Câmaras de placas resistivas (RPCs) estão sendo desenvolvidas como detectores de nêutrons como parte do SINE2020. Luís Margato, Andrey Morozov e Alberto Blanco do LIP Coimbra em Portugal estão trabalhando no projeto. Aqui está o que eles fizeram.

Etapa 1:projeto conceitual

Luís Margato e sua equipe inicialmente usaram simulações de Monte Carlo para investigar conceitos de design para Boron-10 RPCs. Usando códigos de fonte aberta (kit de ferramentas ANTS2), eles avaliaram os efeitos da alteração dos parâmetros e materiais do detector:por exemplo, a largura da lacuna do gás, Espessura da camada do conversor de nêutrons ou ângulo de incidência do feixe de nêutrons no detector. Uma vez explorado, era hora de fazer alguns protótipos.

Etapa 2:prova de conceito

Como resultado das simulações, um protótipo de RPC híbrido foi construído no laboratório em LIP Coimbra, com a ajuda de C. Hoglund na oficina de revestimentos de detectores ESS, que era responsável pela produção dos revestimentos. Ele foi testado no Institut Laue-Langevin na França. Comparando dois protótipos RPC, um com uma camada conversora de nêutrons e outro sem, mostraram que o conversor de nêutrons permite que nêutrons sejam detectados e também com uma boa resolução espacial. O conceito funciona!

Etapa 3:Protótipos

Em seguida, mais dois protótipos com diferentes larguras de gap de gás (0,35 mm e 1 mm) foram feitos e testados em colaboração com Karl Zeitelhack em FRMII na linha de luz TREFF como parte do SINE2020. Os resultados mostraram uma resolução espacial melhor do que 0,25 mm FWHM e 12,5% de eficiência de detecção para 4,7 angstroms de nêutrons. Eles estavam de acordo com as simulações, incluindo o melhor desempenho esperado e a resolução do gap de gás mais fino. Mas pode ser melhorado ainda mais fornecendo várias oportunidades para os nêutrons serem capturados?

Etapa 4:multicamadas

Usando o gap de melhor desempenho, um detector com RPCs de gap duplo em uma arquitetura multicamadas foi montado no LIP e testado no FRMII. O protótipo continha 10 RPCs de 10B de lacuna dupla (compreendendo 20 camadas de conversor de nêutrons) e o desempenho de resolução espacial é mantido. A eficiência de detecção medida foi de cerca de 60%, tornando um design multicamadas muito encorajador. Ambos os resultados foram novamente em bom acordo com as simulações.

Etapa 5:sensibilidade gama

Infelizmente, os raios gama emitidos por uma amostra ou por outros materiais no caminho do feixe de nêutrons podem perturbar a resposta do detector, contribuindo com eventos falsos para os resultados e, portanto, é importante compreender e reduzir seu efeito nos RPCs que estão sendo desenvolvidos. Usando fontes gama Co-60 e Na-22, os 10B RPCs estão sendo caracterizados por sua sensibilidade gama. Então, quando os parâmetros são avaliados, os designs podem ser melhorados.

Os resultados preliminares mostram que para um RPC de intervalo duplo irradiado por uma fonte gama Na-22, a sensibilidade do RPC aos raios gama Na-22 e na região de alta voltagem do platô para detecção de nêutrons pode cair para ~ 10- 6 para os fótons 511keV e pode ir abaixo de 10-5 quando os 1,27 MeV são levados em consideração. Esses resultados foram obtidos sem qualquer otimização do detector em relação à sensibilidade gama, portanto, otimizando o design do detector em relação a esse aspecto, pode ser possível reduzir esses valores.

Próximos passos:

Com uma tecnologia de detector tão promissora em construção, precisamos descobrir como melhorar ainda mais os projetos e materiais atuais, por exemplo, otimizar as espessuras da camada do conversor de nêutrons no dispositivo de multicamadas para aumentar a capacidade de taxa de contagem. Então por agora, Luís está de volta ao mundo virtual das simulações a partir das informações aprendidas nos testes de protótipos.

Em particular, a equipe está procurando melhorar a taxa de contagem do detector para que ele possa contar o máximo possível de nêutrons por segundo por milímetro quadrado.

Outras áreas para investigação futura incluem a modelagem do detector, considerando o espalhamento de nêutrons nos materiais do detector e variando o ângulo de incidência do feixe de nêutrons da incidência perpendicular.