|
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
|
|