Speaker
Description
В настоящее время в ядерной физике и физики атомных реакторов существует задача измерения полного β-спектра облучённого ядерного топлива (ОЯТ). Знание данного электронного спектра позволит восстановить полный спектр реакторных антинейтрино, при помощи которого можно будет производить оценку состояния активной зоны реактора и радионуклидного состава. Препятствием для получения β-спектра с необходимым разрешением является интенсивный γ-фон от ОЯТ. На данный момент стандартные спектрометры с полупроводниковыми детекторами не способны качественно выделить β-спектр ОЯТ на фоне интенсивного сопутствующего γ-фона.
Для точного измерения β-спектров и подавления γ-сигнала предлагается использовать измерительную установку, состоящую из тонкого пролётного планарного детектора и Si(Li)-детектора полного поглощения, работающих в режиме совпадения. Вероятность взаимодействия γ-квантов с рабочим объёмом пролётного планарного детектора мала, в отличие от электронов, которые теряют часть своей энергии внутри пролетного детектора. Si(Li)-детектор будет фиксировать как γ-кванты, так и электроны, которые полностью теряют свою энергию в объёме детектора. Таким образом, сигналы с двух детекторов вызванные электронами будут скоррелированы по времени, в то время как сигналы вызванные гамма-квантами — нет, и, следовательно, могут быть отфильтрованы.
Задачами данной работы было исследование разрешающей способность подобной схемы с двумя детекторами, оценка ухудшения разрешения вызванного прохождением электронами пролетного детектора, поиска и апробации способов повышения энергетического разрешения, оценка степени подавления γ-фона. Измерения проводились с использованием модельного источника 207Bi, который претерпевает как β+-распад, так и e-захват. В результате переходов ядра из одного возбуждённого состояния в другое, наблюдается поток γ-квантов с различными энергиями, конверсионные электроны, γ-кванты от процесса аннигиляции электрон-позитронной пары, а также рентгеновское излучение.
В результате работы экспериментального β-спектрометра с двумя полупроводниковыми детекторами были получены следующие результаты: разрешение Si(Li)-детектора при работе в схеме без пролетного детектора составило 0.77 кэВ по линии конверсионных электронов с энергией 1064 кэВ, при включении в схему установки пролётного планарного детектора разрешающая способность спектрометра ухудшилась в ~ 17 раз до 13 кэВ. Подавление γ-фона при этом составило ~ 2000 раз. Для получения максимально возможного разрешения был разработан алгоритм суммирования амплитуд сигналов с двух детекторов. В результате, разработанная модель обработки данных позволила получать спектры конверсионных электронов 207Bi с разрешением 2 ± 0.04 кэВ.
Таким образом, проведенные работы подтвердили возможность применения E-E спектрометра для эффективного подавления гамма-фона и выделения β-спектра с допустимыми потерями в разрешении.
