Towards real time neutron flux measurement in the thermal column of a research reactor
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Date
2025
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Abstract
Active neutron flux measurements are crucial in many different applications, such as non-destructive material testing, soilwater content determination or in radiation therapy. Another field of application is active neutron flux monitoring in (research) reactors during experiments. Many commercially available neutron detectors use 3He as a neutron converter to detect indirectly ionizing neutrons, as it exhibits a high neutron interaction cross-section. However, the increasing scarcity and cost of 3He have motivated the search for alternative neutron detection technologies. In this thesis, a novel silicon-based detector prototype with interchangeable neutron converter carrier plates is developed, characterized, and tested in laboratory con- ditions with a low flux neutron source at TU Dortmund University. Finally, an improved prototype detector is tested in the thermal column of a Training Research Isotopes General Atomics (TRIGA) reactor. A pulse shape discrimination algorithm in the signal processing is applied to distinguish between neutron and background radiation. The results obtained demonstrate the potential of silicon-based neutron detectors for reactor monitoring.
Aktive Neutronenflussmessungen spielen in unterschiedlichen Anwendungen eine wichtige Rolle, zum Beispiel bei der zerstörungsfreien Materialprüfung, der Bes- timmung des Wassergehalts in Erdproben oder in der radiologischen Überwachung in der Strahlentherapie. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die aktive Neutronen- flussüberwachung in (Forschungs-)Reaktoren bei Experimenten. Viele kommerziell erhältliche Neutronendetektoren verwenden 3He aufgrund seines hohen Neutronen- wechselwirkungsquerschnitts, als Konverter zum Nachweis der indirekt ionisierenden Neutronen. Die zunehmende Verknappung und die steigenden Kosten von 3He mo- tivieren jedoch die Suche nach alternativen Neutronennachweistechnologien. In dieser Arbeit wird ein neuartiger siliziumbasierter Detektorprototyp mit austauschbaren Neutronenkonverter-Trägerplatten entwickelt, charakterisiert und unter Laborbe- dingungen in einer Neutronenquelle mit niedrigen Flussraten an der TU Dortmund getestet. Abschließend wird ein verbesserter Detektorprototyp in der thermischen Säule eines TRIGA-Reaktors (Training Research Isotopes General Atomics) getestet. Zur Unterscheidung zwischen Neutronen- und Hintergrundstrahlung wird ein Al- gorithmus zur Pulsformanalyse in der Signalverarbeitung eingesetzt. Die erzielten Ergebnisse zeigen das Potenzial von siliziumbasierten Neutronendetektoren für die Reaktorüberwachung.
Aktive Neutronenflussmessungen spielen in unterschiedlichen Anwendungen eine wichtige Rolle, zum Beispiel bei der zerstörungsfreien Materialprüfung, der Bes- timmung des Wassergehalts in Erdproben oder in der radiologischen Überwachung in der Strahlentherapie. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die aktive Neutronen- flussüberwachung in (Forschungs-)Reaktoren bei Experimenten. Viele kommerziell erhältliche Neutronendetektoren verwenden 3He aufgrund seines hohen Neutronen- wechselwirkungsquerschnitts, als Konverter zum Nachweis der indirekt ionisierenden Neutronen. Die zunehmende Verknappung und die steigenden Kosten von 3He mo- tivieren jedoch die Suche nach alternativen Neutronennachweistechnologien. In dieser Arbeit wird ein neuartiger siliziumbasierter Detektorprototyp mit austauschbaren Neutronenkonverter-Trägerplatten entwickelt, charakterisiert und unter Laborbe- dingungen in einer Neutronenquelle mit niedrigen Flussraten an der TU Dortmund getestet. Abschließend wird ein verbesserter Detektorprototyp in der thermischen Säule eines TRIGA-Reaktors (Training Research Isotopes General Atomics) getestet. Zur Unterscheidung zwischen Neutronen- und Hintergrundstrahlung wird ein Al- gorithmus zur Pulsformanalyse in der Signalverarbeitung eingesetzt. Die erzielten Ergebnisse zeigen das Potenzial von siliziumbasierten Neutronendetektoren für die Reaktorüberwachung.
Description
Table of contents
Keywords
Siliziumdetektoren, Neuronendetektor
Subjects based on RSWK
Neutronendetektor, Siliciumdetektor