3 Экспериментальная часть

3.1 Исходные данные

Энергия нейтронов: E_n=15 МэВ.

Материал конвертора: CH₂ (2000 мкм, плотность 0.8 г/см^-3).

Толщина конвертора: 2000 мкм.

Плотность материала конвертора: 0.8 г/см^-3.

Материал сенсора: GaAs.

Толщина сенсора: 500 мкм.

Рисунок 5 - Принцип регистрации нейтронов

Потери в контактном слое сенсора не учитываем. Моделировалось 10⁶ событий в центр детектора под углом 0 градусов.

3.2 Результаты моделирования

Рисунок 6 – Зависимость числа событий от энергетических потерь

протонов отдачи в слое конвертера

В результате упругих столкновений нейтронов с протонами в слое конвертора образуются протоны отдачи. Протон отдачи вылетает в угол 2π, то есть если протон отдачи после столкновения имеет такое же направление как у налетавшего нейтрона, то протону передана вся энергия. Если протон отдачи вылетает под углом 90 градусов к направлению движения налетавшего нейтрона, то энергия протона равна 0. Этот график представляет собой потери энергии протонов отдачи в слое конвертора.

Рисунок 7 – Зависимость числа событий от энергетических потерь

протонов отдачи в слое GaAs сенсора

Выводы

События с малыми потерями это протоны, родившиеся на выходе из конвертера, события с потерями в районе 14 МэВ от протонов, выбитых на входе в конвертер. Работает только слой на выходе из полиэтилена (ближний к детектору). Получается, что толщина конвертера должна быть не больше пробега протона с энергией, равной максимальной энергии нейтрона. Иначе входные слои конвертера будут работать впустую даже для протонов с максимальной энергией. В данном случае мы видим, что потерь в 15 МэВ практически нет. То есть толщина конвертера меньше пробега протонов с энергией 15 МэВ. Конвертер выбран правильно.

Зарегистрировано 4851 событие. Эффективность регистрации нейтронов η=4851/1∙106= 4.8∙10^-3 имп./нейтр.

Список использованных источников

1. Толбанов О. П. – Детекторы ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия // Вестник ТГУ.–2005.–№285.–Р. 155-163.

2. С.М.Рывкин, О.А.Матвеев, Н.Б.Строкан. – Полупроводниковые счетчики ядерных частиц // Л., Об-во «Знание», 1964.

3. Степанов Ю.М. – Экспериментальные методы ядерной физики. Часть 1: учебное пособие. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010.

4. Ю.К.Акимов, А.И.Калинин, В.Р.Кушнирук, Х.Юнгклауссен. – Полупроводниковые детекторы ядерных частиц и их применение // М.,Атомиздат, 1967.

5. Групен К. – «Детекторы элементарных частиц: Справочное издание. Пер. с англ.» – Новосибирск: «Сибирский хронограф», 1999.

6. Практикум по ядерной физике под ред. Сергеева О.В. – С.-Петербург, 2006.

7. Мурзина Е.А. - Взаимодействие излучения высокой энергии с веществом. - Учебное пособие. – НИИЯФ МГУ, 2007.

8. Алешкин В.Я. – Современная физика полупроводников. Курс лекций – Нижний Новгород, 2011.

9. Гуртов, В. А. – Твердотельная электроника: Учебное пособие–Москва, 2005.

10. Электрофизические свойства GaAs слоев и особенности характеристик детекторов частиц высоких энергий на их основе/ В.А. Беспалов и др. // Журнал технической физики. – 2004, том 74, вып.3. – с.28-36.

11. JorgBreibach - Development of GaAs Pixel Detectors. – Aachen, Germany, 2005.

12. М. Демичев, А. Жемчугов - Компьютерное моделирование физических процессов в детекторах с использованием пакета GEANT4. – Дубна, 2011.

13. Корнеев А.Е., Мечинский В.А.- Практикум по компьютерному моделированию ядерных процессов с использованием библиотеки GEANT4.- Минск, 2007.

14. http://www.csc.fi/english/pages/elmer (сентябрь, 2011 г.)

15. http://vserv.sinp.msu.ru/wiki/Main_Page (март, 2012 г.)

16. http://GEANT4.cern.ch/ (март, 2012г.)

17. Geant4 – a simulation toolkit/ S. Agostinelli et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 2003. – A 506. - 250-303.