Rivelatore a film sottile superconduttore per neutroni termici

A new system for the detection of thermal neutrons is proposed, composed by a supeconductor- Boron (either natural or 10B isotope) multilayer deposited on a Silicon-Silicon Oxide substrate. Thermal neutrons are absorbed in Boron through a capture nuclear reaction which generates charged products; the latter, via energy loss by ionization, cause a voltage drop in the current-polarized superconducting thin film, thus allowing the indirect recording of the neutron event. To allow for proper detection, it is of paramount importance that the multilayer is in the shape of a long narrow strip, with in-plane typical dimensions: length L=1 mm or longer, width w=10 to 20 micrometers; the thickness can be chosen at will, limited by the capability of growing thin films with good properties in terms of homogeneity and adhesion. Here a total thickness of 0.6 to 1.0 micrometers (0.15 to 0.3 for the superconducting film, 0.45 to 0.7 micrometers for Boron) is proposed. It is well worth noticing that the reduced lateral dimension, important for a good overall efficiency of the detection process, is a further bonus since it allows a high spatial resolution. Furthermore, starting from this basic configuration, planar comb-like or mesh geometries can be conceived, possibly with overlapping layers.

Si propone lo schema di principio per la realizzazione di un sistema di rivelazione di neutroni termici costituito da un multistrato superconduttore-Boro (in composizione naturale o isotopica 10B) depositato su substrato di Silicio-Ossido di Silicio. I neutroni termici vengono assorbiti nel Boro attraverso una reazione nucleare (cattura) che genera come prodotti particelle cariche; queste perdendo energia per ionizzazione generano un impulso di tensione nel film sottile superconduttore polarizzato in corrente permettendo quindi la rivelazione indiretta del passaggio dei neutroni. Per la rivelazione è essenziale che il multistrato abbia una forma di rettangolo lungo e stretto, con dimensioni tipiche: lunghezza L= 1 mm, larghezza W= 10-20 micrometri; lo spessore puo’ essere scelto grande a piacere, compatibilmente con le difficoltà di depositare film sottili con buone caratteristiche di omogeneità ed aderenza. Qui si propone uno spessore totale tra 0.6-1.0 micrometri (0.15-0.3 micrometri per il superconduttore, 0.45-0.7 micrometri per il Boro). E’ importante notare che la ridotta dimensione trasversale, essenziale per una buona efficienza di rivelazione dei prodotti carichi, costituisce un ulteriore merito della configurazione poiché permette una elevata risoluzione spaziale. Inoltre, a partire da questa configurazione si possono concepire geometrie planari a pettine e a maglia, anche a strati eventualmente sovrapposti.