آشکارساز نوترون (Neutron Detector)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
آشکارساز نوترون (Neutron Detector) :
آشکارساز نوترون برای تشخیص و اندازه گیری شار نوترون ها طراحی شده است. نوترون ها ذرات بدون بار هستند و مستقیما با الکترون ها برهمکنش نمی دهند، بنابراین نمی توانند مستقیما یونیزاسیون ایجاد کنند. روش تشخیص نوترون ها بر اساس واکنش های هسته ای است که در آنها نوترون با یک هسته هدف برهمکنش داده و ذرات باردار (مانند پروتون، ذره آلفا) یا پرتوهای گامای پرانرژی تولید می کند که سپس توسط یک آشکارساز معمولی (مانند گازی، سوسوزن، نیمه هادی) تشخیص داده می شوند. تشخیص نوترون در راکتورهای هسته ای، فیزیک نوترون، و حفاظت در برابر تشعشع حیاتی است.
مواد هدف رایج برای واکنش با نوترون:
هلیوم-۳ (³He): واکنش
\[ n + ^3He \rightarrow ^3H + p \]با سطح مقطع بالا برای نوترون های حرارتی. گاز ³He در اتاقک های یونیزاسیون یا آشکارسازهای تناسبی استفاده می شود. به دلیل کمبود ³He، این آشکارسازها گران و کمیاب شده اند.
لیتیوم-۶ (⁶Li): واکنش
\[ n + ^6Li \rightarrow ^3H + \alpha \]. در سوسوزن های شیشه ای (لیتیوم شیشه) و همچنین در سوسوزن های پلاستیکی با نانوذرات ⁶Li استفاده می شود.
بور-۱۰ (¹⁰B): واکنش
\[ n + ^{10}B \rightarrow ^7Li + \alpha \]. گاز BF₃ در آشکارسازهای تناسبی و همچنین لایه های نازک ¹⁰B در آشکارسازهای حالت جامد استفاده می شود.
انواع آشکارساز نوترون:
آشکارسازهای گازی (³He, BF₃): شامل یک لوله پر از گاز هدف و کار در ناحیه تناسبی یا گایگر. پالس ایجاد شده توسط ذرات باردار حاصل از واکنش شمارش می شود.
سوسوزن های نوترون: شامل مواد سوسوزن (پلاستیک، مایع یا شیشه) که با ⁶Li یا بور آغشته شده اند. ذرات باردار تولید شده باعث سوسوزنی شده و نور توسط PMT تشخیص داده می شود.
آشکارسازهای نیمه هادی: با لایه ای از ⁶LiF یا ¹⁰B پوشانده شده اند. ذرات باردار وارد نیمه هادی شده و جفت الکترون-حفره ایجاد می کنند.
چالش ها: تمایز نوترون از پرتوهای گاما (که زمینه را ایجاد می کنند). با استفاده از تحلیل شکل پالس (PSD) در سوسوزن ها یا طراحی خاص آشکارسازها می توان این کار را انجام داد.
مزایا:
امکان اندازه گیری نوترون های حرارتی و سریع.
معایب:
کمبود و گرانی ³He.
حساسیت به گاما (نیاز به روش های حذف).
\[ \text{نرخ شمارش} \propto \phi_n \]کاربردها: راکتورهای هسته ای (اندازه گیری شار نوترون)، فیزیک نوترون، امنیت هسته ای (تشخیص مواد شکاف پذیر)، و حفاری چاه های نفت (با چشمه نوترون).
