zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2409Research ArticleСтатьиИспользование множественного рождения гамма-квантов в гадолинийсодержащих неорганических сцинтилляторах для улучшения селективности регистрации нейтроновImprovement in Neutron Detector Selectivity by Utilizing Multiple Gamma-Quantum Production in Gadolinium-Containing Inorganic ScintillatorsОхотниковаК. Е.OkhotnikovaK. E.

Минск

Minsk

okhotnikova.k.e@gmail.comМечинскийВ. А.MechinskyV. A.

Минск

Minsk

КоржикМ. В.KorjikM. V.

Минск

Minsk

ДубовВ. В.DubovV. V.

Минск

Minsk

КарпюкП. В.KarpyukP. V.

Минск

Minsk

КомендоИ. Ю.KomendoI. Yu.

Москва

Moscow

СмысловаВ. Г.SmyslovaV. G.

Минск

Minsk

ФедоровА. А.FedorovA. A.

Минск

Minsk

ТимощенкоА. И.TimoshchenkoA. I.

Минск

Minsk

Институт ядерных проблем Белорусского государственного университетаБеларусьInstitute for Nuclear Problems, Belarusian State UniversityBelarusИнститут ядерных проблем Белорусского государственного университета; НИЦ “Курчатовский институт”БеларусьInstitute for Nuclear Problems, Belarusian State University; National Research Center “Kurchatov Institute”BelarusНИЦ “Курчатовский институт”БеларусьNational Research Center “Kurchatov Institute”BelarusМенделеевский университет химической технологииРоссияMendeleev University of Chemical TechnologyRussian FederationБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarus202628092026935669675Copyright © Охотникова К.Е., Мечинский В.А., Коржик М.В., Дубов В.В., Карпюк П.В., Комендо И.Ю., Смыслова В.Г., Федоров А.А., Тимощенко А.И., 20262026Охотникова К.Е., Мечинский В.А., Коржик М.В., Дубов В.В., Карпюк П.В., Комендо И.Ю., Смыслова В.Г., Федоров А.А., Тимощенко А.И.Okhotnikova K.E., Mechinsky V.A., Korjik M.V., Dubov V.V., Karpyuk P.V., Komendo I.Y., Smyslova V.G., Fedorov A.A., Timoshchenko A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2409

Показано, что явление множественного рождения гамма-квантов в результате реакции радиационного захвата нейтронов ядрами гадолиния может быть использовано для повышения селективности сцинтилляционных детекторов к нейтронам. Предложена конструкция детектора, в котором 16 оптически изолированных элементов гадолинийсодержащего сцинтиллятора прикреплены к 16-канальной матрице фотоприемников, а отбор событий осуществляется в режиме совпадений по числу каналов, от которых получен сигнал. Показано, что отбор событий, при регистрации которых сработало три и более каналов, подавляет скорость счета фоновых гамма-квантов в 114 раз, а скорость счета нейтронов в 21 раз, что увеличивает селективность детектора к нейтронам в 5.6 раза.

It was shown that the phenomenon of multiple gamma-quantum production resulting from the radiative capture of neutrons by gadolinium nuclei can be used to increase the neutron selectivity of scintillation detectors. A detector design is proposed in which 16 optically isolated gadolinium containing scintillators are connected to the silicon photomultipliers matrix, and event selection is performed in coincidence mode based on the number of channels from which a signal is received. It is shown that selecting events for which three or more channels were triggered, suppresses the background gamma-quantum counting rate by 114 times and the neutron counting rate by 21 times, thereby increasing the neutron selectivity by 5.6 times.

нейтронный детекторn/γ-дискриминациясцинтилляторгадолиний-алюминий-галлиевый гранатвторичные частицыгамма-квантыneutron detectorn/γ-discriminationscintillatorgadolinium-aluminum-gallium garnetsecondary particlesgamma raysРабота выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 25-73-30014, https://rscf.ru/project/25-73-30014/.ReferencesF. D. Brooks. Nuclear Instruments and Methods, 4, N 3 (1959) 151—163F. D. Brooks. Nuclear Instruments and Methods, 4, N 3 (1959) 151—163Е. А. Борисевич, А. Г. Бондарев, М. В. Коржик, В. А. Мечинский, К. Е.Охотникова, А. А. Федоров. Письма в ЖТФ, 51, N 13 (2025) 20—23Е. А. Борисевич, А. Г. Бондарев, М. В. Коржик, В. А. Мечинский, К. Е.Охотникова, А. А. Федоров. Письма в ЖТФ, 51, N 13 (2025) 20—23D. Vavrik, J. Jakubek, S. Pospisil, J. Vacik. Rev. Sci. Instrum., 85, N 1 (2014)D. Vavrik, J. Jakubek, S. Pospisil, J. Vacik. Rev. Sci. Instrum., 85, N 1 (2014)A. Roccaro, H. Tomita, S. Ahlen, D. Avery, A. Inglis, J. Battat, D. Dujmic, P. Fisher, S. Henderson, A. Kaboth, G. Kohse, R. Lanza, J. Monroe, G. Sciolla, N. Skvorodnev, H. Wellenstein, R. Yamamoto. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 608, N 2 (2009) 305—309A. Roccaro, H. Tomita, S. Ahlen, D. Avery, A. Inglis, J. Battat, D. Dujmic, P. Fisher, S. Henderson, A. Kaboth, G. Kohse, R. Lanza, J. Monroe, G. Sciolla, N. Skvorodnev, H. Wellenstein, R. Yamamoto. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 608, N 2 (2009) 305—309R. Aryaeinejad, Y. X. Dardenne, J. D. Cole, A. J. Caffrey. IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record, San Francisco, CA, USA, 1 (1995) 639—643R. Aryaeinejad, Y. X. Dardenne, J. D. Cole, A. J. Caffrey. IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record, San Francisco, CA, USA, 1 (1995) 639—643D. Konishi, Y. Uozumi, H. Yoshida, M. Matoba. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 420, N 3 (1999) 467—472D. Konishi, Y. Uozumi, H. Yoshida, M. Matoba. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 420, N 3 (1999) 467—472G. Zorloni, F. Cova, M. Caresana, M. Di Benedetto, J. Hostaša, M. Fasoli, I. Villa, I. Veronese, A. Fazzi, A. Vedda. Radiat. Measurements, 129 (2019)G. Zorloni, F. Cova, M. Caresana, M. Di Benedetto, J. Hostaša, M. Fasoli, I. Villa, I. Veronese, A. Fazzi, A. Vedda. Radiat. Measurements, 129 (2019)P. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. Inorganic Scintillators for Detector Systems: Physical Principles and Crystal Engineering, 2nd ed., Springer (2017)P. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. Inorganic Scintillators for Detector Systems: Physical Principles and Crystal Engineering, 2nd ed., Springer (2017)S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako et al. Nuclear Instruments аnd Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 506, N 3 (2003) 250—303S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako et al. Nuclear Instruments аnd Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 506, N 3 (2003) 250—303M. Korzhik, V. Mechinsky, A. Bondarev, V. Dubov, A. Fedorov, P. Karpuyk, I. Komendo, K. Okhotnikova, V. Retivov, V. Smyslova, D. Yanushevich. Radiat. Phys. Chem., 240 (2026)M. Korzhik, V. Mechinsky, A. Bondarev, V. Dubov, A. Fedorov, P. Karpuyk, I. Komendo, K. Okhotnikova, V. Retivov, V. Smyslova, D. Yanushevich. Radiat. Phys. Chem., 240 (2026)R. Brun, F. Rademakers. Nuclear Instruments аnd Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors аnd Associated Equipment, 389, N 1-2 (1997) 81—86R. Brun, F. Rademakers. Nuclear Instruments аnd Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors аnd Associated Equipment, 389, N 1-2 (1997) 81—86

The authors declare that there are no conflicts of interest present.