Експериментальне розділення нейтронного та супутнього гамма випромінювання

Abstract

У дипломній роботі проведено апробацію та порівняльний аналіз цифрових методів дискримінації сцинтиляційних сигналів для розділення швидких нейтронів та гамма-квантів джерела 239PuBe. Дослідження виконано на базі програмно-апаратного комплексу, що складається з органічного сцинтилятора стильбену, кремнієвих фотопомножувачів (SiPM) та цифрового осцилографа, як доступної альтернативи спеціалізованим системам збору даних. Реалізація алгоритмів у середовищі MATLAB із впровадженням динамічного пошуку «підошви» піку дозволила мінімізувати вплив амплітудного джитера. За результатами автоматичної кластеризації k-means метод перетину нуля (ZC) та метод порівняння зарядів (CC) продемонстрували високу якість розділення (FoM 1,550 та 1,241 відповідно), що корелює з показниками професійного обладнання CAEN. Також апробовано метод асиметрії піку (PA), заснований на зміщенні центроїда сигналу, який підтвердив фізичну відмінність у морфології імпульсів (Δt ≈ 160 нс для нейтронів проти 109 нс для гамма-квантів). Результати роботи підтверджують гіпотезу про можливість ефективного використання комплексу «осцилограф + комп’ютерна обробка» у наукових та освітніх цілях як економічно вигідної заміни дороговартісним спеціалізованим системам типу CAEN.The Master’s thesis provides an approbation and comparative analysis of digital scintillation signal discrimination methods for the separation of fast neutrons and gamma rays from a 239PuBe source. The study was conducted using a hardware-software complex consisting of a stilbene organic scintillator, silicon photomultipliers (SiPM), and a digital oscilloscope as an accessible alternative to specialized data acquisition systems. The implementation of algorithms in the MATLAB environment, including the introduction of dynamic "foot" detection of the peak, allowed for minimizing the impact of amplitude jitter. Based on the results of k-means automated clustering, the Zero-Crossing (ZC) and Charge Comparison (CC) methods demonstrated high separation quality (FoM of 1.550 and 1.241, respectively), which correlates with the performance of professional CAEN equipment. The Peak Asymmetry (PA) method based on the signal centroid shift was also tested, confirming a physical difference in pulse morphology (Δt ≈ 160 ns for neutrons versus 109 ns for gamma rays). The results of the work confirm the hypothesis of the possibility of effective use of the "oscilloscope + computer processing" complex for scientific and educational purposes as a cost-effective replacement for expensive specialized systems such as CAEN.