация расчета FOM представлена на рисунке 1.7.

FOM рассчитывается для определенного энергетического порога. Чем выше энергетический порог, тем выше критерий FOM и лучше «-у разделение, но тем больше полезных событий не попадет в статистику. Таким образом, выбор порога регистрации является определяющим фактором при подготовке к эксперименту.

Для органических сцинтилляторов принято считать, что расстояние между пиками (max« - maxy) должно быть равно или превышать 3(а1 + а2), где а - стандартное отклонение, определяемое из ширины пика на полувысоте FWHM = 2,36а. В этом случае значение FOM > 1,27 [28].

Рисунок 1.7 — Гистограмма значений PSD, с изображенными параметрами для вычисления критерия FOM (иллюстрация к выражению 1.14)

Тем не менее, на практике параметр ЕОМ зачастую можно считать удовлетворительным при значении ниже 1,27 в зависимости от выбранных методов и объектов исследований. Например, для кремниевых детекторов приемлемый параметр ЕОМ > 0,7 [29]. Однако, для сцинтилляционных детекторов данное значение нельзя считать удовлетворительным.

При значении ЕОМ > 1,0 расстояние между нейтронным и гамма- пиком превышает сумму ширин на полувысоте ЕЖИМ этих пиков, в силу чего данное условие тоже может использоваться для оценки качества п-у разделения.

Параметр ЕОМ, полученный тремя вышеуказанными методами разделения для трех жидких органических сцинтилляторов сцинтилляторов -МЕ-213, иОЬЬТ, иОАВ, был рассчитан в работе [30]. Наилучший результат показал метод интегрирования фильтрованного заряда (ЕОМш21з > 1,70, ЕОМшььТ > 1,46, ЕОМиоАВ > 1,40), наихудший — метод обнаружения пересечения нуля (ЕОМ№213 > 1,06, ЕОМшььт > 0,91, ЕОМшАв > 0,89). Однако, для сцинтиллятора ЫЕ213 все три метода показали удовлетворительный результат.

В настоящее время активно используются методы п/у разделения на основе более сложных алгоритмов, в том числе, с применением Фурье-анализа, искусственных нейронных сетей, моделей формы импульса и др.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Урупа Илья Викторович, 2025 год

Библиографический список

1. Kostal M., Losa E., Simakov S. et. al. Impact of reactor neutron spectrum on measured spectrum averaged cross sections // Ann. of Nucl. Energy —2022. — Vol. 179. — 109418. — DOI: 10.1016/j.anucene.2022.109418.

2. Murata I., Masayuki O., Miyamaru H. et. al. Performance analysis of fusion nuclear-data benchmark experiments for light to heavy materials in MeV energy region with a neutron spectrum shifter // J. Nucl. Mat. —2011. — Vol. 417. — P. 1127—1130. — DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.299.

3. Yonghao C., Yiwei Y, Zhizhou R. et. al. Measurement of neutron-induced fission cross sections of 232Th from 1 to 300 MeV at CSNS Back-n // Phys. Lett. B. — 2023. — Vol. 839. — 137832. — DOI: 10.1016/j.physletb.2023.137832.

4. Naik Y., Tapase A.S., Mhatre A. et.al. Determination of europium content in Li2SiO3(Eu) by neutron activation analysis using Am-Be neutron source // App. Rad. Isotopes. — 2016. — Vol 118. — P. 7—11. — DOI: 10.1016/j.apradiso.2016.08.012.

5. Schutyser P., Govaerts, Dams R., Hoste J. Neutron activation analysis of platinum metals in airborne particulate matter // J. Rad. Chem. — 1977. — Vol. P. 651—660. — DOI: 10.1007/BF02519378.

6. Honda T, Oi T., Ossaka T. et.al. Determination of praseodymium, neodymium and erbium in hot spring and crater lake waters by neutron activation analysis incorporating the standard addition technique // J. Radioan. Nucl. Chem. — 1989. — Vol. 134. — P. 13—25. — DOI: 10.1007/BF02047266.

7. Payton G.J., Martin Jr D.S. Neutron activation analysis for osmium and ruthenium in platinum // J. Radioan. Chem. — 1972. — Vol. 10. — P. 235— 242. — DOI: 10.1007/BF02530251.

8. Jiao T., Xiaobo L, Wei L. et. al. Development of personal neutron dosimeter with energy resolution ability // Rad. Measur. — 2022. — Vol. 156. — 106746. —DOI: 10.1016/j.radmeas.2022.106746.

9. Bakshi A., Dawn S., Suryanayarana S, Datta D. Spectrometry and dosimetry of neutron beams produced by 7Li (p,n) reactions in the proton energy range of 3-5 MeV // NIMA. — 2020. — Vol. 949. — 162926. — DOI: 10.1016/j.nima.2019.162926.

10. Beyer K., Di Fulvio A., Stolarczyk et. al. Organic scintillator for real-time neutron dosimetry // Rad. Prot. Dosimetry. — 2018. — Vol. 180. — P. 355— 359. — DOI: 10.1093/rpd/ncx255.

11. Rusnak J., Vykydal Z. Determination of a Pu-Be source neutron spectrum at Czech Metrology Institute // App. Rad. Isotopes. — 2021. — Vol. 175. — 109786. — DOI: 10.1016/j.apradiso.2021.109786.

12. Measurement and calibration capabilities [Электронный ресурс] // Phys.-Tech. Bundes. Nat. Metrology Inst. (PTB). URL: https : //www.ptb. de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_6/Kalib rier_u_Messmoeglichkeiten7qmh6_kap31.pdf. (Дата обращения: 20.05.2024).

13. Söderström P.-A., Matei C., Capponi L. et. al. Characterization of a plutoniumberyllium neutron source. // App. Rad. Isotopes — 2021. — Vol. 167. — 109441. — DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109441.

14. Anderson M.E., NeffR.A. Neutron energy spectra of different size 239Pu Be(a,n) sources // NIM. — 1972. — Vol. 9. — P. 231 —235. — DOI: 10.1016/0029554X(72)90781-1.

15. ISO 8529-1: 2001 (E). Reference neutron radiation. Part 1. // International Standard // First Edition 2001-02-01.

16. Pulse Shape Discrimination EJ-276 & EJ-276G [Электронный ресурс]. // Eljen Tech. URL: https://eljentechnology.com/index.php/products/plastic-scintillators/ej-299-33a-ej-299-34. (Дата обращения: 11.06.2024).

17. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы Экспериментальных Методов Ядерной Физики / Абрамов А.И. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 488 с.: ил.

18. Birks. J. The Theory and Practice of Scintillation Counting / London: Pergamon, 1964.

19. Hartman J., Barzilov A., Peters E., Yates S. Measurements of response functions of EJ-299-33A plastic scintillator for fast neutrons // NIMA. — 2015. Vol. 804. — P. 137—143. — DOI: 10.1016/j.nima.2015.09.068.

20. Norsworthy M., Riviere A., Ruch M. et al. Evaluation of neutron light output response functions in EJ-309 organic scintillators // Ibid. — 2017. — Vol. 842.

— P. 20—27. — DOI: 10.1016/j.nima.2016.10.035.

21. Nyibule S., Toke J., Henry E. et. al. Birks' scaling of the particle light output functions for the EJ 299-33 plastic scintillator // Ibid. — 2014. — Vol. 768. — P. 141—145. — DOI: 10.1016/j.nima.2014.09.056.

22. Knoll G. Radiation Detection and Measurements // NY: John Willey and Son, 2000. P. 560.

23. Колеватов Ю., Семенов В., Трыков Л. Спектрометрия нейтронов и гамма-излучения в радиационной физике / М.: Энергоатомиздат, 1990. — 296 c.

24. Nakhostin M. Signal processing for radiation detectors / USA: John Wiley & Sons, Inc. 2018. — P. 384.

25. Shen F., Pan Y., Fu Q. et. al. PSD performance of EJ-276 and EJ-301 scintillator readout with SiPM array // NIMA. —2022. — Vol. 1039. — 167148. —DOI: 10.1016/j.nima.2022.167148.

26. Marrone S, Cano-Ott D., Colonna N. et. al. Pulse shape analysis of liquid scintillators for neutron studies // Ibid. — 2002. — Vol. 490. — P. 299—307.

— DOI: 10.1016/S0168-9002(02)01063-X.

27. Nakhostin M., Walker P. Application of digital zero-crossing technique for neutron-gamma discrimination in liquid organic scintillation detectors // Ibid.

— 2010. — Vol. 621. — P. 498—501. — DOI: 10.1016/j.nima.2010.06.252.

28. Lintereur A., Ely J., Stave J., McDonaldB. Neutron and gamma-ray pulse shape discrimination with polyvinyltoluene // PNNL Report 21609 — 2012. — P. 37.

29. Bardelli L., Bini M., Casini G. et. al. Progresses in the pulse shape identification with silicon detectors within the FAZIA Collaboration // NIMA. — 2011. Vol. 654. — P. 272—278. — DOI: 10.1016/j.nima.2011.06.063.

30. Lotfi Y., Moussavi-Zarandi S., Ghal-Eh N., Bayat E. A. Comparison on three neutron-gamma discrimination methods used with NE213, UGLLT and UGAB scintillators // Rad. Phys. Chem. — 2020. — Vol. 171. — 108701. — DOI: 10.1016/j .radphyschem.2020.108701.

31. Belli F., Esposito B., Marocco D. et al. A method for digital processing of pile-up events in organic scintillators // NIMA — 2008. Vol. 595. — P. 512—519.

— DOI: 10.1016/j.nima.2008.06.045.

32. Guerrero C., Cano-Ott D., Fernandez M. et al. Analysis of the BC501A neutron detector signals using the true pulse shape // Ibid. — 2008. — Vol. 597. P. 212—218. — DOI: 10.1016/j.nima.2008.09.017.

33. Takenaka Y., Uritani A., Inoue K. et. al. Novel pulse-shape-analysis method by using similarity //App. Rad. Isotopes. — 1998. — Vol. 49. — P. 1219—1223.

— DOI: 10.1016/S0969-8043(97)10049-5.

34. Takaku D., Oishi T., Baba M. Development of Neutron-Gamma Discrimination Technique using Pattern-Recognition Method with Digital Signal Processing // Prog. Nucl. Sci. Tech. — 2011. — Vol. 1. — P. 210—213. — DOI: — 10.15669/pnst.1.210.

35. Alharbi T. Principal Component Analysis for pulse-shape discrimination of scintillation radiation detectors // NIMA. — 2016. — Vol. 806. — P. 240— 243. — DOI: doi.org/10.1016/j.nima.2015.10.030.

36. Neutron/Gamma PSD EJ-301, EJ-309 [Электронный ресурс] // Eljen Tech. URL: https://eljentechnology.com/products/liquid-scintillators/ej-301-ej-309. (Дата обращения: 08.06.2024).

37. BC-501, BC-501A, BC-519 Liquid Scintillators datasheet [Электронный ресурс] // Luxium Solutions. URL: https://www.luxiumsolutions.com/sites/default/files/2021-09/BC501-501A-519-Data-Sheet.pdf. (Дата обращения: 08.06.2024).

38. CvachovecF., Cvachovec J., TajovskyP. Anisotropy of light output in response of stilbene detectors // NIMA. —2002. — Vol. 476. — P. 200—202. — DOI: 10.1016/S0168-9002(01)01431-0.

39. Cvachovec, F., Tajovsky, P. NEU-7 Monte Carlo code for calculation of neutron response function for stilbene detector // Acta Polytechnica. — 1998.

— Vol. 38. — P. 151—152.

40. Grodzicka-Kobylka M., Szczesniak T., Moszynski M. et al. 2 inch molecular organic glass scintillator for neutron-gamma discrimination // NIMA. — 2023.

— Vol. 1047. — 167702. — DOI: 10.1016/j.nima.2022.167702.

41. Warburton W., Carlson J., Feng P. Organic glass scintillator (OGS) property comparisons to Stilbene, EJ-276 and BC-404 // Ibid. — 2021. — Vol. 1018. — 165778. DOI: 10.1016/j.nima.2021.165778.

42. Fedorov A., Gurinovich V., Guzov V. et. al. Sensitivity of GAGG based scintillation neutron detector with SiPM readout // Nucl. Eng. Tech. — 2020.

— Vol. 52. — P. 2306—2312. — DOI: 10.1016/j.net.2020.03.012.

43. Zorloni G., Cremonesi L., Cova F. et. al. Development of a new optical-based quasi-digital particle discrimination technique using inorganic scintillators // Radiation Measurements. —2020. — Vol. 135. — 106370. — DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106370.

44. Taggart M., Henderson J. Fast-neutron response of LaBr3(Ce) and LaCl3(Ce) scintillators // NIMA. — 2020. Vol. 975. — 164201. — DOI: 10.1016/j.nima.2020.164201.

45. KorzhikM., Krinkmann K.-Th., Dosovitskiy G. et. al. Detection of neutrons in a wide energy range with crystalline Gd3Al2Ga3O12, Lu2SiO5 and LaBr3 doped with Ce scintillators // Ibid. —2019. — Vol. 931. — P. 88—91. — DOI: 10.1016/j.nima.2019.04.034.

46. Allwork C., Kennington A., Ellis M. et. al. The Effect of Digitizer Properties on the Pulse Shape Discrimination Performance of CLYC // IEEE Nuclear Science, 2016. — DOI: 10.1109/NSSMIC.2016.8069807.

47. Scikai J., Varadi M., Buczko C., Sudar S. A simple method for the determination of the neutron dose in a phantom // NIMA. — 1988. — Vol. 269. — P. 287—290. — DOI: doi.org/10.1016/0168-9002(88)90891-1.

48. Hosseini S. Neutron spectrum unfolding using artificial neural network and modified least square method // Rad. Phys. Chem. — 2016. — Vol. 126. — P. 75—84. — DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.05.010.

49. Morozov V. Methods for Solving Incorrectly Posed Problems / New York: Springer-Verlag. — 1984. — P. 257.

50. Weese J. A reliable and fast method for the solution of Fredholm integral equations of the first kind based on Tikhonov regularization // Comput. Phys. Commun. — 1992. — Vol. 69. — P. 99—111. — DOI: 10.1016/0010-4655(92)90132-I.

51. Mikszuta-Michalik K., Miklaszewski R., Gierlik M. et. al. Application of the different deconvolution methods to the neutron spectrum reconstruction from activation measurement // Fusion Engin. Design. — 2021. — Vol. 173. — 112934. — DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112934.

52. Liu B., Huanwen L., Li L. et al. Study on neutron spectrum unfolding method of organic scintillation measurement based on iterative regularization // Ann. Nucl. Energy. — 2021. — Vol. 162. — 108504. — DOI: 10.1016/j.anucene.2021.108504.

53. Sharghi Ido A., Bonyadi M., Etaati G., Shahriari M. Unfolding the neutron spectrum of a NE213 scintillator using artificial neural networks // Appl. Rad. Isot. — 2009. — Vol. 67. — P. 1912—1918. — DOI: 10.1016/j.apradiso .2009.05.020.

54. Fehrenbacher G., Schutz R., Hahn et. al. Proposal of a new method for neutron dosimetry based on information obtained by application of artificial neural networks // Rad. Prot. Dosimetry. — 1999. — Vol. 83. — P. 293—301. — DOI: 10.1093/oxfordjournals.rpd.a032684.

55. Braga C.C., Dias M.S. Application of neural networks for unfolding neutron spectra measured by means of Bonner spheres // NIMA. —2002. — Vol. 476.

— P. 252—255. — DOI: 10.1016/S0168-9002(01 )01464-4.

56. Cordes E., Fehrenbacher G., Schutz. R et. al. An approach to unfold the response of a multi-element system using an artificial neural network // IEEE Trans. Nucl. Sci. —1998. — Vol. 45. — P. 1464—1469. — DOI: 10.1109/23.685224.

57. Kardan M., Setayeshi S., Koohi-Fayegh R., Ghiassi-NejadM. Neutron spectra unfolding in Bonner spheres spectrometry using neural networks // Rad. Prot. Dosimetry — 2003. — Vol. 104. — P. 27—30. — DOI: 10.1093/oxfordjournals.rpd.a006158.

58. Ortiz-Rodríguez J., Martínez-Blanco M., Miranda R. et. al. A neutron spectrum unfolding code based on generalized regression artificial neural networks // Appl. Rad. Isotopes — 2016. — Vol. 117. — P. 8—14. — DOI: 10.1016/j.apradiso.2016.04.029.

59. Reginatto M, Goldhagen P. MAXED, a computer code for maximum entropy deconvolution of multisphere neutron spectrometer data // Health Phys. — 1999. — Vol. 77(5). — P. 579—583. — DOI: 10.1097/00004032-19991100000012.

60. Reginatto M., Goldhagen P., Neumann S. Spectrum unfolding, sensitivity analysis and propagation of uncertainties with the maximum entropy deconvolution code MAXED // NIMA. — 2002. — Vol. 476. — P. 242—246.

— DOI: 10.1016/S0168-9002(01)01439-5.

61. Montgomery L., Landry A., Makdessi G. et. al. A novel MLEM stopping criterion for unfolding neutron fluence spectra in radiation therapy // NIMA. — 2020. — Vol. 957. — 163400. — DOI: 10.1016/j.nima.2020.163400.

62. Wang G., Han R., Liu J. et. al. Comparison and research on the GRAVEL and PRIP algorithms of neutron energy spectrum unfolding // Rad. Detect. Tech. Methods. — 2017. — Vol. 1 (11). — P. 1—6. — DOI: doi.org/10.1007/s41605-017-0011-5.

63. Chen Y., Chen X., Lei J. et al. Unfolding the fast neutron spectra of a BC501A liquid scintillation detector using GRAVEL method // Sci. China: Phys. Mech. Astronomy. — 2014. — Vol. 57. — 1885—1890. — DOI: doi.org/10.1007/s11433-014-5553-7.

64. Seghour A., Seghour F. Unfolding neutron energy spectra from foil activation detector measurements with the Gold algorithm // NIMA. — 2001. — Vol. 457.

— P. 617—626. — DOI: 10.1016/S0168-9002(00)00793-2.

65. Maeda S., Iguchi T. A new unfolding code combining maximum entropy and maximum likelihood for neutron spectrum measurement // J. Nucl. Sci. Tech.

— 2013. — Vol. 50. — P. 381—386. — DOI: 10.1080/00223131.2013.773162.

66. Ryabeva E.V., Urupa I.V., Lupar E.E. et al. Calibration of EJ-276 plastic scintillator for neutron-gamma pulse shape discrimination experiments // NIMA. — 2021. — Vol. 1010. — 165495. — DOI: 10.1016/j.nima.2021.165495.

67. Sharma M., Nattress J., Wilhelm K., Jovanovic. I. Triple pulse shape discrimination and capture-gated spectroscopy in a composite heterogeneous scintillator // Ibid. — 2017. — Vol. 857. — P. 75—81. — DOI: 10.1016/j.nima.2017.03.019.

68. Mauritzson N., Fissum K., Perrey H. et. al. GEANT4-based calibration of an organic liquid scintillator // Ibid. — 2022. — Vol. 1023. — 165962. — DOI: 10.1016/j.nima.2021.165962.

69. Li J., Fan P., Zhu C. et. al. Monte Carlo energy spectrum matching method for SiPM-based EJ254 plastic scintillator detector calibration // Ibid. — 2023. — Vol. 1048. — 167932. — DOI: 10.1016/j.nima.2022.167932.

70. Cherubini R., Moschini G., Nino R. et. al. Gamma calibration of organic scintillators // Ibid. — 1989. — Vol. 281. — P. 349—352. — DOI: doi.org/10.1016/0168-9002(89)91332-6.

71. Safari M. J. Differentiation method for localization of Compton edge in organic scintillation detectors // Rad. Phys. Engineering. — 2020. — Vol. 1. — P. 9— 16. — DOI: 10.22034/rpe.2020.104839.

72. V.V. Gaganov. Calculation of spectra of neutrons and charged particles produced in a target of a neutron generator // Physics of Atomic Nuclei. — 2017. — Vol. 80. — P. 1495—1499. — DOI: 10.1134/S1063778817090046.

73. В.В. Гаганов. Расчет спектров нейтронов и заряженных частиц, образующихся в мишени нейтронного генератора // Ядерная физика и инжиниринг. —2016. — Т. 7. — №4. — С. 314—319. — DOI: 10.1134/S2079562916040047.

74. Weldon Jr. R, Mueller J., Lynch C. High-precision characterization of the neutron light output of stilbene along the directions of maximum and minimum response // NIMA. — 2019. — Vol. 927. — P. 313—319. — DOI: 10.1016/j.nima.2018.10.075.

75. Кухтевич В.И., Трыков Л.А., Трыков О.А. Однокристальный сцинтилляционный спектрометр (с органическим фосфором) / М: Атомиздат, 1971. — С. 119.

76. I.V. Urupa, E.V. Ryabeva, R.F. Ibragimov, V.D. Sapozhnikov. Method of the known cross sections for calibration of the fast neutron spectrometer with a single-crystal stilbene based detector // Nuclear Engineering and Technologies. — 2024. — DOI: doi.org/10.1016/j.net.2024.04.010.

77. Nuclear Data Center JENDL-4.0 [Электронный ресурс] // Japan Atomic Energy Agency. URL: https://wwwndc.iaea.go.ip/iendl/j40/j40.html. (Дата обращения 03.02.2024).

78. Photomultiplier tube R6231 [Электронный ресурс] // Hamamatsu Photonics. URL: https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/type/R6231/index.html. (Дата обращения: 21.04.2023).

79. DT5730/DT5730S 8-channel 14 bit 500 MS/s Digitizer [Электронный ресурс] // CAEN Products. URL: https://www.caen.it/products/dt5730/. (Дата обращения: 21.04.2023).

80. Cester D., Lunardon M., Nebbia G. et. al. Pulse shape discrimination with fast digitizers // NIMA. —2014. — Vol. 748. — P. 33—38. — DOI: 10.1016/j.nima.2014.02.032.

81. Kim H. D., Cho G. S., Kim H. J. Characteristics of a stilbene scintillation crystal in a neutron spectrometer // — Rad. Measur. — 2013. — Vol. 58. — P. 133— 137. — DOI: 10.1016/j.radmeas.2013.01.004.

82. International Standard ISO 8529-2: 2000. Reference neutron radiation — Part 2: Calibration fundamentals of radiation protection devices related to the basic quantities characterizing the radiation field // International Standard // First Edition 2000-08-15.

83. Юрков Д.И., Микеров В.И., Рябева Е.В. и др. Обеспечение безопасной работы генераторов нейтронного излучения в вузе // Известия Вузов, Ядерная Энергетика. — 2020. — Т. 2020. — №3. — С. 160—168. — DOI: 10.26583/npe.2020.3.16.

84. Bé M., Chisté V., Dulieu C. Monographie BIPM-5. Table of Radionuclides // Bureau International Des Poids Et Mesures. — 2010. — Vol. 5. — P. 256.

85. Torrisi L. Plastic scintillator investigations for relative dosimetry in proton-therapy // NIMB. — 2000. — Vol. 170. — P. 523—530. — DOI: doi.org/10.1016/S0168-583X(00)00237-8.

86. ИНПА - измеритель нейтронного потока автоматизированный [Электронный ресурс] // ФГУП «ВНИИА». URL: http://www.vniia.ru/production/neitronnie-generatory/izmerenie-potoka-neitronov/inpa/inpa-izmeritel-neytronnogo-potoka-avtomatizirovannyy.php. (Дата обращения: 28.04.2024).

87. Verbinski V., Burrus W., Love T. et. al. Calibration of an organic scintillator for neutron spectrometry // NIM. — 1968. — Vol. 65. — P. 8—25. — DOI: 10.1016/0029-554X(68)90003-7.

88. Ryabeva E.V, Molodtsev D.A., Urupa I.V. et. al. EJ-276 based neutron spectrometer with neutron-gamma pulse shape discrimination capability //

NIMA. — 2022. — Vol. 1034. — 166791. — DOI: 10.1016/j.nima.2022.166791.

89. Savin D.I., Urupa I.V., Lupar E.E. et. al. Stilbene-Based Spectrometer for Unfolding the Energy Distribution of Fast Neutron Sources // Atomic Energy. — 2022. — Vol. 133. — №2. — P. 109—114. — DOI: 10.1007/s10512-023-00981-w.

90. Ibragimov R.F., Urupa I.V., Ryabeva E.V. Response matrix simulation for a fast neutron spectrometer based on an organic scintillator // Atomic Energy. — 2024. — DOI: 10.1007/s10512-024-01082-y.

91. Kozlov A.G., Moiseenko B.A., Pavlovich V.B. et. al. Pu238-Be neutron sources // Sov. At. Energy. — 1968. — Vol. 25. — P. 1375—1376. — DOI: 10.1007/BF01162326.

92. В/О «Изотоп» [Электронный ресурс]. URL: http://www.isotop.ru/ (Дата обращения 09.08.2023).

93. ГОСТ 8.031-82. Государственный стандарт ^юза CCP. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений потока и плотности потока нейтронов // Издание официальное. - М: Государственный комитет СССР по стандартам, 1982.

94. ICRP Publication 74. Conversion Coefficients for use in Radiological Protection against External Radiation // Annals of the ICRP. — 1996. — Vol. 26. — № 3/4. — P. 224.

95. Сайт производителя Универсальный нейтронный спектрометр-дозиметр UNSD-15 Mobile [Электронный ресурс] // ООО «Центр АЦП». URL: https : //www. centeradc. щ/failowi-arhiv-20020/dokumentacii a/universalnyj -nejtronnyj-spektrometr-dozimetr-unsd. Дата обращения: 28.04.2023.

96. Государственный реестр средств измерений. Подсистема «АРШИН» [Электронный ресурс] // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. URL:

https://fgis.gost.rU/fundmetrology/registrv/4/items/1411309 (Дата обращения 01.07.2024).

97. Дозиметр-радиометр МКС-АТ1117М [Электронный ресурс] // НПУП «Атомтех». URL: https://atomtex.com/en/radiation-monitors/at1117m-radiation-monitor-neutron-dosimeter (Дата обращения 08.12.2023).

98. Урупа И., Лупаръ Е., Кадилин В., РябеваЕ. Разделение смешанных гамма-нейтронных спектров детектором на основе органического сцинтиллятора // VI Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛаПлаз-2020». Сборник научных трудов. — 2020. — Т.2. — С. 361—362.

99. Урупа И., Лупаръ Е., Скотникова А. и др. // Калибровка спектрометра на основе органического сцинтиллятора EJ-276 для экспериментов по разделению смешанных гамма-нейтронных спектров. VI Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛаПлаз-2020» Сборник научных трудов. — 2020. — Т.2. — С. 359—360.

100. RyabevaE., UrupaI., LuparE. et. al. Development of a facility for fast neutron spectrometry using a plastic scintillator EJ-276 with PSD capability // NUCLEUS — 2020. Nuclear physics and elementary particle physics. Nuclear physics technologies. LXX International conference: book of Abstracts. —

2020. — P. 412.

101. Мяндин Д., Рябева Е., Урупа И., Ибрагимов Р. Метод восстановления спектра нейтронов с помощью искусственной нейронной сети // Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛАПЛАЗ-2021. Сборник научных трудов VII Международная конференция. Москва. —

2021. — С. 464—465.

102. Савин Д., Рябева Е., Урупа И., Ибрагимов Р. Восстановление нейтронных спектров по показаниям спектрометра на основе современного пластмассового сцинтиллятора EJ-276 // Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛАПЛАЗ-2021. Сборник научных трудов VII

Международная конференция. — 2021. — С. 472—473.

111

103. Савин Д., Рябева Е., Урупа И. Калибровка спектрометра на основе пластмассового сцинтиллятора EJ-276 с помощью генератора D—T нейтронов // Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛАПЛАЗ-2021. Сборник научных трудов VII Международная конференция. —2021. — С. 474—475.

104. Савин Д., Рябева Е., Урупа И. Оценка качества n-y разделения детектором на основе современного пластмассового сцинтиллятора EJ-276 // Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛАПЛАЗ-2021. Сборник научных трудов VII Международная конференция. — 2021. С. 476—477.

105. Savin D., Lupar E., Urupa I. et. al. EJ-276 based neutron spectrometer with neutron-gamma pulse shape discrimination maximum load experimental estimation // NUCLEUS - 2021. Nuclear physics and elementary particle physics. Nuclear physics technologies. — 2021. P. 346.

106. Савин Д., Урупа И., Лупаръ Е. и др. Восстановление энергетических распределений источников нейтронов по показаниям сцинтилляционного спектрометра на основе монокристалла стильбена. Физико-технические интеллектуальные системы (ФТИС-2022). Сборник трудов научно-практической конференции. — 2022. — С. 288—292.

107. Ибрагимов Р., Урупа И. Расчёт матрицы откликов для детектора на основе монокристалла стильбена с учётом оптических процессов // Физико-технические интеллектуальные системы (ФТИС-2023). Сборник тезисов II Научно-практической конференции —2023. — С. 63.

108. Урупа И., Ибрагимов Р., Рябева Е., Лупаръ E. Стенд спектрометрии и дозиметрии нейтронного излучения на основе детектора с органическим сцинтиллятором // Физико-технические интеллектуальные системы (ФТИС-2023). Сборник тезисов II Научно-практической конференции. — 2023. — С. 82.