Нейтронный монитор   
НМ УНС NaI(Tl) Космические лучи Измерения Файлы Космическая погода Функции отклика

 
 

  Уже более полувека нейтронные мониторы (НМ) остаются неотъемлемым инструментом исследования КЛ. Стандартный НМ представляет собой устройство, состоящее из полиэтиленового замедлителя, свинцового генератора, отражателей и пропорциональных счетчиков, чувствительных к нейтронам. Эти детекторы занимают ключевую позицию в области радиационной безопасности, космической физики, изучения солнечно-земных связей и оценки космической погоды. Именно по этой причине сегодня проводится модернизация систем регистрации НМ и проявляется интерес к процессам, происходящим при взаимодействии частиц с его конструкцией.

  На рисунке ниже представлен внешний вид и устройство стандартного НМ, состоящего из полиэтиленового замедлителя, свинцового генератора, полиэтиленового отражателя и пропорциональных 10BF3 счетчиков. Если нейтрон имеет энергию менее 1 МэВ, то вероятность упругого соударения с ядрами водорода крайне высока, таким образом, полиэтилен выполняет как функцию модератора, так и рефлектора. При попадании в свинец первичный нейтрон рождает каскад вторичных частиц, некоторые из которых через ряд упругих соударений с ядрами водорода теряют свою энергию до тепловой (E~=0,025 эВ). После этого они могут быть зарегистрированы счетчиком, импульс с которого передается на систему сбора данных.

 

   Для максимальной приближенности к реальности, детектирующие объемы организованы таким образом, что внутри активного вещества воспроизводится реакция захвата нейтрона ядром бора. При этом инкремент соответствующей ячейки массива на единицу происходит только в том случае, когда зафиксировано образование альфа-частицы. На программном уровне такое взаимодействие сопровождается остановкой трекинга частицы и удаления ее объекта, что визуально можно наблюдать для случая нейтрона с энергией 300 МэВ на рисунке ниже в области центрального счетчика. Поскольку пучки частиц имеют одну энергию, то для покрытия всего диапазона моделирование включает в себя не менее 30 событий.

  

 

   На изображении представлена фронтальная проекция модели одной секции НМ. Сверху на полиэтилен падают нейтроны с энергиями 300 МэВ (слева) и 10 ГэВ (справа), соответственно. В результате неупругого столкновения со свинцом рождается каскад нуклонов, здесь показаны только нейтроны. Различными цветами обозначены энергетические диапазоны частиц. Синим цветом – с энергией выше 100 МэВ, зеленым – от 100 кэВ до 100 МэВ и красным – ниже 100 кэВ. На иллюстрациях хорошо видны процессы образования каскада, дрейфа нейтронов, множества упругих столкновений, остановки и поглощения. Цифры на осях позволяют оценить линейные размеры установки, единицы измерения заданы в миллиметрах. В результате моделирования была получена функция эффективности регистрации стандартным НМ потоков моноэнергичных нейтронов. Приведено сравнение с полученным при помощи пакета FLUKA результатом, работа выполнена ранее другой группой авторов (Clem J.M., 2000), наблюдается хорошее совпадение. Различие в «хвосте» возникает из-за различия в используемых сечениях взаимодействий.

 

   

 

НА ГЛАВНУЮ

 

  

 

2013 - 2023 г. © Маурчев Евгений