טכנולוגיות לגילוי נויטרונים למחקר גרעיני

הקדמה: התפקיד הקריטי של גילוי נויטרונים במדעי הגרעין המודרניים

גילוי נויטרון שוכן בלב של כמעט כל ענף של מחקר גרעיני, ממחקרים יסודיים של כוח גרעיני חזק על שדות מיושמים כגון ניטור כור, אי-תפוצה גרעינית וטיפול רפואי. כי נויטרונים אינם מחזיקים מטען חשמלי, הם לא אינטראקציה באמצעות כוחות זיהוי קוליב עם אלקטרונים אטומיים, מה שהופך אותם קשה במיוחד לזהות באופן ישיר.

המונחים: Neutron Detection

היכולת לזהות נויטרונים היה חיוני מאז גילוי של הניטריון על ידי ג'יימס צ'דוויק בשנת 1932.גלאים מוקדמים מסתמכים היום על צינורות מלאים גז המכילים trifluoride או helium 3, אשר מנצלים תגובות גרעיניות כגון 10B(nα) 7Li או 3 Hetp) גלאיים סביבתיים אלה שימשו כפועלים של אנרגיה מתקדמת של דרישות חיפושיות, אך החל ממחסור גרעיני ב- 3 שנים.

עקרונות מרכזיים של גילוי נויטרונים

לפני צלילה לחידושים האחרונים, זה שימושי לזכור את מנגנוני אינטראקציה יסודיים. נויטרונים מהירים (אנרגיה מעל - 1 MeV) הם בדרך כלל מתון אנרגיות תרמיות לפני זיהוי, כי החלקים הצלב עבור רוב התגובות ללכוד הם הגבוהים ביותר באנרגיות תרמיות (0.025 eV). ערפיליות גלאיות דביקות נספגות עם חתך גבוה, כגון 6, 10B2, 000 הסתברות, 000 גרם, 000 לכידת או קידוד, 000 גרם).

פיתוחים טכנולוגיים אחרונים

⁇ ⁇ ⁇

(החומרים) נשארים אחת האפשרויות הפופולריות ביותר לגילוי נויטרונים בגלל היעילות הגבוהה יחסית שלהם, תגובה מהירה ויכולת להיווצר למערך גדול של אנרגיה (Ricing) והתקדמות קלה יותר מתמקדת בחומרים המספקים אפליה דו-אפיתית 3 (PSD) - היכולת להפריד אותות נויטרונים מרקעי gamma המבוססים על הצורה הזמנית של הדופק האורגני, כגון: LT2, 000)

החוקרים גם התקדמו בפוטטקטים המשמשים לקרוא אור מתפתל.סיליקון photomultipliers (SiPMs) החליפו בעיקר צינורות פוטו-מולטי מסורתיים (PMTs) ביישומים רבים. SiPMs הם קומפקטיים, פועלים במתחים תזמון נמוך יותר, רגישים לשדות מגנטיים, ומציעים רגישות תמונה אחת שלהם עם scillators הובילה למיניסטרציה גבוהה עבור מודולים חד-זמניים (למשל) עבור סיקור רב-זמניים (D-זמניים מרובים.

מדינה סולידריות Detectors

גלאי נויטרונים מקיפים חומרים מוליכים למחצה כדי להמיר ישירות אינטראקציות נויטרונים אותות חשמליים.הטכנולוגיה הבוגרת ביותר משתמשת שכבה דקה של חומר מוליכים למחצה (למשל, 10B או 6LiF) מופקד על סיליקון דיודה (כאשר חלקיקים מואשמים בעבר בתוך סיליקון), הם יוצרים זוגות של אלקטרון-חור שנאספו כמו הדופק הנוכחי.

גלאי היהלום גם מושכים תשומת לב לסביבות גבוהות של היתוך כמו כורים ומקורות נויטרונים של ספיעה.יהלומים הם אינרטיים כימיים, קרינה-קשה, ויש להם יעילות איסוף גבוהה.על ידי ביצוע יהלום עם 10B או 6Li במהלך צמיחה, החוקרים יצרו יהלומים רגישים דלקתיים חד-חמצני שיכולים לעמוד בתעריפים של 109 נייטוונים לשנייה ללא פיזור כזה (NNS) ו-NNS) ביהלומים רגישים ליהלומים נוגדנים (Nemnronicial) ב-Nemnb) אשר יכולים לעמוד ב-NNS) ביהלומים רגישים ליהלומים רגישים ל-DNS) ו-NNSDNSDNSDNS) בגלמדומים (NRAST) בגלמדומים (NRAST) ביהלומים רגישים ליהלומים רגישים ליהלומים רגישים ליהלומים שאינם קיימים כעת (NRAST) של ימינו) בגלמים (NRASTDNS) ביהלומים רגישים ליהלומים שאינם רגישים ליהלומים רגישים ליהלומים שאינם רגישים ליהלומים שאינם רגישים ליהלומים שאינם יכולים לעמוד ביהלומים שאינם רגישים ליהלומים שאינם רגישים ליהלומים שאינם רגישים ליהלומים שאינם יכולים לעמוד בגלטרנסרון-NRASTNNSDNSDNSNNS) אשר יכולים לעמוד בגלטרנסרון

כיוון מבטיח אחר הוא התפתחותו של גלאי גלאי (BN) גלאי גלאיות ניטראלי:1 (Hexagonal boron nitride) הוא מוליכים למחצה רחב פסגאפ המכילה טבעי 10B. כאשר neutron נלכד בו זמנית, חלקיקים ומכסה הליתיום וכתוצאה מכך לייצר מספר גדול של אלקטרו-זוגות מוקדמים של גלאיץ הוכחומים אפילו גבוה יותר, כי הם בעלי רמות רגישות גבוהה יותר של מינרלים.

גז-Filled Detectors Beyond Helium 3

למרות המעבר לפתרונות של מדינת מוצק ו- scintillator, הגלאים מלאים גזים נשארים חיוניים עבור יישומים גדולים רבים ויישומים גבוהים יותר של 3Hecm עודדו את הפיתוח של שתי חלופות עיקריות: FLT:0boron-lined טווח של צינורות MP101 ו-FLT:210B4 C-R-R-R) השתמשו בציפוי של צינורות מולידונים בגובה של 24% (R) של צינורות בגודל של פחמן (R) של 24%) של שימוש בציפוי-R.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

ניוטרון Imaging ו- 3D Revision

הדמיה עצבית התפתחה מרדיוגרפיה פשוטה לשיקום אמפרפי מתוחכם, עכשיו מסוגל לפתור תכונות למטה לכמה מיקרומטרים.אפשרות המפתח היא פיתוח גלאי ברזולוציה גבוהה עם מגרש פיקסל עדין וטווח דינמי גבוה.לדוגמה, השילוב של 6LiF / ZnS מוקרן למצלמה משולבת של מינרלים פנימיים (DValmcreicial) עם CMOS באמצעות עדשות או סיבים שגרה שגרה גבוהה.

הגבול האחרון הוא:0 Energy-resolved הדמיה של נויטרונים מ- 1FLT:1, שבו הגלאי מתעד את המיקום ואת האנרגיה (אורך הגל) של כל שיטות בזמן-של טיסה במקורות תזמון מומס, החוקרים יכולים לשחזר פרוסות אדפטוגרפיים אמפרטיות באנרגיות נויטרוניות שונות, ובכך לחלץ מידע גבישי (Griffs) על גבי דגימות מתקדמות של MPretraicials (S) על ידי הדמיה של מחזור הדם הבין-מסלולארי) ומאפשרת) של חומר דיפרציה גבוהה של חומר דיסלקציה מיקרו-מסלולארית (Dsolrcy-מסלולארית) אשר מאפשר זיהוי מהיר (Dbritgy) על ידי סימולציה) ו-מחדש של חומר הדמיה (Dsolricial) ו-מחדש) על ידי דגימות הדמיה (Dbritsolrsolricial) על ידי דגימות דם מהיר (Dbrirelantgytgytgymsolrsolrsolrsolretramsolrsolrsolrsolrsolrsolrsolrsolrsolrsolrsolrsolrial) על ידי דגימות פחמן דו-מחדש) על ידי דגימות פחמן דו-מחדש של

שילוב של Machine Learning

למידת מכונה (ML) ולמידה עמוקה משנים את האופן שבו נתוני נויטרונים מעובדים ומתפרשים.אחד היישומים המצליחים ביותר הוא FLT:0pulse-shapeאפליה (PSD)PSK קרא:1 באמצעות רשתות עצביות מהפכתיות (CNN) שיטות הפעלה מסורתיות PSD מסתמכות על יחסי טיהור או אלגוריתמים של זנב, אשר יכולים להיאבק בתשואות נמוכות או בתנודות מתכתיות גבוהות של כוכבי הלכת פחמן-על-על-ידי פחמן (D) אפילו על פני קבוצות נוגדות פלסטיק-ידי דלקת ריאות-ידי דלקתיות (D) יכולות להגיע ל-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש באלפי נוגדנים-ידי DSD-ידי שימוש ב-ידי DSD-ידי שימוש ב-אפוכות-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ARMD-ידי שימוש ב-ידי DSD-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-D-ידי קבוצות נוגדות-מסוג של מספרד-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי מערכת מגנטיות-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש

מעבר ל- PSD, ML משמש ל-FLT:0 תמונות נויטרונים של NINEFIRLT:1 ממדכאות בעלות נמוכה, לסווג חומרים המבוססים על ספקטרום השידור של ה-Nutron שלהם, ולנבא התפלגות אנרגיה של נויטרונים ממידות עקיפות (לדוגמה, רשתות עצביות עמוקות הוכשרו לשחזר נתונים של MuDutron מ-Limography של קבוצה של סטיות, ו- 5 פעמים של סטיות) ו-Lronicervreative (למשל, תוך שמירה על ידי מנגנונים מתקדמים) ו-Lronicflow) ו-LValcasting נתונים (לדוגמה, לדוגמה, תוך כדי שמירה על מנת לשמור על מנת לשמור על מנת לשחזר נתונים של ⁇ ⁇ ) ו-Lronicialflow) ו- 5npuadronicial Analysis) ו-Lronicial Analytics (לדוגמה, תוך כדי שמירה על מנת לשחזר נתונים של ⁇ ⁇ 5n לעבדים (לדוגמה, תוך כדי שמירה על מנת לשחזר נתונים של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 5K) ו- 5KVern

מערכות Detector Hybrid

המגמה כלפי מערכות היברידיות - שילוב של מספר רב של מודולים לזיהוי בכלי יחיד - הוא צובר מומנטום.פרדיגמה אחת היא ה-FLT:0neutron-gamma כפול גלאי FLT:1, אשר משתמש טרשת עורק יחיד (למשל, CLYC, SrI2) עם פתרון אנרגיה מעולה כדי למדוד במקביל ננוטרונים וקרני גמאמה, המפרקים אותם באמצעות גלאיציה רדיואקטיבית מסוג זה, הם מאפשרים זיהוי של צינורות חשמליים.

מערכות אלקטרוניקה ושדה-Deployable Systems

ההתקדמות במיניטוריזציה יצרה גלאי נויטרונים המכילים את עצמם, שמשקלו פחות מ קילוגרם ומופעלים על סוללות סטנדרטיות.מערכות ניידות אלה משתמשות בפסלים מבוססי SiPM או ניגודים קטנים בעלי קוון נמוך יותר מאשר קילוגרם ומופעלים על ידי רשויות מכס ומטפלים ראשונים כדי לזהות חומרים גרעיניים לא חוקיים.

אתגרים ו- Outlook

למרות התקדמות יוצאת דופן, אתגרים נשארים.הצורך ב-FLT:0אפליה נגד רקע gamma FLT:1 הוא תמיד מייצג, במיוחד בסביבות עם שדות גמא גבוה (למשל, ליד דלק גרעיני בילו) החיפוש חומרים המספקים יעילות גבוהה וזיהוי לאמביע ממשיך.

(במבט קדימה, ההתכנסות של גילוי נויטרונים עם עיבוד דיגיטלי ואינטליגנציה מלאכותית צפויה להאיץ בקרוב.אנחנו יכולים לראות בקרוב את ה-FLT:0 Smart neutron גלאי FLT:1 כי באופן אוטונומי calibrate עצמם, להתאים את הפרמטרים התפעוליים שלהם, ולתקשר באופן אלחוטי כדי ליצור רשתות חיישן (מערכת כזו תמשיך להיות בלתי נסולא בעקביות של כורים גרעיניים, פיקוח על ידי מחקרים סביבתיים) וחוקרים חדשים של פיתוח של אנרגיה (F2gicial) של חומרים חדשים, אשר ימשיכו להיות בלתי-S).

(ב) לקריאה נוספת על העקרונות הפיזיים של גילוי נויטרונים, הקורא מתייחס לסקירה מקיפה ב-FLT:0 (Wikipedia: Neutron DetectionFLT:1; פרטים על המחסור הליום 3 וטכנולוגיות חלופיות זמינים בדו"ח זיהוי המולדת של 2020 (FLT: 2PDF FLT: 7pdfFLT 3) עבור האחרון על התפתחויות נוסטלטור, ה-FLTREFIRECTS (R) ו-DIQ) של מערכת למידה מעולה (DIQ) של LT5T)