Нейтронная радиография и томография (НРТ) на реакторе ИБР-2

Методы нейтронной радиографии и томографии являются мощными исследовательскими инструментами неразрушающего анализа и играют важную роль в промышленных и научных исследованиях. Принципиальное отличие характера взаимодействия нейтронов с веществом по сравнению с рентгеновским излучением дает дополнительные преимущества нейтронным методам, в том числе чувствительность к легким элементам, заметное отличие в контрасте между соседними элементами или изотопами, большая глубина проникновения в металлы и материалы с тяжелыми элементами. Все эти особенности делают нейтронную радиографию и томографию чрезвычайно востребованными методами с растущим диапазоном применений в промышленности, геофизике, палеонтологии, археологии и других областях, включая исследования, связанные с культурным наследием. Установка нейтронной радиографии и томографии работает на импульсном высокопоточном реакторе ИБР-2. Ниже перечислены основные параметры данной установки.

 

 

Рис.1. Вверху: Схема установки нейтронной радиографии и томографии на 14-ом канале высокопоточного импульсного реактора ИБР-2. Длина коллиматорной системы  – 11 м, а линейные размеры нейтронного пучка на выходе системы - 20×20 см. Система гониометров служит для проведения томографических экспериментов. Регистрация нейтронов осуществляется специально разработанной детекторной системой на основе CCD камеры высокого разрешения. Внизу: Принципиальная схема эксперимента по нейтронной радиографии. После прохождения нейтронов через исследуемый образец с помощью сцинтиллятора формируется нейтронное радиографическое изображение объекта, которое регистрируется CCD видеокамерой.

 

В качестве примеров на Рис. 2 дано несколько изображений нейтронной радиографии.

 

Рис. 2. Изображения нейтронной радиографии: компьютерный жесткий диск с металлическим корпусом, замок и узел токарного станка.

 

Таблица 1. Основные параметры станции нейтронной радиографии на реакторе ИБР-2

L/D отношение 

Диаметр апертуры D

Расстояние апертура – образец L

Размер пучка: поле зрения

Поток нейтронов 

200-2000

10-50 мм

10 м

20x20 см2

5.5(2)x106 н/см2

Тип ПЗС-камеры

Активные пиксели

Размер пикселя (мкм)

Площадь ПЗС чипа (мм)

Разрядность

Метод охлаждения

VIDEOSCAN-11002-2001

 

4008x2672

9x9

12 Bits

Элемент Пелтье

 Характеристики сцинтилляционного экрана  6LiF/ZnS сцинтиллятор
Gadox сцинтиллятор
Пространственное разрешение

134 мкм

 

Обработка изображения ImageJ, H-PITRE, VGStudio MAX 2.2 software

 

Литература


1. Kozlenko D.P., Kichanov S.E., Lukin E.V., Rutkauskas A.V., Bokuchava G.D., Savenko B.N., Pakhnevich A.V., Rozanov A.Yu., Neutron Radiography Facility at IBR-2 High Flux Pulsed Reactor: First Results, Physics Procedia 69, 87 – 91 (2015).
2. Kozlenko D. P., Kichanov S. E., Lukin E. V., Rutkauskas A. V., Belushkin A. V., Bokuchava G. D., Savenko B. N. Neutron radiography and tomography facility at IBR-2 reactor, Phys. Part. Nuclei Lett., 13: 346 (2016).
3. E.V. Lukin, D.P. Kozlenko, S.E. Kichanov, A.V. Rutkauskas, G.D. Bokuchava, B.N. Savenko “First attempts on energy-selective neutron imaging at IBR-2”, Physics Procedia, 69, 271 – 274 (2015).
4. S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, T.I. Ivankina, A.V. Rutkauskas, E.V. Lukin, B.N. Savenko “The Neutron Tomography Studies of the Rocks from the Kola Superdeep Borehole”, Physics Procedia, 69, 537 – 541 (2015).
5. S. Kichanov, I. Saprykina, D. Kozlenko, K. Nazarov, E. Lukin, A.
Rutkauskas, B. Savenko, “Studies of Ancient Russian Cultural Objects Using the Neutron Tomography Method” J. Imaging, 4(2), 25 (2018) 6. S. E. Kichanov, D. P. Kozlenko, E. V. Lukin, A. V. Rutkauskas, E.
A. Krasavin, A. Y. Rozanov, B. N. Savenko “A neutron tomography study of the Seymchan pallasite”, Meteoritics & Planetary Science, 53, 10,
2155-2164 (2018)
7. S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, A.K. Kirillov, E.V. Lukin, B. Abdurahimov, N.M. Belozerova, A.V. Rutkauskas, T.I. Ivankina, B.N. Savenko “A structural insight into the Chelyabinsk meteorite: neutron diffraction, tomography and Raman spectroscopy study”, SN Applied Sciences, 1:1563 (2019).
.