Cégünket, a Mirrotron Kft.-t több külföldi partnerünk (fizikai kutató intézet) is megkereste nagy méretű, helyzetérzékeny neutron detektorok gyártásával kapcsolatban. Itt a nagy méret az 500 × 500 milliméteres aktív felület felett értendő, amelyeket általában kis szögű neutronszórásos anyag szerkezet-vizsgálatoknál használnak.

A kisebb (100 × 100 milliméter és 300 × 300 milliméter közötti) 3 He gázizotóppal töltött neutrondetektorok hoz jellemzően delay lineos (késlel tető művonalas) kiolvasási rendszert használunk, de ezek jelvesztesége és nemlinearitása már ebben a nagyobb mérettartományban nem megfelelő, ezért – hogy a vevői igényeknek megfelelhessünk – egy hatékonyabb technikát akartunk fejleszteni.Így esett a választás a szálankénti ki olvasásra, megmaradva a 3 He gázizotópos érzékelés mellett. A 3 He teszi lehetővé a neutronok „befogását”, érzékelését nagy hatásfokkal, mivel ez az izotóp re akcióba lép a semleges töltésű neutronnal, és a reakció során kilépő, mozgási energiával rendelkező részecskék által keltett elektronok már a detektorban lévő vékony (15–70 um vastagságú) aranyozott volfrámszálak segítségével, töltéserősítők révén érzékelhetővé válnak.

A szálakra nagyfeszültséget (néhány ezer voltot) adtunk, így hoztunk létre térerőt az érzékelés végbemenéséhez.

A prototípus méretét 1000 × 300 milliméteres aktív felületűre terveztük, melynek befoglaló mérete 1560 × 825 × 327 milliméter (szélesség × magasság × mélység) lett. Mivel a detektor egyben egy nyomástartó edény is, ezért a robusztus méretek, illetve az anyag választás is kötött a neutronáteresztő képesség miatt, illetve a felaktiválódás miatt is, ezért alumíniumból készült a detektortest.

A detektor helyzetérzékenységét a detektorban lévő szálak mátrixa adja meg, tehát egymásra merőlegesen helyezkedik el az anód és a katódok szál síkja (a 2 katód párhuzamos egymás sal, és a középső anódot fogják közre), és így adják meg az x és y koordinátákat, amelyek megmutatják, hogy a neutron hova repült a szóródás után. A volfrámszálakat keretekre feszítettük ki 77 milliméter távolságra egymástól, minden anódszálat kivezettünk, a katódokat pedig párosával összekötöttük, és ezeket vezettük ki a gáztérből a töltés erősítőkhöz.

Így összesen 189 jelvezetékünk lett, hozzá ugyanennyi töltéserősítő készült.

A szálak távolságának meghatározásában figyelembe vettük a felhasználói (fizikusi) elvárásokat. Egy neutron detektor fő jellemzői: a helyfelbontás, a hatásfok, a homogenitás és az elérhető beütésszám (vagyis mennyi neutron együttes beérkezését tudja feldolgozni a rendszer). Ezek a paraméterek a fizikai tulajdonságokból és a feldolgozó elektronika működéséből adódnak ki.

Itt fontos szempont a 3 He gáz mennyisége (gázoszlop vastagsága és a nyomás), a szálak távolsága a tartókereteken és a keretek egymástól mért távolsága is.

Mivel a detektorkamrából kijövő jelek meglehetősen kicsik, ezért igen nagy erősítésű és alacsony zajú (kiváló jel zaj viszonyú) erősítőkre volt szükség.

A nagy érzékenység hátránya a zavar érzékenység, ami okozott némi nehézséget a fejlesztés során. Az analóg jelek digitálissá alakítását komparátorokkal oldottuk meg, ezután az elsődleges jel feldolgozás egy FPGA segítségével történt, mely megkapta mind a 189 szál jelét. Hogy mely jelekből legyen valós találat, azt egy algoritmus segítségével döntöttük el, amely figyelte az anódról beérkező startjelet és a meghatározott időablakban hozzá érkező katódjeleket.

A kidolgozott neutrondetektálási el járás szabadalmaztatására is sor került. A fejlesztési munkát 180 784 973 forinttal támogatta a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal a KFI_16120170389 sorszámú pályázat keretében.

Forrás: Innotéka