Construcción de un sistema portátil para la detección de neutrones basado en líquidos iónicos

DARIO RODRIGUES; FEDERICO FRITH; NICOLÁS KRIMER; GABRIELA SARMIENTO; PABLO BELLINO; PAULA STEINBERG ; MARTÍN MIRENDA

Ciudad Autónoma de Buenos Aires

Congreso; II Congreso Argentino de Técnicas Neutrónicas; 2019

Laboratorio Argentino de Haces de Neutrones - CNEA

Con intenciones de aplicar los líquidos iónicos fluorescentes al campo de la física nuclear, hemos desarrollado un líquido iónico radioluminiscente (LIR) capaz de transformar en luz de fluorescencia la energía entregada por partículas alfa y beta producidas en desintegraciones nucleares [1]. Entre las muchas propiedades de este nuevo material se destaca la posibilidad de modificar su intensidad de fluorescencia con la temperatura. Para ampliar esta tecnología a la detección de neutrones se sintetizó un nuevo líquido iónico con boro en su estructura, el cual se mezcló en proporciones adecuadas con un LIR ya desarrollado y previamente caracterizado [2]. Fue necesario construir un sistema portátil de centelleo líquido para estudiar la eficiencia de detección de este nuevo material líquido orientado a la detección de neutrones. El mismo cuenta con dos fotomultiplicadores Hamamatsu dispuesto a 180 grados. Sus correspondientes bases fueron especialmente construidas para permitir una polarización positiva que redunde en un menor ruido electrónico. El porta muestra fue torneado en aluminio con una geometría que maximiza el ángulo sólido subtendido por la fuente al detector. El mismo fue térmica y eléctricamente aislado de los fotocátodos mediante piezas construidas en teflón. Este porta muestra cuenta además con un sistema de refrigeración que permite regular la temperatura del LIR en su interior, modificando con ello su rendimiento de fluorescencia y por lo tanto la eficiencia de detección. Toda la cadena electrónica para el tratamiento de las señales fue establecida permitiendo el conteo de las coincidencias temporales con ventanas de 1 $mu$s o menos. Esta técnica permite reducir drásticamente el ruido electrónico presente en este tipo de detectores, contabilizándose como fondo de la medición únicamente coincidencias fortuitas. Una serie de experimentos utilizando material radiactivo ya fueron exitosamente llevados a cabo con este sistema alcanzando eficiencias nominales superiores al 70% en la detección de los decaimientos de 241Am. Se presentan resultados de algunos experimentos tendientes a cuantificar la eficiencia de los LIR con $^{10}$B en su estructura para la detección de neutrones térmicos. La construcción de este sistema permite continuar con el desarrollo y la optimización de una nueva familia de LIR que hagan posible la detección de neutrones térmicos mediante la técnica de centelleo líquido.[1] Solicitud de patente INPI: Nro 20180103091[2] M. Mirenda, D. Rodrigues, C. Ferreyra, P. Arenillas, G.P. Sarmiento, N. Krimer, M.L. Japas. Ionic liquids as solvents for Čerenkov counting and the effect of a wavelength shifter. Appl. Rad. Isot. 134 (2018) 275?279.