Проблема детектирования нейтронов заключается в том, что они не обладают электрическим зарядом и не оставляют после себя треков из ионизированных и возбуждённых частиц, появление которых вызывает срабатывание большинства детекторов частиц. Для детектирования незаряженных нейтронов используются ядерные реакции, производимые ими в веществе детектора. В результате ядерных реакций образуются радиоактивные изотопы, которые испускают либо заряженные частицы, регистрируемые изложенным выше способом, либо гамма-кванты, которые могут производить как заряженные частицы, так и световые вспышки. Для регистрации последних используются несколько типов светочувствительных детекторов. Вещество, ядра которого при взаимодействии с нейтронами порождают заряженные частицы или γ-кванты, называется радиатор (конвертер), .

Нейтроны чаще всего регистрируются с помощью «борных» счетчиков, заполняемых газообразным фторидом бора, вероятность взаимодействия нейтронов с которым оценивается т.н. сечением реакции, имеющим порядок 10^-19 см²(или 10⁵ барн). Как видно сечение имеет размерность плошади. В результате реакции образуются альфа-частицы и изотоп лития. Альфа-частицы, ионизируя газ, дают в конечном итоге импульсы напряжения, которые и регистрируются. Количество импульсов напряжения равно количеству образовавшихся альфа-частиц и бомбардирующих нейтронов.

Общей особенностью методов регистрации нейтронов является формирование и регистрация электрического импульса в непосредственной близости от точки ядерного взаимодействия и рождения первичной заряженной частицы (в борном счетчике – альфа-частицы). Такое соседство упрощает процесс регистрации, а иногда позволяет измерить спектр бомбардирующих нейтронов, однако может, как говорят физики «существенно увеличить фон» при измерениях. Дело в том, что электрические импульсы в счетчике могут быть сформированы посторонними заряженными частицами и гамма-квантами, не имеющими никакого отношения к интересующим ядерным реакциям. Их источником может оказаться активная зона ядерных реакторов, работа других установок, находящихся поблизости, а также космические лучи. Тем не менее, такие события будут зарегистрированы «на равных правах» с истинными. Нетрудно понять, что указанный способ регистрации может исказить результаты измерений как в случаях высоких нейтронных потоков (в ядерных реакторах и установках), так и вслучае предельно низких потоков, когда становится существенным фон от космических лучей.

В борном счетчике используются следующая реакция:

При энергии нейтронов до 10 кэВ эта реакция с вероятностью ~7% приводит к основному состоянию Li и с вероятностью ~93% - к первому возбужденному с энергией возбуждения 0,48 МэВ. Сечение этой реакции уменьшается с увеличением энергии Е_n нейтронов по закону (Е_n)^-1/2 (рис.1).

 

Счётные устройства обычно представляют собой пропорциональные счётчики, наполненные смесью ВF₃ и аргона; применяют также покрытие стенок камеры или счётчика веществами, содержащими бор (бура, карбид бора). Эффективность таких счётчиков достигает нескольких процентов.

Нужно отметить, что, применяя люминесцирующие вещества, можно изготовить счётчик с эффективностью, близкой к 100%. При этом, наряду с использованием люминесцирующих борных соединений, возможно применение такого соединения бора, которое, будучи введено в люминесцирующую среду, не вызывало бы гашения люминесценции. Оказывается, что такому требованию удовлетворяет ряд сложных эфиров: метиловый, этиловый, пропиловый и т. д., борат, добавленный к обычному люминесцирующему раствору фенилциклогексана, трифенила, дифенилгексатриена. Добавление боратов к этим растворам сказывается лишь в уменьшении величины импульса от люминесценции, вызываемой частицей. Это происходит пропорционально разбавлению раствора, но величина импульса может быть восстановлена добавлением трифенила.

Детектирующее устройство обычно состоит из фотоумножителя, освещаемого люминесцирующим веществом.

Повышение эффективности обычных борных счётчиков ограничено малой толщиной борных покрытий стенок (0,1 мм из-за малого пробега α-частиц) и недостаточной плотностью газа ВF₃, наполняющего счётчик. Так как указанные люминесцирующие жидкости прозрачны для своего излучения и обладают достаточной плотностью, то эти ограничения отпадают.

Пропорциональные счетчики используются для регистрации альфа-, бета-частиц, протонов, гамма-квантов и нейтронов.

При регистрации нейтронов пропорциональные счетчики заполняются газами ³He или ¹⁰BF₃. Используются реакции

n + ³He → ³H + ¹H + 0.764 МэВ

Нейтроны регистрируются с помощью заряженных частиц, возникающих в результате этих реакций и вызывающих ионизацию в счетчике.