Master's Thesis

Study of the properties of proportional detectors of ionizing radiation

Final Thesis 32.44 MB

Author of thesis: Ing. Michal Musil

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Reviewer: Ing. Aleš Horna

Abstract:

This master's thesis focuses on studying the properties of neutron proportional detectors. After a brief introduction to ionizing radiation, the theoretical part discusses the principles of neutron detection and compares individual detector types. Furthermore, it outlines the methods used for processing their output signals. The practical part focuses on the development of algorithms for data analysis. A key aspect is the separation of neutron and gamma-ray events using pulse shape discrimination. An integral component is the energy calibration of hydrogen detectors utilizing provided MCNP simulation results. The practical part concludes with an evaluation of the detector responses to various types of radiation and subsequently proposes their application in the ionizing radiation laboratory at FEEC.

Keywords:

Neutron detection, hydrogen proportional detector, 3-He detectors, pulse shape discrimination, energy calibration

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s výsledky své diplomové práce. Vedoucí práce prof. Katovský seznámil komisi s posudkem vedoucího práce a posudkem oponenta. Studentem byly následně odpovězeny otázky oponenta práce. Rozpravu zahájil předseda komise prof. Katovský. Doplňující otázky položil doktor Fišera. Student plynule odpověděl na předložené dotazy.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Nuclear Power Engineering (MPC-JAE)

Composition of Committee

prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D. (předseda)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Zácha, Ph.D. (člen)
Ing. Ota Fišera, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Diplomant Michal Musil vypracoval svoji diplomovou práci na téma vodíkových proporcionálních detektorů, kterým se věnoval pod vedením konzultanta Ing. Aleše Jančáře z VF, a.s.

Student  zpracoval problematiku detekce neutronů a doplnil ji vysvětlením metod, používaných k matematickému zpracování naměřených dat. Následně provedl měření s vodíkovými detektory a srovnal je s detektory heliovými. Detailně se věnoval kalibraci detektorů a tvarové diskriminaci. Práci doplnil 30 stranami příloh zejména výpisem skriptů, které v rámci své práce vyvinul. Navrhuje také další postup při výzkumu těchto detektorů včetně jejich možného využití v rámci výuky a výzkumu na naší fakultě. Proporcionální detektory přestaly být neprávem používány v praxi i výzkumu a student svoji diplomovou prací připravil možnost jejich efektivního nasazení.

Práce je zpracována pečlivě, obsahuje množství grafů s vysokou vypovídací schopností, rovnice, fotografie z experimentů atp. Jazyk je kultivovaný, technický, někdy obsahuje výrazy odborného žargonu či hovorové novotvary, chyby či překlepy jsou řídké. Popis některých výsledků je poněkud románový, ale čtivý a srozumitelný. Někdy jsou smíchány termíny chyba, nejistota či odchylka. Osobně mám ve formální oblasti největší problém se studentovým zápisem referencí v textu, nicméně jsem se s tím smířil v kontextu množství zdrojů, které student opravdu nastudoval a ve své odborné práci (tedy nejen textu) použil.

Přikládám stručné vyjádření konzultanta z praxe: „Michal Musil byl velmi aktivní student. Měření jsme obecně zvládali více než bylo plánováno, a to se pozitivně odrazilo na jeho práci. Hlavním výstupem byl algoritmus napsaný v programu MATLAB zpracovávající data z převodníku Agilent. Stihli jsme proměřit více detektorů než bylo původně v plánu. Výstupy práce byly dle očekávání. Samozřejmě, že nešlo vše hned na poprvé, ale diplomant to postupně vyladil. Z pohledu konzultanta i firmy je to hezká práce.“ Ing. Aleš Jančář, Ph.D.

Student bezesporu splnil zadání práce a zpracoval nové a přínosné téma. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A, 93 bodů. Points proposed by supervisor: 93

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Aleš Horna

Práce se zabývá vlastnostmi proporcionálních detektorů, po úvodu do
problematiky ionizujícího záření a detekce neutronů podává informace o metodách
pro analýzu signálů z detektorů a seznamuje čtenáře s konkrétními zvolenými
postupy a algoritmy. Poté prezentuje výsledky praktických měření s detektory
plněnými vodíkem a heliem-3. Vyobrazena jsou jak energetická spektra, tak
diagramy pro diskriminaci (PSD)neutron/gama a provedena přibližná energetická
kalibrace. Nakonec jsou navržena možná použití detektorů v laboratoři
ionizujícího záření.

Oceňuji vytvoření postupu pro energetickou kalibraci za použití neutronového
spektra bez zjevných maxim či minim, s využitím simulované odezvy. V případě
integrální metody pro vyhodnocení deponované energie je třeba poznamenat, že
této standardně odpovídá již amplituda pulsu z nábojově citlivého předzesilovače, tedy spolehlivost tohoto postupu může být omezena. Kladně hodnotím podepření tvarové diskriminace měřeními v různých polích (gama / gama + neutrony). U detektorů s obsahem 3He je správně upozorněno přítomnost kontinua v nižších energiích, které komplikuje diskriminaci vůči odraženým protonům. Výrazný pík reakce na 3He mohl být využit k posouzení energetického rozlišení, případně změn plynového zesílení.

Po formální stránce je práce na dobré úrovni a považuji ji celkově za
zdařilou. Topics for thesis defence:
  1. Reakce tepelných neutronů s 3He uvolňuje kromě protonu také triton, dalo by se této skutečnosti využít k lepší diskriminaci vůči odraženým protonům?
  2. Předpokládál byste aplikovatelnost Savitzky-Golayova filtru na průběhy impulsů při měření zpracovávaném v reálném čase?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová