Development of a Linear Position-Sensitive Scintillation Neutron Detector Based on ZnS(AG):6Li and Silicon Photomultipliers

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A linear position-sensitive neutron detector based on two silicon photomultiplier and an organic light guide has been developed. Determination of the coordinate of the neutron hitting the detector comes from analyzing the amplitude of the signal received from two silicon photomultipliers located at the ends of the light guide. The results of measurements using a collimated 252Cf source and two types of detectors based on silicon photomultipliers from SensL with a diffusion reflector and from Hamamatsu without and with a diffusion reflector are presented. Signals from silicon photomultipliers are recorded using an analog-to-digital converter. The neutron impact coordinates were analyzed using the amplitude characteristics of the photosignal. For a detector based on silicon photomultiplier from SensL, there was no obvious dependence of the signal amplitude on the coordinate of the neutron detection event, in contrast to detectors from Hamamatsu. The resolution of the detector coated with a diffusion reflector was about 10 mm, and without the diffusion reflector it was approximately 5 mm.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. N. Trunov

National Research Centre “Kurchatov Institute” — Petersburg Institute of Nuclear Research

Author for correspondence.
Email: dtrunov@inr.ru
Russian Federation, Gatchina, 188300

V. N. Marin

National Research Centre “Kurchatov Institute” — Petersburg Institute of Nuclear Research; Institute of Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences

Email: dtrunov@inr.ru
Russian Federation, Gatchina, 188300; Troitsk, 108840

R. A. Sadykov

Институт ядерных исследований РАН

Email: dtrunov@inr.ru
Russian Federation, Troitsk, 108840

E. V. Altynbaev

National Research Centre “Kurchatov Institute” — Petersburg Institute of Nuclear Research

Email: dtrunov@inr.ru
Russian Federation, Gatchina, 188300

T. I. Glushkova

National Research Centre “Kurchatov Institute” — Petersburg Institute of Nuclear Research

Email: dtrunov@inr.ru
Russian Federation, Gatchina, 188300

References

  1. Аксенов В.Л., Балагуров А.М., Козленко Д.П. // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2016. Т. 47. № 4. С. 1154.
  2. Ковальчук М.В., Ильгисонис В.И., Штромбах Я.И., Курский А.С., Андреев Д.В. // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2017. № 3. С. 4.
  3. Сидоркин С.Ф., Коптелов Э.А. Нейтронный комплекс ИЯИ РАН: импульсный источник нейтронов: идеология, история создания, возможности развития. Препринт № 1280/2011. Москва: ИЯИ РАН, 2011. 35 с. ISBN978-5-94274-154-9
  4. Ковальчук М.В., Смольский С.Л., Коноплев К.А. // Кристаллография. 2021. Т. 2. С. 184. https://www.doi.org/10.31857/S0023476121020053
  5. Ковальчук М.В., Тюрин Н.Е., Иванов С.В., Солдатов А.П. // Кристаллография. 2022. Т. 5. С. 795. https://www.doi.org/10.31857/S0023476122050101
  6. Кулевой Т.В. Компактный источник нейтронов DARIA. // Лазерные, плазменные исследования и технологии: Сборник научных трудов IX Международной конференции, Москва: Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”, 2023. С. 276.
  7. Shea D., Morgan D. The Helium-3 Shortage: Supply, Demand, and Options for Congress // Report for Congressional Research Service. 2010. https://sgp.fas.org/crs/misc/R41419.pdf
  8. Кащук А.П., Левицкая О.В. // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. № 5. С. 703. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2020.05.49168.85-19
  9. Rhodes N. // Neutron News. 2006. V. 17. № 1. P. 16. https://www.doi.org/17.16-18.00.1080/ 10448630500517597
  10. Cieślak M.J., Gamage K.A.A., Glover R. // Crystals. 2019. V. 9. № 9. P. 480. https://www.doi.org/10.3390/cryst9090480
  11. Gnezdilov I.I., Dedenko G.L., Ibragimov R.F., Idalov V.A., Kadilin V.V., Kaplun A.A., Klemetiev A.V., Mukhin V.I., Taraskin A.A., Turin E.M., Zaripov R.N. // Physics Procedia. 2015. V. 74. P. 199. https://www.doi.org/10.1016/j.phpro.2015.09.192
  12. Бушама Л., Громушкин Д.М., Дмитриева А.Н. // Ученые записки физического факультета Московского университета. 2018. № 4. С. 1840202.
  13. Pino F., Stevanato L., Cester D., Nebbia G. // J. Instrumentation. 2015. V. 10. https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/10/08/T08005
  14. Saint-Gobain Bicron fiber (2023) France. https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/phys/particle-physics/precisionphysicsatlowenergy-dam/TeachingContent/ASL/bicronfiber.pdf Cited 25 September 2023.
  15. Трунов Д.Н., Марин В.Н., Садыков Р.А., Алтынбаев Е.В., Глушкова Т.И. // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтрон. исслед. 2023. № 4. С. 71. https://www.doi.org/10.31857/S1028096023040209
  16. Cates J.W., Steele J., Balajthy J., Negut V., Hausladen P., Ziock K. // Sensors. 2022. V. 22. P. 3553. https://www.doi.org/10.3390/s22093553
  17. SIPM vs PMT (2021) The University of Chicago, USA. https://voices.uchicago.edu/ucflow/2021/11/22/sipm-vs-pmt-a-photon-finish/ Cited 13 June 2023
  18. Марин В.Н., Садыков Р.А., Трунов Д.Н., Литвин В.С., Аксенов С.Н., Столяров А.А. // Письма в Журнал технической физики. 2015. Т. 41. № 18. С. 96.
  19. Nakamura T., Toh K., Kawasaki T., Ebine M., Birumachi A., Sakasai K., Soyama K. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2015. V. 784. P. 202. https://www.doi.org/10.1016/j.nima.2014.12.035
  20. Morozov A., Sena M.J., Margato L., Roulier D., Solovov, V. // J. Instrumentation. 2019. V. 14. № 3. https://www.doi.org/10.48550/arXiv.1902.04513
  21. Abreu Y., Amhis Y., Ban G., Beaumont W., Binet S., Bongrand M., Boursette D., Castle B.C., Chanal H., Clark K., Coupé B., Crochet P., Cussans D., de Roeck A., Durand D., Fallot M., Ghys L., Giot L., Graves K., Guillon B., Henaff D., Hosseini B., Ihantola S., Jenzer S., Kalcheva S. et al // J. Instrumentation.2019. V. 14. № 11. P. 11003. https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/14/11/P11003
  22. Кащук А.П., Левицкая О.В. // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. № 4. С. 519. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2020.04.49074.84-19
  23. Tian Y., Fu Y., Li Y., Li Y., Development of a 3-D Position Sensitive Neutron Detector Based on Organic Scintillators with Double Side SiPM Readout. // IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC). 2017. P. 1. https://www.doi.org/10.1109/NSSMIC.2017.8532612
  24. Марин В.Н., Садыков Р.А., Трунов Д.Н. Литвин В.С., Аксенов С.Н. // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 1. С. 5. https://www.doi.org/10.7868/S003281621801007X
  25. Иванов Д.Ю., Васильева Л.И. Дисперсия, поглощение света и молекулярная рефракция: учебное пособие. / Ред. Федоров Д.Л. Санкт-Петербург: БГТУ “Военмех” им. Д.Ф. Устинова, 2018. 24 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. 1. Detector circuit: 1 — silicon photomultiplier; 2 — fisheye lens filled with glue; 3 — ZnS scintillator:LiF; 4 — adhesive layer.

Download (32KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The appearance of the detector.

Download (54KB)
Indexing metadata
4. 3. Diagram of the testing installation: 1 — silicon photomultiplier; 2 — scintillator; 3 — light guide; 4 — preamp; 5 — D2O moderator; 6 — combined slit with lead and cadmium flaps; 7 — analog-to-digital converter.

Download (68KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The ratio of the average amplitude (peak value) of the signal received from the right silicon photomultiplier Apr to the signal from the left Alev at a point for 1000 neutron detection events: the points are experimental data, the line is an approximation.

Download (78KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The circuit diagram of the preamplifier. The numbers for each element indicate a resistance in ohms or a capacitance in F (for resistors and capacitors, respectively).

Download (95KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Measurement results using a detector with a diffusion reflector: a — the average amplitude of the signal from the right silicon photomultiplier; b — the ratio of the amplitude of the signal received from the right silicon photomultiplier Apr to the signal from the left Alev: points — experimental data, line — approximation.

Download (130KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Measurement results using a detector without a diffusion reflector: a — the average amplitude of the signal from the right silicon photomultiplier; b — the ratio of the amplitude of the signal received from the right silicon photomultiplier Apr to the signal from the left Alev: points — experimental data, line — approximation.

Download (123KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».