8.4. Твердотельные трековые детекторы

Наряду с термолюминесцентными детекторами в нейтронной дозиметрии все большее значение приоб­ретают твердотельные трековые детекторы, предло­женные для измерения потока нейтронов. Их дейст­вие основано на том, что тяжелые заряженные частицы оставляют в слюде, стеклах и некоторых по­лимерах субмикроскопические следы радиационных дефектов. Эти дефекты более легко и селективно под­даются травлению, чем области, не затронутые облу­чением. Таким путем образуются ямки травления,, видимые в обычный оптический микроскоп. Из-за отсутствия заряда нейтроны непосредственно не соз­дают ямки травления. Они могут быть обнаружены по своему взаимодействию с ядрами атомов, в ре­зультате которого образуются заряженные частицы высоких энергий. Для косвенного обнаружения нейт­ронов пригодны три различных метода:

1. Комбинация детектора (слюды, стекла, поли­мерной пленки) со слоем делящегося вещества; реги­страция тяжелых осколков, образовавшихся при рас­щеплении ядер.
2. Комбинация детектора (полимерной пленки) со слоем, содержащим ⁶Li или ¹⁰В; регистрация α-частиц, образовавшихся в реакции (n, α).
3. Регистрация ядер отдачи, образовавшихся в са­мом детекторе (полимерной пленке) под действием; быстрых нейтронов.

Во всех этих случаях число полученных следов (ямок травления) является мерой нейтронного по­тока. Если энергетический спектр нейтронов известен, то можно вычислить нейтронную поглощенную дозу излучения.

При использовании детекторов нейтронов с расщеп­ляющимся покрытием можно путем соответствующего подбора делящегося вещества и дополнительного по­глотителя нейтронов (кадмий) в широких пределах управлять зависимостью чувствительности метода от энергии. Для обнаружения тепловых нейтронов обычна применяется фольга из делящихся изотопов ²³⁵U или: ²³⁹Рu, в то время как для регистрации быстрых нейт­ронов можно использовать ²³²Th, ²³⁸U и ²³⁷Np. Такие детекторные системы позволяют раздельно определять, тепловые промежуточные и быстрые нейтроны. Недо­статками комбинаций трековых детекторов с расщеп­ляющимися материалами являются: относительно вы­сокая стоимость некоторых делящихся веществ; α- и γ-излучение, испускаемое самими этими веществами; повышенный из-за процессов спонтанного деления фон.

Эти трудности отсутствуют во втором и третьем ме­тодах, так как они основаны на регистрации высво­божденных нейтронами α-частиц и ядер отдачи. С дру­гой стороны, эти методы ограничены тем, что в каче­стве материала детектора можно применять лишь полимерные пленки: только они обладают достаточ­ной чувствительностью для регистрации α-частиц и. легких ядер отдачи.

Для определения тепловых нейтронов по (n, α)-реакциям на ядрах ⁶Li и ¹⁰В успешно применяется комби­нация из полимерных пленок (ацетилцеллюлозных, поликарбонатных) с термолюминесцентными детекто­рами из LiF или Li₂B₄O7, так как последние одновре­менно поглощают и γ-излучение.

Энергетический порог обнаружения быстрых нейт­ронов по следам (ямкам травления), образованным в полимерных пленках углеродными, азотными и кис­лородными ядрами отдачи, лежит между 0,7 и 1,2 МэВ. Особые преимущества твердотельных трековых де­текторов по сравнению с ядерными фотоэмульсиями, часто применявшимися в нейтронной дозиметрии ра­нее, состоят в их абсолютной нечувствительности к γ-излучению, а также в пренебрежимо малых поте­рях дозиметрической информации вплоть до темпера­тур порядка 100°С.