Detektorer för reflektometri behöver detektera många neutroner på mycket kort tid. Detta betyder att de måste utformas med mycket höga räkningsfrekvenser. Tyvärr, nuvarande detektorer måste förbättras för att möta kraven från reflektometri experiment så forskare vid ISIS Neutron och Muon källa har arbetat med en detektor som kan.

Neutrondetektorer som använder ZnS:Ag / 6LiF -scintillatorer används vanligtvis eftersom de avger starkt ljus när en neutron träffar den. Ljuset samlas sedan upp av en fiber med våglängdsförskjutning (WLS) och överförs till ett fotomultiplikatorrör (PMT) där det omvandlas till elektriska signaler.

Scintillationsdetektorer som använder ZnS:Ag är inte optimala eftersom det finns en efterglödning associerad med scintillatorn som begränsar hastighetsförmågan till 20 kHz per fotomultiplikatorrör (PMT) kanal. SINE2020 har gjort det möjligt för ett team på ISIS i Storbritannien att designa en ZnS:Ag/6LiF -baserad scintillatordetektor med WLS -fiberavläsning ansluten till multianode (MA) PMT i syfte att samtidigt öka denna hastighet och minska kostnaderna.

Det visar sig att reflektometrar vanligtvis bara kommer att sprida höga neutronhastigheter över 1-3 linjer (eller detektorpixlar) över detektorns yta. Den konventionella konstruktionen av en detektor tillåter bara att det ljusa scintillationsljuset fångas upp av några få PMT -kanaler vilket gör en hög neutronräkningshastighet omöjlig på grund av detektorns dödtid. Om denna höga intensitet kunde fördelas över alla PMT:er, snarare än bara några, ränteförmågan kan ökas.

Teamet skapade en detektor med 128 korsade fibrer som täcker ett aktivt område 32 × 32 mm2, uppdelad i 4096 pixlar. Fibrerna är anslutna till två 64 -kanaliga MA PMT:er. Enheten kan enkelt roteras i neutronstrålen så att de intensiva linjerna kan spridas över ett varierande antal PMT -kanaler efter behag.

Uppsättningen testades på CRISP-strålen för att undersöka parametrar som positionsupplösning, spök- och hastighetsförmåga. Detektorn visade en 0,6 mm FWHM positionsupplösning och hastighetsförmågan förbättrades med en faktor 5. Men den korsade fiberkonstruktionen kan inte dra full nytta av vinsterna i hastighetsförmåga och det fanns problem med spökbilder (dvs. felaktigt placerade neutroner) när enheten var i icke 90 graders vinklar.

Så laget bestämde sig för att testa ett nytt tillvägagångssätt för att förbättra ränteförmågan istället. Varför inte segmentera detektorområdet på ett sätt som gör att enskilda detektorpixlar kan vara optiskt isolerade? Detta äventyrar upplösningen i horisontell riktning men hjälper till att eliminera spökbilder. Detta är vad forskarna gjorde med sin högformat 2 -dimensionella (SHARD2) detektor.

De delade detektorns 64 × 64 mm2 aktiva område i fyra 16 mm breda kolumner eller segment. Varje segment täcktes sedan med 64 1 mm diameter WLS -fibrer, som var och en var ansluten till en 64 -kanals MA PMT, bildar en pixel. Fibrerna och segmenten isolerades optiskt från varandra med tunn rostfri folie för att undvika spridning av ljus från en fiber till en annan. Detta innebär att PMT endast kommer att kunna upptäcka neutronhändelser som inträffar exakt över den enda fibern. Scintillatorark monterade direkt framför och bakom fibrerna slutförde sedan arrangemanget.

Jämfört med icke-segmenterade detektorer, hastighetsförmågan var mer än en faktor 4 bättre när den testades på INTER -strålen. Det var väldigt lite spökande, och det som hände borde vara lätt att eliminera med förbättrad elektronik. För närvarande är positionsupplösningen 1 mm och hastigheten är nu några kHz/mm2.

En fördel med segmenteringen är att det finns möjlighet att bara göra en liten del av den kapabel att detektera en mycket hög neutronhastighet. Du måste bara se till att den intensiva strålen faller på den här höghastighetsdelen av detektorn. Utvecklingen behöver då bara koncentrera sig på att förbättra hastighetskapaciteten i en del av detektorn, vilket blir billigare och tar mindre utrustningsutrymme än om du försökte göra hela det aktiva området i stånd att upptäcka dessa högre hastigheter.

Nästa utvecklingssteg går till 0,5 mm positionsupplösning med vakuumkompatibel mekanik. Den första detektorn för detta nya koncept kommer att användas för INTER -reflektometern så att strållinjen kan dra nytta av sin nya guide och öka flödet.