A kisebb (100 × 100 milli­mé­ter és 300 × 300 milliméter közötti) ³He gázizotóppal töltött neutron­­detektorokhoz jellemzően delay line-os (késleltető művonalas) kiolvasási rendszert használunk, de ezek jel­vesztesége és nem­linearitása már ebben a nagyobb méret­tartományban nem megfelelő, ezért – hogy a vevői igényeknek megfelelhessünk – egy hatékonyabb technikát akartunk fejleszteni.

Így esett a választás a szálankénti ki­olvasásra, megmaradva a ³He gázizotópos érzékelés mellett. A ³He teszi lehetővé a neutronok „befogását”, érzékelését nagy hatásfokkal, mivel ez az izotóp reakcióba lép a semleges töltésű neutronnal, és a reakció során kilépő, mozgási energiával rendelkező részecskék által keltett elektronok már a detektorban lévő vékony (15–70 um vastagságú) aranyozott volfrámszálak segítségével, töltéserősítők révén érzékelhetővé válnak. A szálakra nagyfeszültséget (néhány ezer voltot) adtunk, így hoztunk létre térerőt az érzékelés végbemenéséhez.

A prototípus méretét 1000 × 300 mil­liméteres aktív felületűre terveztük, melynek befoglaló mérete 1560 × 825 × 327 milliméter (szélesség × magasság × mélység) lett. Mivel a detek­tor egyben egy nyomás­­tartó edény is, ezért a robusztus méretek, illetve az anyag­választás is kötött a neutron-áteresztő­képesség miatt, illetve a fel­aktiválódás miatt is, ezért alumíniumból készült a detektortest.

Száltartó-keretrendszer beszerelése a detektorházba.

A detektor helyzetérzékenységét a de­tektorban lévő szálak mátrixa adja meg, tehát egymásra merőlegesen he­lyezkedik el az anód és a katódok szál­síkja (a 2 katód párhuzamos egymás­sal, és a középső anódot fogják közre), és így adják meg az x és y koordinátá­kat, amelyek megmutatják, hogy a neutron hova repült a szóródás után. A volfrámszálakat keretekre feszítettük ki 7-7 milli­méter távolságra egymástól, minden anódszálat kivezettünk, a katódokat pe­dig párosával összekötöttük, és ezeket vezettük ki a gáztérből a töltéserősítőkhöz.

Így összesen 189 jelvezetékünk lett, hozzá ugyanennyi töltéserősítő készült.

A szálak távolságának meghatározásában figyelembe vettük a felhasználói (fizikusi) elvárásokat. Egy neutrondetektor fő jellemzői: a helyfelbontás, a hatásfok, a homogenitás és az elérhető beütésszám (vagyis mennyi neutron együttes beérkezését tudja feldolgozni a rendszer). Ezek a paraméterek a fizikai tulajdonságokból és a feldolgozó elektronika működéséből adódnak ki. Itt fontos szempont a ³He gáz mennyisége (gázoszlop vastagsága és a nyomás), a szálak távolsága a tartókereteken és a keretek egymástól mért távolsága is.

Mivel a detektorkamrából kijövő jelek meglehetősen kicsik, ezért igen nagy erősítésű és alacsony zajú (kiváló jel-zaj viszonyú) erősítőkre volt szükség. A nagy érzékenység hátránya a zavar­érzékenység, ami okozott némi nehézséget a fejlesztés során. Az analóg jelek digitálissá alakítását komparátorokkal oldottuk meg, ezután az elsődleges jelfeldolgozás egy FPGA segítségével történt, mely megkapta mind a 189 szál jelét. Hogy mely jelekből legyen valós találat, azt egy algoritmus segítségével döntöttük el, amely figyelte az anódról beérkező startjelet és a meghatározott időablakban hozzá érkező katódjeleket.

Detektor tesztelése a budapesti kutatóreaktornál.

A kidolgozott neutrondetektálási el­járás szabadalmaztatására is sor került. A fejlesztési munkát 180 784 973 forinttal támogatta a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal a KFI_16-1-2017-0389 sorszámú pá­lyázat keretében.•