Сотрудники лаборатории люминесцентных и детекторных материалов Курчатовского комплекса химических исследований и Отделения физики нейтрино совместно с коллегами из ряда научных центров Белоруссии разработали новый способ регистрации антинейтринного излучения.

Учёные создали детекторный элемент, состоящий из двух различных светоизлучающих материалов: пластика и нового сцинтиллятора на основе силиката лития кальция. Такие детекторы ещё называют фосвич-детекторами (от английских слов phosphor и sandwich).

Внешний вид фосвич-детектора при обычном и ультрафиолетовом освещении

Известно, что антинейтрино в высшей мере слабо взаимодействует с веществом. Для справки: его пробег в стали без взаимодействия в 100 000 раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Однако если антинейтрино всё же вступает в контакт с веществом, то охотно вступает в реакции с протонами — такое взаимодействие носит название «обратный бета-распад». Продуктами обратного бета-распада являются позитрон и нейтрон.

В эксперименте, проведённом исследователями, светоизлучающий пластик играл роль богатой протонами мишени для антинейтрино, где происходила бы регистрация позитрона и продуктов его аннигиляции — гамма-квантов. Силикат лития кальция предназначался для регистрации нейтронов, которые взаимодействуют с атомами лития.

Фосвич одновременно облучили гамма-квантами (имитируя гамма-излучение от аннигиляции позитрона) и нейтронами. Результат превзошёл все ожидания: благодаря разному времени высвечивания радиолюминесценции компонентов фосвича было видно, что гамма-кванты преимущественно регистрируются пластиком, а нейтроны — литий-кальциевым силикатом, причём с точностью, большей, чем на то рассчитывали исследователи.

Спектрограмма разделения сигналов от источников тория-232 и калифорния-252 по формам импульсов

Полученный результат создаёт возможности для разработки компактных детекторов антинейтринного излучения, работающих по схеме совпадений — когда при определённой геометрии детектора сигналы от гамма- и нейтронных событий регистрируются с известным временным интервалом. Такие детекторы важны для дистанционного мониторинга атомных станций, так как именно антинейтринный метод является единственным нефальсифицируемым способом «заглянуть внутрь» атомного реактора.

Также с помощью предложенного фосвича можно одновременно определять альфа- и бета-частицы, что применимо для дозиметрии излучений.

Результаты исследований опубликованы в журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research.

Коллектив лаборатории люминесцентных и детекторных материалов НИЦ «Курчатовский институт»

В проекте участвовали сотрудники Института ядерных проблем Белорусского государственного университета, компаний «Радиационные инструменты и новые компоненты» и «АТОМТЕХ» (Минск).

Источник: Курчатовский институт.