Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2024, № 8

Российская академия наук
ПОВЕРХНОСТЬ
РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ 
И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
№ 8      2024      Август
Журнал основан в 1982 году 
Выходит 12 раз в год
ISSN: 1028-0960 
Издается под руководством 
Отделения физических наук РАН
Главный редактор
Член-корреспондент РАН А.А. Левченко
Редакционная коллегия:
Г.Е. Абросимова, д.ф.-м.н. (заместитель главного редактора); В.Ю. Аристов, д.ф.-м.н.; 
А.С. Аронин, д.ф.-м.н.; А.В. Белушкин, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; В.А. Бушуев, д.ф.-м.н.;
Н.В. Волков, д.ф.-м.н.; А.Э. Волошин, д.ф.-м.н.; С.В. Григорьев, д.ф.-м.н.;
В.П. Дмитриев, д.ф.-м.н.; А.П. Захаров, д.ф.-м.н.; В.М. Каневский, д.ф.-м.н.;
М.В. Ковальчук, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; Д.П. Козленко, д.ф.-м.н.;
О.В. Коновалов, к.ф.-м.н.; С.В. Коновалов, д.т.н.; 
Э.А. Коптелов, д.ф.-м.н. (заместитель главного редактора);
Е.С. Клементьев, к.ф.-м.н. (ответственный секретарь); А.А. Лебедев, д.т.н.; 
Д.В. Рощупкин, д.ф.-м.н.; А.В. Солдатов, д.ф.-м.н.; В.Г. Станкевич, д.ф.-м.н.; 
Д.Ю. Чернышов, к.ф.-м.н.; Н.И. Чхало, д.ф.-м.н.; Xizhang Chen, PhD
Редакционный совет:
Председатель: В.А. Матвеев, д.ф.-м.н., академик РАН;
В.Л. Аксенов, д.ф.-м.н. член-корр. РАН; Ю.А. Владимиров, д.б.н., академик РАМН; 
О.Д. Далькаров, д.ф.-м.н.; В.В. Кведер, д.ф.-м.н., академик РАН;
Г.Н. Кулипанов, д.ф.-м.н., академик РАН; И.Г. Неизвестный, д.ф.-м.н. член-корр. РАН; 
Э.В. Суворов, д.ф.-м.н.
Заведующая редакцией Н.В. Еременко
Научные редакторы: Н.Е. Новикова, О.Н. Хрыкина
Адрес редакции: Москва, ул. Бутлерова, 17а
Телефон: +7 (499) 743-00-32
E-mail: surf@crys.ras.ru
INTERNET: http://www.issp.ac.ru/journal/surface/
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала «Поверхность. 
Рентгеновские, синхротронные и нейронные  
исследования» (составитель), 2024
Ɇɨɫɤɜɚ 
ɎȽȻɍ ©ɂɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨ ©ɇɚɭɤɚª

СОДЕРЖАНИЕ
Номер 8, 2024
Разработка линейного позиционно-чувствительного сцинтилляционного детектора нейтронов на основе 
ZnS(Ag):6Li и кремниевых фотоумножителей
Д. Н. Трунов, В. Н. Марин, Р. А. Садыков, Е. В. Алтынбаев, Т. И. Глушкова 
3
Первые нейтронные измерения на рефлектометрах ТНР и NERO-2
М. В. Дьячков, В. А. Матвеев, В. Г. Сыромятников, В. В. Тарнавич, В. А. Ульянов 
11
Электроника для детекторов тепловых нейтронов на основе сцинтиллятора ZnS(Ag)/LiF
В. Н. Марин, Д. Н. Трунов, В. С. Литвин, Р. А. Садыков,Е. В. Алтынбаев 
20
Разработка векторного магнита на основе высокотемпературных сверхпроводников для работы 
с поляризованными нейтронами
А. В. Алтынов, А. П. Буздавин, В. И. Боднарчук, В. Д., Жакетов, А. В. Петренко, М. Д. Проявин, А. Н. Черников 
27
Многопроволочный позиционно-чувствительный детектор нейтронов с двумя слоями бора-10
С. И. Поташев, А. А. Афонин, Ю. М. Бурмистров, А. И. Драчев, А. А. Каспаров, С. Х. Караевский, 
И. В. Мешков, В. Н. Пономарев, В. И. Разин 
36
Поворотная магнитная гравитационная ловушка для хранения ультрахолодных нейтронов
А. П. Серебров, А. К. Фомин, Г. Н. Клюшников, А. О. Коптюхов, А. Н. Мурашкин 
42
Взаимосвязь локально неоднородных, упругих и магнитных полей в Mn–Zn ферритах
З. А. Самойленко, Н. Н. Ивахненко, Е. И. Пушенко, М. Ю. Бадекин, В. Я. Сычева 
50
Анализ структуры фосфолипидной транспортной наносистемы методом малоуглового рассеяния 
рентгеновских лучей
В. А. Маслова, М. А. Киселев, П. В. Жучков, Ю. А. Терешкина, Е. Г. Тихонова 
61
Топологические особенности в агрегации фуллерена С60 в матрице изотактического полипропилена
Л. В. Ельникова, А. Н. Озерин, В. Г. Шевченко, П. М. Недорезова, О. М. Палазник,  
А. Т. Пономаренко, В. В. Ской, А. И. Куклин  
69
Скирмионы и флуктуации спиновых спиралей в сильно коррелированных Fe1–xCoxSi 
с нецентросимметричной кубической структурой
А. А. Повзнер, А. Г. Волков, Т. А. Ноговицына 
78
Сравнительный анализ морфологии поверхности плотных мембранных фильтров составов  
Pd95Pb5 и Pd93.5In6.0Ru0.5
О. В. Акимова, Т. П. Каминская, С. В. Горбунов 
85
Атомное и электронное строение кремнийорганических полимеров производных ацетилена: 
рентгеноспектральное и теоретическое исследование
М. М. Татевосян, В. Г. Власенко, А. А. Ширяева, Т. Н. Жукова 
94
Кинетика гидролиза борогидрида натрия в сравнении с амминбораном с использованием  
кобальтовых катализаторов
Н. Я. Дьянкова, Н. В. Лапин, В. В. Гринько, В. С. Бежок, А. Ф. Вяткин 
102
Влияние импульсных пучково-плазменных воздействий в установке плазменный фокус  
на псевдосплав вольфрам–медь
И. В. Боровицкая, А. С. Дёмин, Н. А. Епифанов, С. В. Латышев, С. А. Масляев, Е. В. Морозов, 
В. Н. Пименов, И. П. Сасиновская, Г. Г. Бондаренко, А. И. Гайдар 
112
Влияние фосфорсодержащей диспергирующей добавки на микроструктуру и оптические свойства 
сцинтилляционной керамики (Gd, Y)3(Al, Ga)5O12:Ce со структурой граната
П. В. Карпюк, Л. В. Ермакова, В. В. Дубов, Д. Е. Лелекова, Р. Р. Сайфутяров, П. А. Жданов,  
М. С. Малозовская, И. Ю. Комендо, П. С. Соколов, А. Г. Бондарев, М. В. Коржик 
123
 

Contents
No. 8, 2024
Development of a Linear Position-Sensitive Scintillation Neutron Detector Based  
on ZnS(AG):6Li and Silicon Photomultipliers
D. N. Trunov, V. N. Marin, R. A. Sadykov, E. V. Altynbaev, T. I. Glushkova 
3
First Measurements at Neutron Reflectometers TNR and NERO-2
M. V. Dyachkov, V. A. Matveev, V. G. Syromyatnikov, V. V. Tarnavich, V. A. Ulyanov 
11
Read-Out System for Thermal Neutron Detectors Based on ZnS(Ag)/LiF Scintillator
V. N. Marin, D. N. Trunov, V. S. Litvin, R. A. Sadykov, E. V. Altynbaev 
20
Development of a Vector Magnet Based on High Temperature Superconductors for Working  
with Polarized Neutrons
A. V. Altynov, A. P. Buzdavin, V. I. Bodnarchuk, V. D. Zhaketov, A. V. Petrenko,  
M. D. Proyavin, A. N. Chernikov 
27
Multiwire Position-Sensitive Neutron Detector with Two Layers of Boron-10
S. I. Potashev, A. A. Afonin, Yu. M. Burmistrov, A. I. Drachev, A. A. Kasparov, S. Kh. Karaevsky, 
I. V. Meshkov, V. N. Ponomarev, V. I. Razin 
36
Rotating Magnetic Gravitational Trap for Storing Ultracold Neutrons
A. P. Serebrov, A. K. Fomin, G. N. Klyushnikov, A. O. Koptyukhov, A. N. Murashkin 
42
Relationship of Locally Inhomogeneous, Elastic and Magnetic Fields in Mn–Zn Ferrites
Z. A. Samoylenko, N. N. Ivakhnenko, E. I. Pushenko, M. Yu. Badekin, V. Ya. Sycheva 
50
Analysis of the Phospholipid Transport Nanosystem Structure using Small Angle X-Ray Scattering
V. А. Maslova, М. А. Kiselev, P. V. Zhuchkov, Yu. A. Tereshkina, E. G. Tikhonova 
61
Topological Defects in Aggregation of the C60 Fullerene in the Isotactic Polypropylene Matrix
L. V. Elnikova , A. N. Ozerin, V. G. Shevchenko, P. M. Nedorezova, O. M. Palaznik, A. T. Ponomarenko, 
 V. V. Skoi, A. I. Kuklin 
69
Skyrmions and Fluctuations of Spin Spirals in Strongly Correlated Fe1–xCoxSi with  
Noncentrosymmetric Cubic Structure
А. А. Povzner, А. G. Volkov, Т. А. Nogovitsyna 
78
Comparative Analysis of the Surface Morphology of Dense Membrane Filters Pd95Pb5 and Pd93.5In6.0Ru0.5
O. V. Akimova, T. P. Кaminskaya, S. V. Gorbunov 
85
Organosilicon Polymeric Acetylene Derivatives: X-Ray Spectral Study and Quantum-Chemical Calculations
M. M. Tatevosyan, V. G. Vlasenko, A. A. Shirayeva, T. N. Zhukova 
94
Kinetics of Sodium Borohydride Hydrolysis in Comparison with Ammonia Borane using Cobalt Catalysts
N. Ya. Dyankova, N. V. Lapin, V. V. Grinko, V. S. Bezhok, A. F. Vyatkin 
102
Influence of Pulsed Beam-Plasma Impact on a Tungsten–Copper Pseudoalloy in the Plasma Focus Device
I. V. Borovitskaya, A. S. Demin, N. A. Epifanov, S. V. Latyshev, S. A. Maslyaev, E. V. Morozov, 
V. N. Pimenov, I. P. Sasinovskaya, G. G. Bondarenko, A. I. Gaidar 
112
Effect of Phosphorus-Containing Dispersant on the Microstructure and Optical Properties of Scintillation 
Ceramic (Gd, Y)3(Al, Ga)5O12:Ce with Garnet Structure
P. V. Karpyuk, L. V. Ermakova, V. V. Dubov, D. E. Lelekova, R. R. Saifutyarov, P. A. Zhdanov, 
M. S. Malozovskaya, I. Yu. Komendo, P. S. Sokolov, A. G. Bondarau, M. V. Korzhik 
123

ПОВЕРХНОСТЬ.  РЕНТГЕНОВСКИЕ,  СИНХРОТРОННЫЕ  И  НЕЙТРОННЫЕ  ИССЛЕДОВАНИЯ,  2024,  № 8,  c. 3–10
УДК 538.915
РАЗРАБОТКА ЛИНЕЙНОГО  
ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО  
СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА НЕЙТРОНОВ  
НА ОСНОВЕ ZnS(Ag):6Li И КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
© 2024 г. Д. Н. Труновa, В. Н. Маринa, b, Р. А. Садыковb, Е. В. Алтынбаевa, Т. И. Глушковаa
aНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт” —  
Петербургский институт ядерных исследований, Гатчина, 188300 Россия 
bИнститут ядерных исследований РАН, Троицк, 108840 Россия
*e-mail: dtrunov@inr.ru
Поступила в редакцию 16.11.2023 г. 
После доработки 28.01.2024 г. 
Принята к публикации 28.01.2024 г.
Разработан линейный позиционно-чувствительный детектор нейтронов на основе двух 
кремниевых 
фотоумножителей 
и 
органического 
световода. 
Определение 
координаты 
регистрации нейтрона на детекторе происходит из анализа амплитуды сигнала, получаемого 
с двух кремниевых фотоумножителей, расположенных в торцах световода. Приведены результаты 
измерений с использованием коллимированного источника 252Cf и двух типов детекторов 
на основе кремниевых фотоумножителей фирмы SensL с диффузионным отражателем и фирмы 
Hamamatsu без диффузионного отражателя и с ним. Сигналы от кремниевых фотоумножителей 
записаны с помощью аналого-цифрового преобразователя. Анализ координаты попадания 
нейтрона проводили по амплитудной характеристике фотосигнала. Для детектора на основе 
кремниевых фотоумножителей фирмы SensL не выявлено явной зависимости амплитуды сигнала 
от координаты регистрации нейтрона, в отличие от детекторов фирмы Hamamatsu. Разрешение 
детектора, покрытого диффузионным отражателем, составило около 10 мм, без диффузионного 
отражателя —  примерно 5 мм.
Ключевые слова: нейтроны, детекторы, кремниевый фотоумножитель, сцинтиллятор, гейгеровские лавинные фотодиоды, многослойный детектор, сцинтилляционный детектор, органический световод, спектросмещающие волокна, световод.
DOI: 10.31857/S1028096024080012, EDN: ELVOTL
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в России существует 
несколько нейтронных исследовательских центров “ИБР-2” (ОИЯИ, Дубна) [1], “ИР-8” (НИЦ 
“Курчатовский институт”, Москва) [2], “ИН-06” 
(ИЯИ РАН, Троицк) [3] и другие). В рамках развития современных исследовательских установок 
для исследования материалов в разработке находятся исследовательский реактор “ПИК” (Гатчина) [4], импульсный нейтронный источник нейтронов “Омега” (Протвино) [5] и Проект DARIA 
[6]. Детекторы нейтронов являются одними 
из основных частей нейтронных исследовательских установок. В качестве детекторов обычно используют детекторы на основе гелий-3, детекторы 
с борным конвертором, сцинтилляционные и другие. Детекторы на основе гелий-3 обладают самой 
высокой эффективностью, но имеют высокую 
стоимость, связанную с ограниченной доступностью данного изотопа [7]. Детекторы с борным 
конвертором имеют низкую эффективность одного слоя (1–5% для нейтрона с длиной волны излучения 1.8 Å [8]), которая связана с максимально 
возможной толщиной конвертора (1–3 мкм) [8]. 
Увеличение эффективности детектора возможно 
несколькими методами: увеличение количества 
слоев, наклоном пластинок относительно траек

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 8     2024
ТРУНОВ и др.
4
тории нейтрона, а также создания определенной 
морфологии поверхности конвертора [8].
Параллельно с этим во всем мире происходит 
активное 
развитие 
различных 
сцинтилляционных детекторов нейтронов [9, 10]. Принцип 
работы подобных детекторов основан на захвате 
нейтрона изотопами с высоким сечением захвата 
(6Li, 10B, Gd) и конвертации продуктов реакции 
в фотоны. Сцинтилляторы обладают простотой 
изготовления и высоким световыходом. Например, для состава соотношением ZnS(Ag) к 6LiF 1:2 
при толщине сцинтиллятора 0.45 мм [11] световыход составляет 1.6 × 105 фотонов на нейтрон [12], 
гамма-чувствительность 10–6 [13], эффективность 
регистрации нейтронов ~42% (для нейтронов 
1.9 Å). Время вспышки от события захвата нейтрона составляет около 300 нс, что позволяет 
использовать данные детекторы для проведения 
экспериментов на времяпролетных источниках 
нейтронов. Для увеличения сбора фотонов и увеличения площади детектора сцинтиллятор крепят 
к световоду. Световод транспортирует фотоны 
до детектора фотонов, в качестве которого 
в основном используют фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). В качестве световода применяют 
спектросмещающие волокна (Wave-Length Shifter 
Fiber, WLSF) либо органический прозрачный 
световод (ОПС). Спектросмещающие волокна 
обладают низкой эффективностью конверсии 
(переизлучения) [14], но у них достаточно низкое 
затухание фотонов в объеме, что позволяет создавать большие детекторы (500 × 500 мм). Органический световод, в отличие от спектросмещающих 
волокон, захватывает весь свет, но за счет поглощения и переотражения происходит уменьшение 
количества передаваемых на детектор фотонов, 
что ограничивает максимальные размеры детектора (до 200 × 200 мм) [15].
Для регистрации фотонов в настоящее время 
все чаще вместо фотоэлектронного умножителя 
используют кремниевый фотоумножитель (SiPM) 
[16, 17]. Это связано с тем, что по параметрам регистрации фотонов они вплотную приблизились 
к фотоэлектронному умножителю, однако имеют 
компактные размеры (от 1 × 1 мм), низкое напряжение питания (не более 100 В) [17] и низкую 
стоимость. Основные недостатки кремниевого 
фотоумножителя —  это тепловой шум, но он имеет достаточно низкий уровень (1–5 фотоэлектрон) 
и при достаточном большом количестве фотонов 
от сцинтиллятора он оказывает незначительное 
влияние, а также, в случае использования двух 
кремниевых фотоумножителей, от него можно 
избавиться, используя схему совпадения [18].
Существует несколько подходов для создания 
сцинтилляционного 
позиционно-чувствительного детектора (ПЧД). Первый метод основан 
на изготовлении массива спектросмещающих 
волокон, которые приклеены непосредственно 
к сцинтиллятору [19]. Координата попадания 
нейтрона в подобном типе детектора определяется как пересечение волокон, на которых зарегистрирован сигнал. Разрешение в этом случае 
зависит от размеров спектросмещающих волокон. 
Недостаток такого детектора в том, что требуется 
больше количество регистрирующих каналов 
для независимой обработки сигналов с каждого 
волокна. Эффективность детектора возможно 
увеличить, используя большее количество слоев, 
что в свою очередь увеличивает количество волокон, и требуемых регистрирующих каналов.
Еще один вариант изготовления ПЧД основан 
на регистрации нейтронов прозрачным сцинтиллятором (камера Ангера) и анализе амплитуд, 
получаемых 
с 
множества 
фотоприемников, 
расположенных в оптическом контакте со световодом [20]. За счет прозрачности сцинтиллятора, 
фотоны, получаемые при захвате нейтрона, распространяются во всех направлениях, и методом 
“взвешивания” сигналов с матрицы фотодетектора возможно восстановить координату события. Одним из частных случаев камеры Ангера 
является детектор, основанный на массиве кремниевых фотоумножителей [21], который приклеивают напрямую на непрозрачный сцинтиллятор. 
Определение координаты регистрации нейтрона 
основано на выявлении отдельного кремниевого фотоумножителя, который зарегистрировал 
фотоны. В подобных детекторах возможно достичь высокого пространственного разрешения 
(около 1 × 1 мм), но сложно добиться увеличения 
эффективности. Для прозрачного сцинтиллятора 
с увеличением толщины будет падать разрешение, 
а в случае использования непрозрачного сцинтиллятора невозможно добавить дополнительный 
слой сцинтиллятора. Также данные детекторы 
требуют большого количества регистрирующих 
каналов для независимой регистрации сигналов, 
получаемых с фотоприемников.
В качестве линейного позиционного детектора (Linear Position Sensitive Detector, LPSD) 
в настоящее время используют цилиндрический пропорциональный счетчик, основанный 
на трубках, наполненных гелием-3. Они обладают 
пространственным разрешением 3.5 мм при длине 600 мм [22], но требуют высокого давления газа 
10–30 бар. Одним из недостатков данного детектора является высокая текучесть гелия и необходимость в высоком напряжении (2000 В).

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 8     2024
РАЗРАБОТКА ЛИНЕЙНОГО ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО
5
Одним из вариантов замены подобного типа детектора, является детектор, основанный 
на сцинтилляторе и временном анализе распространения фотонов в органическом световоде 
[23]. В этом способе одновременно анализируют 
время прихода сигналов от кремниевого фотоумножителя. Время распространения фотонов 
в объеме световода зависит от расстояния, которое проходят фотоны до кремниевого фотоумножителя. Разрешение определяется разницей времени регистрации фотонов, которое составляет 
около 16 пс на 1 мм пройденного нейтроном пути 
[23]. В данном методе для регистрации сигналов 
требуется намного меньше регистрирующих каналов, чем в других, так как использовано всего 
два кремниевых фотоумножителя (для линейного позиционно-чувствительного детектора), 
но необходимо точно определять разницу во времени прихода сигналов в пределах нескольких пс, 
что в свою очередь требует достаточно быстрого 
аналого-цифрового преобразователя для анализа 
сигналов.
В настоящей работе стояла задача создать 
прототип недорогого сцинтилляционного одномерного ПЧД с простой электроникой, основанного на анализе амплитуды сигнала, и оценить 
параметры подобного типа детектора. Для исследования параметров были протестированы два 
типа кремниевых фотоумножителей с различным 
количеством ячеек. Также проведена оценка 
влияния типа покрытия световода на параметры 
детекторов.
СОЗДАНИЕ ДЕТЕКТОРА
В качестве прототипа для создания детектора 
использованы разработанные ранее детекторы 
[18, 24]. Габаритные размеры детектора 5 × 60 мм, 
размер сцинтиллятора 5 × 50 мм, количество слоев сцинтиллятора —  1. В качестве сцинтиллятора 
использован BC-704 с соотношением ZnS к 6LiF 
1:2, толщиной 0.45 мм. Световод изготавливали 
из полиметилметакрилата (ПММА) со светопропусканием 92% (для излучения с длиной волны 
400–800 нм). Для регистрации фотонов использовали 
кремниевые 
фотоумножители: 
SensL 
MicroSC/FC30035 и Hamamatsu s12572-015p.
Параметры 
кремниевых 
фотоумножителей 
фирмы SensL: количество ячеек 4774, квантовая 
эффективность 47%, коэффициент усиления 
6 × 106. Параметры кремниевых фотоумножителей фирмы Hamamatsu: количество ячеек 40000, 
квантовая эффективность 25%, коэффициент 
усиления 2.30 × 105. Размер чувствительной области обоих кремниевых фотоумножителей 3 × 3 мм.
Кремниевые 
фотоумножители 
фирмы 
Hamamatsu имеют меньшую квантовую эффективность и меньший коэффициент усиления, 
но большее количество ячеек, что позволяет 
зарегистрировать большее количество фотонов 
без перегрузки фотоумножителя и получить более 
высокое разрешение при определении амплитуды.
Схема детектора показана на рис. 1. Для улучшения параметров сбора света по краям световода 
изготовлены сверхширокоугольные объективы 
с
целенаправленно увеличенной дисторсией, 
которые заполнены клеем типа “оптический цемент” EJ-500 (в результате получаются линзы типа 
“рыбий глаз”). Сцинтиллятор также прикреплен 
к световоду клеем типа “оптический цемент”. 
В дальнейшем, после полного отвердевания клея, 
один образец детектора покрывали диффузионной отражающей лентой фторопласт-4, второй 
образец оставался без покрытия. Сделано это 
для того, чтобы изучить влияние покрытия на амплитуду сигналов в световоде. Для экранирования 
от внешнего света весь детектор покрывали термоусадочной непрозрачной черной трубкой с коэффициентом усадки 1:4. Внешний вид детектора 
показан на рис. 2.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ 
ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ
Для тестирования детектора была собрана схема, изображенная на рис. 3. В качестве источника нейтронов использовали 252Cf, после которого 
расположен замедлитель нейтронов толщиной 
100 мм, заполненный тяжелой водой D2O. Детектор расположен на линейном трансляторе Zaber 
LHM100A-T3A с ходом 100 мм, которая перемещает детектор вдоль пучка. После замедлителя 
распложена комбинированная защита толщиной 5 см, состоящая из слоев кадмия и свинца 
1
3
4
1
2
2
Рис. 1. Схема детектора: 1 —  кремниевый фотоумножитель; 2 —  линза типа “рыбий глаз”, заполненная 
клеем; 3 —  сцинтиллятор ZnS:LiF; 4 —  клеевая прослойка.
Рис. 2. Внешний вид детектора.

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 8     2024
ТРУНОВ и др.
6
со щелью размером 2 × 20 мм. Общая толщина 
кадмия около 2 см, свинца —  3 см. Расстояние 
источник нейтронов–детектор 30 см. Детектор 
расположен на расстоянии около 3 мм от щели. 
Дополнительно для защиты от рассеянного излучения детектор с системой перемещения закрыты 
со всех сторон свинцовыми кирпичами толщиной 30 мм, перед которыми располагали листы 
кадмия толщиной 2 мм. Сигналы, полученные 
с 
кремниевых 
фотоумножителей, 
попадают 
на предусилитель с временем интегрирования 1.5 
мкс, сигналы с которого анализируются и сохраняются аналогово-цифровым преобразователем 
Caen DT5720.
Для автоматизации эксперимента была написана управляющая программа, которая сохраняла 
данные с преобразователя и после сбора необходимой статистики перемещала детектор с шагом 
1 мм вдоль пластины сцинтиллятора до тех пор, 
пока не будет пройдена вся ее длина. Программа 
имеет функцию установки минимального и максимального порога для отсеивания теплового шума и записи сигнала, если произошло событие — 
регистрация одновременно с двух кремниевых 
фотоумножителей.
ТЕСТИРОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА
Первым протестирован детектор на основе 
кремниевого фотоумножителя фирмы SensL 
с диффузным отражателем. Аналоговый сигнал 
снимали сразу после зарядово-чувствительного 
усилителя. Напряжение питания кремниевого 
фотоумножителя составило 33.1 В. На рис. 4 
отображено отношение амплитуды сигнала, 
полученного от правого кремниевого фотоумножителя, к сигналу от левого. Из результатов 
измерений не удалось получить зависимость 
амплитуды от положения регистрации нейтрона. 
Можно предположить, что это связано с высоким количеством фотонов, доходящих до кремниевого фотоумножителя, которые вызывали его 
перегрузку.
Для тестирования детектора на основе кремниевого фотоумножителя фирмы Hamamatsu 
необходимо 
было 
модифицировать 
предусилитель, т.к. параметры этого кремниевого 
фотоумножителя сильно отличаются от фотоумножителя фирмы SensL. В частности, первый 
имеет меньшее усиление и требует большего 
напряжения 
питания. 
Модифицированный 
предусилитель рассчитан на напряжение питания до 80 В и имеет больший коэффициент усиления. Схема модифицированного предусилителя показана на рис. 5. В первую очередь было 
проведено тестирование детектора с диффузным 
отражателем. Результаты измерения показаны 
на рис. 6. Амплитуду сигнала определяли, как 
среднюю амплитуду (пиковое значение) за 5000 
измерений, выполненных при перемещении детектора вдоль щели с шагом 1 мм.
Из результатов измерения видно, что форма 
затухания фотонов в световоде имеет линейный 
характер и можно проследить зависимость амплитуды от координаты регистрации нейтрона 
(положение щели относительно торцов детектора), которую можно описать линейной функци252Cf
5
6
6
1
1
2
3
4
0
x
4
7
Рис. 3. Схема установки для тестирования: 1 —  кремниевый фотоумножитель; 2 —  сцинтиллятор; 3 —  
световод; 4 —  предусилитель; 5 —  замедлитель D2O; 
6 —  комбинированная щель со створками из свинца 
и кадмия; 7 —  аналого-цифровой преобразователь.
1.20
1.18
1.16
1.14
1.12
1.10
1.08
0
10
20
30
40
50
Êîîðäèíàòà, ìì
Àïð/Àëåâ
Рис. 4. Отношение средней амплитуды (пиковое 
значение) сигнала, полученного от правого кремниевого фотоумножителя Aпр, к сигналу от левого Aлев 
в точке за 1000 событий детектирования нейтронов: 
точки —  экспериментальные данные, линия —  аппроксимация.

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 8     2024
РАЗРАБОТКА ЛИНЕЙНОГО ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО
7
ей (рис. 6а). В общем виде, затухание фотонов 
в объеме световода описывается законом Бугера–
Ламберта–Бера:
 
I
I
=
0 exp(–kl), 
 (1)
где I —  интенсивность света, прошедшего слой 
вещества толщиной l; I0 —  интенсивность света 
на входе в вещество; k —  показатель поглощения, 
соответствующий длине волны излучения [25]. Из 
формулы следует, что затухание света в веществе 
происходит по экспоненциальному закону и не 
учитывает отражения от стенок световода. Линейная форма зависимости, полученной из экспериментальных данных, позволяет сделать вывод, 
что на данной длине световода затухание фотонов 
происходит слабо, и позволяет предположить, что 
возможно увеличить длину детектора без сильной 
потери интенсивности. На рис. 6б показано отношение амплитуд кремниевых фотоумножителей.
Оценку разрешения детектора основывали 
на расчете абсолютной ошибки определения амK1
A1
U1
51
100
10
–8
10
–8
10
–8
10
–9
3 u 10
–10
2 u 10
3
5 u 10
3
5 u 10
4
10
+6 Â
–6 Â
Âûõîäíîé
ñèãíàë
+Âûñîêîå
íàïðÿæåíèå
Рис. 5. Схема цепи предусилителя. Цифрами у каждого элемента даны сопротивление в Ом или емкость в Ф (для резисторов и конденсаторов соответственно).
1980
1970
1960
1950
1940
1930
0
10
20
30
40
50
Êîîðäèíàòà, ìì
Aïð, îòí. åä.
1.12
1.11
1.10
1.09
1.08
1.07
1.06
1.05
0
10
20
30
40
50
5
15
25
35
45
Êîîðäèíàòà, ìì
Aïð/Aëåâ
(a)
(б)
Рис. 6. Результаты измерений с помощью детектора с диффузионным отражателем: а —  средняя амплитуда сигнала 
от правого кремниевого фотоумножителя; б —  отношение амплитуды сигнала, полученного от правого кремниевого фотоумножителя Aпр, к сигналу от левого Aлев: точки —  экспериментальные данные, линия —  аппроксимация.

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 8     2024
ТРУНОВ и др.
8
плитуды сигнала и расчета ошибки определения 
координаты регистрации нейтрона от аппроксимирующей кривой для каждой точки по длине 
детектора. Среднее значение этой величины во 
всем диапазоне считали оценкой разрешения 
детектора. Пространственное разрешение изученного детектора с диффузионным отражателем 
составляет примерно 10 мм.
Также были проведены измерения детектора без 
диффузионного отражателя. Результаты измерения показаны на рис. 7. По результатам измерения 
видно, что такой детектор имеет большее затухание 
сигнала, и форма затухания сигнала приближается 
к экспоненциальной, однако имеет линейный характер вблизи правого кремниевого фотоумножителя. За счет большего затухания данный детектор 
имеет лучшее разрешение (примерно 5 мм).
ВЫВОДЫ
Из проведенных измерений можно сделать 
вывод, что возможно получать координату нейтрона на подобном типе детекторов, основанных 
на анализе амплитудной характеристики с двух 
кремниевых фотоумножителей, что в свою очередь позволяет создавать дешевые линейные 
ПЧД. Подобные ПЧД не позволяют получить 
высокое пространственное разрешение, но позволяют получать дополнительную информацию 
при проведении нейтронных экспериментов, 
например, информацию о текстуре образца.
Возможность получения координаты нейтрона в первую очередь зависит амплитудного 
разрешения 
кремниевого 
фотоумножителя 
и затухания фотонов в объеме световода. Пространственное разрешение детектора в нашем 
случае ограничено шириной детектора (5 мм) 
и сильно зависит от типа отражающей поверхности световода. Это позволяет сделать вывод, 
что 
подбором 
материалов, 
типа 
покрытия 
и геометрических размеров световода позволит 
варьировать параметры подобных детекторов. 
Минимальная возможная толщина световода 
в подобного типа детекторов ограничена размерами кремниевого фотоумножителя (1 мм) и является одним из ограничений пространственного 
разрешения детектора.
ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ
Результаты 
получены 
при 
финансовой 
поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (соглашение № 075-10-2021-115  
от 13 октября 2021 г., внутренний номер 
15.СИН.21.0021).
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют, что у них нет конфликта 
интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аксенов В.Л., Балагуров А.М., Козленко Д.П. // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2016. 
Т. 47. № 4. С. 1154.
2. Ковальчук М.В., Ильгисонис В.И., Штромбах Я.И., 
Курский А.С., Андреев Д.В. // Вопросы атомной 
науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2017. № 3. С. 4.
3. Сидоркин С.Ф., Коптелов Э.А. Нейтронный 
комплекс ИЯИ РАН: импульсный источник нейтронов: идеология, история создания, возможно2110
2100
2090
2080
2070
2060
0
10
20
30
40
50
Êîîðäèíàòà, ìì
Aïð, îòí. åä.
1.05
1.04
1.03
1.02
1.01
0
10
20
30
40
50
Êîîðäèíàòà, ìì
Aïð/Aëåâ
(а)
(б)
Рис. 7. Результаты измерений с помощью детектора без диффузионного отражателя: а —  средняя 
амплитуда сигнала от правого кремниевого фотоумножителя; б —  отношение амплитуды сигнала, 
полученного от правого кремниевого фотоумножителя Aпр, к сигналу от левого Aлев: точки —  экспериментальные данные, линия —  аппроксимация.

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 8     2024
РАЗРАБОТКА ЛИНЕЙНОГО ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО
9
сти развития. Препринт № 1280/2011. Москва: 
ИЯИ РАН, 2011. 35 с. ISBN978-5-94274-154-9
4. Ковальчук М.В., Смольский С.Л., Коноплев К.А. // 
Кристаллография. 2021. Т. 2. С. 184.
https://www.doi.org/10.31857/S0023476121020053
5. Ковальчук М.В., Тюрин Н.Е., Иванов С.В., Солдатов А.П. // Кристаллография. 2022. Т. 5. С. 795.
https://www.doi.org/10.31857/S0023476122050101
6. Кулевой Т.В. Компактный источник нейтронов 
DARIA. // Лазерные, плазменные исследования 
и технологии: Сборник научных трудов IX Международной конференции, Москва: Национальный исследовательский ядерный университет 
“МИФИ”, 2023. С. 276.
7. Shea D., Morgan D. The Helium-3 Shortage: 
Supply, Demand, and Options for Congress // 
Report for Congressional Research Service. 2010. 
https://sgp.fas.org/crs/misc/R41419.pdf
8. Кащук А.П., Левицкая О.В. // Журнал технической 
физики. 2020. Т. 90. № 5. С. 703.
https://www.doi.org/10.21883/JTF.2020.05.49168.85-19
9. Rhodes N. // Neutron News. 2006. V. 17. № 1. P. 16.
https://www.doi.org/17.16-18.00.1080/ 
10448630500517597
10. Cieślak M.J., Gamage K.A.A., Glover R. // Crystals. 
2019. V. 9. № 9. P. 480.
https://www.doi.org/10.3390/cryst9090480
11. Gnezdilov I.I., Dedenko G.L., Ibragimov R.F., 
Idalov V.A., Kadilin V.V., Kaplun A.A., Klemetiev A.V., 
Mukhin V.I., Taraskin A.A., Turin E.M., Zaripov R.N. // 
Physics Procedia. 2015. V. 74. P. 199.
https://www.doi.org/10.1016/j.phpro.2015.09.192
12. Бушама Л., Громушкин Д.М., Дмитриева А.Н. // 
Ученые записки физического факультета Московского университета. 2018. № 4. С. 1840202.
13. Pino F., Stevanato L., Cester D., Nebbia G. // 
J. Instrumentation. 2015. V. 10.
https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/10/08/
T08005
14. Saint-Gobain Bicron fiber (2023) France. https://
ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/phys/
particle-physics/precisionphysicsatlowenergy-dam/
TeachingContent/ASL/bicronfiber.pdf 
Cited 
25 
September 2023.
15. Трунов Д.Н., Марин В.Н., Садыков Р.А., Алтынбаев Е.В., Глушкова Т.И. // Поверхность. Рентген., 
синхротрон. и нейтрон. исслед. 2023. № 4. С. 71. 
https://www.doi.org/10.31857/S1028096023040209
16. Cates J.W., Steele J., Balajthy J., Negut V., Hausladen P., 
Ziock K. // Sensors. 2022. V. 22. P. 3553.
https://www.doi.org/10.3390/s22093553
17. SIPM vs PMT (2021) The University of Chicago, USA. 
https://voices.uchicago.edu/ucflow/2021/11/22/
sipm-vs-pmt-a-photon-finish/ Cited 13 June 2023
18. Марин 
В.Н., 
Садыков 
Р.А., 
Трунов 
Д.Н., 
Литвин В.С., Аксенов С.Н., Столяров А.А. // Письма в Журнал технической физики. 2015. Т. 41. 
№ 18. С. 96.
19. Nakamura T., Toh K., Kawasaki T., Ebine M., 
Birumachi A., Sakasai K., Soyama K. // Nucl. Instrum. 
Methods Phys. Res. A. 2015. V. 784. P. 202.
https://www.doi.org/10.1016/j.nima.2014.12.035
20. Morozov A., Sena M.J., Margato L., Roulier D., 
Solovov, V. // J. Instrumentation. 2019. V. 14. № 3.
https://www.doi.org/10.48550/arXiv.1902.04513
21. Abreu Y., Amhis Y., Ban G., Beaumont W., Binet S., 
Bongrand M., Boursette D., Castle B.C., Chanal H., 
Clark K., Coupé B., Crochet P., Cussans D., de Roeck A., 
Durand D., Fallot M., Ghys L., Giot L., Graves K., 
Guillon B., Henaff D., Hosseini B., Ihantola S., 
Jenzer S., Kalcheva S. et al // J. Instrumentation.2019. 
V. 14. № 11. P. 11003.
https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/14/11/
P11003
22. Кащук А.П., Левицкая О.В. // Журнал технической 
физики. 2020. Т. 90. № 4. С. 519.
https://www.doi.org/10.21883/JTF.2020.04.49074.84-19
23. Tian Y., Fu Y., Li Y., Li Y., Development of a 3-D 
Position Sensitive Neutron Detector Based on Organic 
Scintillators with Double Side SiPM Readout. // 
IEEE Nuclear Science Symposium and Medical 
Imaging Conference (NSS/MIC). 2017. P. 1.
https://www.doi.org/10.1109/NSSMIC.2017.8532612
24. Марин В.Н., Садыков Р.А., Трунов Д.Н. Литвин В.С., 
Аксенов С.Н. // Приборы и техника эксперимента. 
2018. № 1. С. 5.
https://www.doi.org/10.7868/S003281621801007X
25. Иванов Д.Ю., Васильева Л.И. Дисперсия, поглощение света и молекулярная рефракция: учебное 
пособие. / Ред. Федоров Д.Л. Санкт-Петербург: 
БГТУ “Военмех” им. Д.Ф. Устинова, 2018. 24 с.