Композитное борсодержащее радиаторное покрытие для датчиков нейтронного потока

В работе приведено исследование композитного радиаторного покрытия для нейтронных ионизационных камер (ИК), которое состоит из адгезионного слоя оксида кремния (SiO₂) и нейтрон-чувствительного слоя оксида бора (B₂O₃). Радиаторное покрытие – это покрытие, которое включает в себя радиатор (изотоп ¹⁰В) – вещество, которое при взаимодействии с нейтронами испускает вторичные ионизирующие частицы. В основе синтеза радиаторного покрытия лежат процессы термодеструкции полисилоксана марки ПЭС-5 и пиролитического разложения борной кислоты. Проведены микроструктурные исследования композитного борсодержащего радиаторного покрытия. Показано, что адгезионный слой сформирован из аморфного SiO₂ с микропористой структурой. Обнаружено образование микрокристаллов борной кислоты в нейтрон-чувствительном слое, которые переходят в аморфный B₂O₃ при повторном термическом воздействии. Методом альфа-спектрометрии проведено определение удельного энерговыхода покрытия (K). Установлено, что при поверхностной плотности B₂O₃ 2.5 мг/см² значение удельного энерговыхода составляет порядка K = 0.6·10^-3 МэВ/нейтрон, причем это значение остается постоянным после термоциклических испытаний в инертной среде (аргон). Показано, что нейтронно-физические характеристики композитного борсодержащего радиаторного покрытия сохраняются после термоциклических испытаний в диапазоне 20-600 °С в течение трех последовательных циклов. Установлено, что композитное борсодержащее радиаторное покрытие характеризуется виброустойчивостью при воздействии высокочастотных (200 Гц, ускорение 1-8g) нагрузок.

1. Дмитриев А.Б., Малышев Е.К. Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники. М.: Атомиздат, 1975. 96 с.

2. Басков П.Б., Маричев Г.В., Сахаров В.В., Степанов В.А. Ядерно-оптические преобразователи для детектирования сильных нейтронных полей // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2021. № 4. С. 122-132. DOI: 10.26583/npe.2021.4.11.

3. Малышев Е.К., Засадыч Ю.Б., Стабровский С.А. Газорязрядные детекторы для контроля ядерных реакторов. М.: Энергатомиздат, 1991. 160 с.

4. Ishii M., Kuwano Y., Asai T., Asaba S., Kawamura M., Senguttuvan N., Hayashi T., Kobayashi M., Nikl M., Hosoya S., Sakai K., Adachi T., Oku T., Shimizu H.M. Boron based oxide scintillation glass for neutron detection // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2005. V. 537. PP. 282-285. DOI: 10.1016/j.nima.2004.08.027.

5. Martin A.A., Depond P.J. Formation mechanisms of boron oxide films fabricated by large-area electron beam-induced deposition of trimethyl borate // Beilstein Journal of Nanotechnology, 2018. Vol. 9. PP. 1282-1287. DOI:10.3762/bjnano.9.120.

6. Buc D., Bello I., Caplovicova M., Mikula M., Kovac J., Hotovy I., Chong Y.M., Siu G.G. Analysis of magnetron sputtered boron oxide films // Thin Solid Films, 2007. Vol. 515. PP. 8723-8727. DOI:10.1016/j.tsf.2007.04.002.

7. Pilli A., Jones J., Lee V., Chugh N., Kelber J., Pasquale F., LaVoie A. In situ XPS study of low temperature atomic layer deposition of B2O3 films on Si using BCl3 and H2O precursors // Journal of Vacuum Science & Technology. 2018. Vol. 36. No. 6. PP. 0615031-0615038. DOI:10.1116/1.5044396.

8. Almaviva S., Marinelli M., Milani E., Prestopino G., Tucciarone A., Verona C., Verona-Rinati G., Angelone M., Pillon M. Improved performance in synthetic diamond neutron detectors: Application to boron neutron capture therapy // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2010. V. 612. PP. 580-582. DOI:10.1016/j.nima.2009.08.016.

9. Voss L.F., Oiler J., Conway A.M., Graff R.T., Reinhardt C.E., Shao Q., Wang T.F., Nikolic R.J. Development of 10B2O3 processing for use as a neutron conversion material. Materials Challenges and Testing for Supply of Energy and Resources. Springer Publ., 2012. PP 55-64. DOI:10.1007/978-3-642-23348-7_6.

10. Nowak G., Störmer M., Becker H.-W., Horstmann C., Kampmann R., Höche D., Haese-Seiller M., Moulin J.-F., Pomm M., Randau C., Lorenz U., Hall-Wilton R., Müller M., Schreyer A. Boron carbide coatings for neutron detection probed by x-rays, ions, and neutrons to determine thin film quality // Journal of Applied Physics, 2015. V. 117. PP. 034901-1-034901-14. DOI:10.1063/1.4905716.

11. Андрианов К.А. Кремнийорганические соединения. М.: ГХИ, 1955. 521 с.

12. Суйковская Н.В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок. Л.: Химия, 1971. 200 с.

13. Басков П.Б., Саламаха Б.С., Глазюк Я.В., Намакшинас А.А., Бондаренко С.А., Мушин И.М., Худин А.С. Борсодержащие радиаторные покрытия ионизационных камер датчиков регистрации нейтронного потока // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2025. №1. С.51- 64. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.1.04.