Разработка методики позиционно-чувствительного нейтрон-гамма элементного анализа

Информация об элементном составе различных объектов востребована в самых различных отраслях. Одним из способов ее получения является элементный анализ с использованием быстрых или высокоэнергетических нейтронов. Основное преимущество такого метода связано с большой проникающей способностью быстрых нейтронов. Использование компактных D-T генераторов нейтронов с энергией 14.1 МэВ позволяет создавать компактные мобильные установки, а также реализовать метод меченых нейтронов за счет детектирования сопутствующей альфа-частицы, испускаемой в реакции T(D,n)a. Такие установки могут быть применены в различных областях промышленности (металлургия, производство минеральных удобрений), обеспечении безопасности (анализ потенциально опасных объектов, обнаружение наркотиков и взрывчатки), геологоразведке (экспресс-анализ образцов) и сельском хозяйстве (анализ химического состава почв). К настоящему моменту одним из основных препятствий к широкому применению данной методики является отсутствие релевантной базы данных по сечениям излучения характеристических гамма-линий ядрами различных элементов. Имеющаяся сейчас информация такого рода изобилует неточностями и неполна (Simakov S.P. et al. IAEA, 1998): неопределенность в сечении излучения наиболее интенсивной гамма-линии может достигать 300%, данные для малоинтенсивных (<6 мб) гамма-линий отсутствуют. Большое количество химических элементов, в основном, редкоземельных, остаются неисследованными. В рамках проекта предполагается провести измерение сечений излучения гамма-квантов для большого количества элементов, в том числе, впервые исследовать малоинтенсивные гамма-переходы. По результатам проведенных экспериментов будет создана база данных сечений излучения характеристических гамма-квантов, излучаемых ядрами в реакциях с нейтронами энергии 14.1 МэВ. Использование нейтронных генераторов с большим количеством меченых пучков позволяет исследовать и пространственное распределение элементов в образце. Недостатком такого подхода является его низкое пространственное разрешение (характерный размер элемента анализируемого объема составляет 15*15*100 мм3). Обсуждаемый подход можно существенно улучшить, применив методику построения изображений с помощью кодированной апертуры, описанную в Rev. Sci. Instrum. 90, 015107 (2019), что позволит применять данную методику для неразрушающего элементного анализа ценных объектов сравнительно большого объема с характерным размером до 40 см.