Los detectores de reflectometría necesitan detectar una gran cantidad de neutrones en un espacio de tiempo muy corto. Esto significa que deben diseñarse con capacidades de tasa de recuento muy altas. Desafortunadamente, Los detectores de corriente deben mejorar para satisfacer las demandas de los experimentos de reflectometría, por lo que los investigadores de la fuente de neutrones y muones de ISIS han estado trabajando en un detector que pueda hacerlo.

Los detectores de neutrones que utilizan centelleadores ZnS:Ag / 6LiF se utilizan comúnmente ya que emite luz brillante cuando un neutrón lo golpea. Luego, la luz es recolectada por una fibra de cambio de longitud de onda (WLS) y transferida a un tubo fotomultiplicador (PMT) donde se convierte en señales eléctricas.

Los detectores de centelleo que utilizan ZnS:Ag no son óptimos porque hay un resplandor asociado con el centelleador que limita la capacidad de velocidad a 20 kHz por canal de tubo fotomultiplicador (PMT). SINE2020 ha permitido a un equipo de ISIS en el Reino Unido diseñar un detector de centelleo basado en ZnS:Ag / 6LiF con lectura de fibra WLS conectada a PMT multianodo (MA) con el objetivo de aumentar simultáneamente esta capacidad de velocidad y reducir el costo.

Resulta que los reflectómetros normalmente solo esparcen altas tasas de neutrones en 1-3 líneas (o píxeles del detector) a través de la cara del detector. El diseño convencional de un detector solo permite que la luz de centelleo brillante sea captada por unos pocos canales PMT, lo que hace imposible una alta tasa de recuento de neutrones debido al tiempo muerto del detector. Si esta alta intensidad pudiera distribuirse entre todos los PMT, en lugar de solo unos pocos, se podría aumentar la capacidad de velocidad.

El equipo creó un detector con 128 fibras cruzadas que cubren un área activa de 32 × 32 mm2, dividido en 4096 píxeles. Las fibras están conectadas a dos MA PMT de 64 canales. El conjunto se puede rotar fácilmente en el haz de neutrones para que las líneas intensas se puedan distribuir a través de un número variable de canales PMT a voluntad.

La configuración se probó en la línea de luz CRISP para investigar parámetros como la resolución de posición, capacidad de velocidad y fantasma. El detector mostró una resolución de posición FWHM de 0,6 mm y la capacidad de frecuencia mejoró en un factor de 5. Sin embargo, el diseño de fibra cruzada no puede aprovechar al máximo las ganancias en la capacidad de velocidad y hubo problemas con las imágenes fantasma (es decir, posicionamiento incorrecto de neutrones) cuando el ensamblaje no tenía ángulos de 90 grados.

Entonces, el equipo decidió probar un nuevo enfoque para mejorar la capacidad de tasa. ¿Por qué no segmentar el área del detector de una manera que permita aislar ópticamente los píxeles individuales del detector? Esto compromete la resolución en la dirección horizontal pero ayuda a eliminar las imágenes fantasma. Esto es lo que hicieron los investigadores con su detector bidimensional de alta relación de aspecto (SHARD2).

Dividieron el área activa de 64 × 64 mm2 del detector en cuatro columnas o segmentos de 16 mm de ancho. Luego, cada segmento se cubrió con 64 fibras WLS de 1 mm de diámetro, que estaban conectados a un MA PMT de 64 canales, formando un pixel. Las fibras y los segmentos se aislaron ópticamente entre sí mediante una fina lámina de acero inoxidable para evitar la propagación de la luz de una fibra a otra. Esto significa que el PMT solo podrá detectar eventos de neutrones que ocurran exactamente en esa única fibra. Las láminas de centelleo montadas directamente delante y detrás de las fibras completaron la disposición.

En comparación con los detectores no segmentados, la capacidad de velocidad fue más de un factor de 4 mejor cuando se probó en la línea de luz INTER. Había muy pocas imágenes fantasma y lo que ocurrió debería ser fácil de eliminar mediante el uso de dispositivos electrónicos mejorados. Actualmente, la resolución de posición es de 1 mm y la capacidad de velocidad ahora es de unos pocos kHz / mm2.

Una ventaja de la segmentación es que existe la posibilidad de hacer que solo una pequeña parte sea capaz de detectar una tasa de neutrones muy alta. Solo tiene que asegurarse de que el rayo intenso caiga sobre esta sección de alta velocidad del detector. Entonces, el desarrollo solo debe concentrarse en mejorar la capacidad de frecuencia en una parte del detector, lo que será más barato y ocupará menos espacio en el equipo que si intentara hacer que toda el área activa sea capaz de detectar estas tasas más altas.

El siguiente paso de desarrollo es pasar a una resolución de posición de 0,5 mm con mecánicas compatibles con el vacío. El primer detector de este nuevo concepto se utilizará para el reflectómetro INTER, lo que permitirá que la línea de luz aproveche su nueva guía y aumente el flujo.