Сцинтилляционный счетчик

 

Изобретение относится к средствам регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано для регистрации излучения с высокой эффективностью. Цель изобретения - повышение эффективности регистрации ионизирующего излучения путем повышения светосбора. Сцинтилляционный счетчик содержит радиатор в форме прямоугольного параллелепипеда, основание которого контактирует с ФЗУ, а в тело радиатора введены плоские светоотражатели, которые расположены под острыми углами друг к другу и прилегающей боковой грани, причем основание раствора образующихся двугранных углов ориентирован к ФЗУ. Площадь проекции светоотражателей на основание не превышает 1/10 площади основания, а на боковую грань - площади этой грани, средняя же величина двугранного угла между смежными светоотражателями не превышает Π/2K , где K - число отражателей у одной грани. Светоотражатели могут размещаться вдоль одной, двух, трех или четырех граней. По отношению к падающему излучению светоотражатели должны быть ориентированы под углом более 10°, что обеспечивает усиление положительного эффекта. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к средствам регистрации ионизирующего излучения, а именно сцинтилляционным счетчикам, и может быть использовано при проведении научных исследований процессов взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Цель изобретения - повышение эффективности регистрации ионизирующего излучения путем повышения коэффициента светосбора. На фиг.1,2 и 3 изображены варианты радиаторов сцинтилляционного счетчика с плоскими отражателями в его теле. Радиатор имеет форму прямоугольного параллелепипеда, основание 1 которого имеет оптический контакт с фотоумножителем непосредственно или через световод, а боковая грань 2 обычно ориентируется перпендикулярно направлению 3 потока ионизирующего излучения. Вдоль боковой грани 2 (одной, двух, трех или четырех) в теле радиатора размещены группы плоских светоотражателей 4. Двугранные углы 5 между смежными плоскими светоотражателями 4, расположенными вдоль боковой грани 2, а также двугранные углы, образуемые плоскими светоотражателями 4 и самой боковой гранью 2 радиатора, ориентированы основаниями своих растворов в сторону основания 1, являются острыми и их средняя величина не превышает - . Глубина погружения плоских светоотражателей 4 в тело радиатора подлежит расчету для каждого конкретного радиатора, должна быть по возможности минимальной и не должна превышать величины, определяемой из условия: площадь проекции плоских светоотражателей 4 на основание 1 радиатора не должна превышать 1/10 площади основания 1 радиатора. Площадь проекции плоских светоотражателей 4 на боковую грань 2 радиатора не должна превышать площади этой грани как в случае размещения плоских светоотражателей вдоль одной боковой грани 2, так и в случае размещения плоских светоотражателей 4 вдоль двух взаимно параллельных боковых граней 2 радиатора. Усиление положительного эффекта обеспечивается наклоном плоскостей плоских светоотражателей 4 относительно направления потока 3 ионизирующего излучения 4 на угол более 10^о. В твердом радиаторе, выполненном из сцинтиллирующей пластмассы, плоские светоотражатели 4 выполняются в виде щелевых прорезей с полированными поверхностями. Они работают на принципе полного внутреннего отражения. В жидкостном радиаторе плоские светоотражатели 4 выполняются в виде перегородок из светоотражающей пленки, например майлара. В обоих случаях (твердый или жидкий радиатор) плоские светоотражатели 4 должны иметь минимальную по технологическим возможностям толщину с тем, чтобы не уменьшить существенно рабочий объем радиатора. Сцинтилляционный счетчик работает следующим образом. При прохождении ионизирующего излучения через сцинтиллирующее вещество тело радиатора возникают сцинтилляции - световые вспышки. Свет от каждой сцинтилляции изотропен. Часть светового потока достигла основания 1 радиатора и попадает в фотоэлектронный умножитель и в итоге вырабатывается электрический сигнал, момент времени появления которого, а также амплитуда являются исходной информацией о регистрации излучения сцинтилляционным счетчиком. Свет от сцинтилляции достигает фотоумножителя по разным путям. Один из подпотоков, ориентированный на основание 1 радиатора, идет по самому короткому пути и испытывает наименьшие потери от поглощения и отражения от основания 1 радиатора. Другие подпотоки попадают на основание 1 радиатора после последовательности отражений на внутренней поверхности радиатора. Их путь длиннее и потери от поглощения в них значительнее. Третьи подпотоки имеют настолько длинный путь, что полностью поглощаются в радиаторе, а четвертые подпотоки из-за полного внутреннего отражения не имеют выхода из радиатора. Подпотоки от точки сцинтилляции, ориентированные на боковые грани 2 радиатора, встречают на своем пути плоские светоотражатели 4 и после отражения попадают на другие плоские светоотражатели 4, наклоненные на небольшой угол относительно предыдущих плоских светоотражателей 4 (одна или несколько долей прямого угла) или боковую грань 2, а в итоге эти подпотоки изменяют свою ориентацию и после ряда отражений попадают на основание 1 радиатора, находящееся в оптическом контакте с фотоэлектронным умножителем. Два последовательных отражения от двух наклоненных друг к другу плоских светоотражателей 4 изменяют направление потока на угол, равный удвоенной величине угла между этими светоотражателями. Луч света, входящий в клиновидный отсек, образованный двумя плоскими светоотражателями 4, после ряда отражений выходит из этого отсека. Плоские светоотражатели 4 в теле радиатора с формой прямоугольного параллелепипеда образуют клиновидные отсеки, ориентированные основаниями растворов в сторону основания 1 радиатора, находящегося в оптическом контакте с фотоэлектронным умножителем. Таким образом, попадающий в эти клиновидные отсеки свет отбрасывается на основание 1 радиатора. Плоские светоотражатели 4 в теле радиатора исключают возможность свету испытывать последовательность отражений между двумя взаимно параллельными боковыми гранями 2 радиатора, при которых сохраняется ориентация направления потока света, но для этого одна боковая грань 2 должна быть экранирована плоскими светоотражателями 4 от другой, взаимно параллельной, что и достигается при условии, что площадь проекции плоских светоотражателей 4 на боковую грань 2 не должна превышать площади этой боковой грани 2. Увеличение площади проекции плоских светоотражателей 4 на боковую грань 2 сверх площади этой боковой грани 2 не приводит к росту положительного эффекта. Введение плоских светоотражателей 4 в тело радиатора наряду с положительным эффектом (переориентация части направленных на боковые грани 2 подпотоков света в сторону основания 1 радиатора, оптически контактирующего с фотоумножителем) имеет и отрицательный эффект, т.е. сужает световой канал радиатора. В связи с этим возникает условие на ограничение глубины погружения плоских отражателей в тело радиатора. Площадь проекции плоских светоотражателей 4 на основание 1 радиатора не должна превышать 1/10 доли площади основания 1 радиатора. Это условие вытекает из сопоставления величины положительного эффекта от плоских светоотражателей 4 (увеличение коэффициента светосбора на 25-30%) с отрицательным (снижение на 10%), при которых введение плоских светоотражателей 4 приводит в конечном итоге к положительному эффекту. Введение плоских светоотражателей 4 в тело радиатора может привести к снижению эффективности регистрации в случае, когда ионизирующее излучение будет ориентировано в плоскости плоского светоотражателя 4, так как сцинтилляции при этом не происходит. Поскольку ионизирующее излучение обычно носит направленный характер, то ориентация плоских светоотражателей 4 под углом к направлению 3 потока ионизирующего излучения устраняет возможный отрицательный эффект. При угле в 10^о и более между направлением потока ионизирующего излучения и плоскостью плоского светоотражателя 4 участок траектории излучения частицы в полости плоского светоотражателя 4 пренебрежимо мал по сравнению с участком траектории в сцинтиллиртующем веществе радиатора. Плоские светоотражатели 4 могут быть введены в тело радиатора с одной, двух, трех или всех четырех боковых граней 2. Разнесение группы плоских светоотражателей 4, необходимых для взаимной экранировки двух взаимно параллельных боковых граней 2, с одной на две целесообразно по технологическим соображениям: увеличивается шаг между плоскими светоотражателями 4 вдоль одной боковой грани 2 при сохранении площади их проекции на эту боковую грань 2. Переориентация посредством плоских светоотражателей 4 части световой энергии от сцинтилляции, излученной в сторону боковых граней 2 радиатора, на основание 1 радиатора, оптически контактирующее с фотоэлектронным умножителем, увеличивает световыход сцинтилляции на фотоумножитель и повышает коэффициент светосбора сцинтилляционного счетчика, что приводит к повышению эффективности регистрации ионизирующего излучения. Сущность изобретения заключается в повышении эффективности регистрации ионизирующего излучения путем увеличения коэффициента светосбора за счет изменения пути подпотоков световой энергии сцинтилляции, ориентированной при излучении в сторону боковых граней 2 радиатора посредством групп плоских светоотражателей 4, введенных в тело радиатора со стороны этих боковых граней 2 и расположенных с условием образования клиновидных отсеков около этих боковых граней 2, ориентированных основаниями своих растворов в сторону основания 1 радиатора, находящегося в оптическом контакте с фотоэлектронным умножителем, для чего расположение плоских светоотражателей 4 и их число должно удовлетворять следующим условиям: площадь проекции плоских светоотражателей 4, размещенных вдоль одной или двух взаимно параллельных боковых граней 2 радиатора, не должна превышать площади самой боковой грани 2; площадь проекции плоских светоотражателей 4 на основание 1 радиатора не должна превышать 1/10 доли от площади основания 1 радиатора; средняя величина двугранного угла между смежными плоскими светоотражателями 4, размещенными вдоль одной боковой грани 2 радиатора, не должна превышать - , где К - число плоских светоотражателей 4, размещенных вдоль этой боковой грани 2 радиатора; плоскости плоских светоотражателей 4 должны иметь наклон по отношению к направлению 3 потока ионизирующего излучения на радиатор на угол, равный или превышающий 10^о. Преимущество предлагаемого сцинтилляционного счетчика заключается в том, что в нем при сохранении внешней формы - прямоугольного параллелепипеда благодаря введению в его тело плоских светоотражателей 4 создаются более благоприятные условия для вывода света в фотоэлектронный умножитель, подобные тем, которые имеют место в радиаторах пирамидальной формы, что приводит к повышению светосбора и в конечном итоге к повышению эффективности регистрации ионизирующего излучения. (56) Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. Издательство МГУ, 1963. Медведев М.Н. Сцинтилляционные детекторы, - М.: Атомиздат, 1977. Цирлин Ю.А. Светособирание в сцинтилляционных счетчиках, - М.: Атомиздат, 1975, с.155.

Формула изобретения

1. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК, содержащий радиатор в форме прямоугольного параллелепипеда, одна из граней которого - основание - находится в оптическом контакте с фотоэлектронным умножителем, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регистрации ионизирующего излучения путем повышения коэффициента светосбора, в тело радиатора со стороны боковой грани введены плоские светоотражатели, размещенные в теле радиатора под острыми углами друг к другу и прилегающей боковой грани с ориентацией основания раствора двугранных углов между смежными отражателями и между отражателями и прилегающей боковой гранью в сторону основания радиатора, оптически контактирующего с фотоэлектронным умножителем, причем площадь проекции отражателей на основании радиатора не превышает 1/10 площади основания, площадь проекции отражателей на боковую грань не превышает площади боковой грани, а средняя величина двугранного угла между смежными отражателями, распределенными вдоль одной боковой грани, не превышает π / 2K , где K - число светоотражателей. 2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что отражатели размещены со стороны двух, трех или четырех боковых граней. 3. Счетчик по пп.1 и 2, отличающийся тем, что отражатели ориентированы под углом более 10^o к направлению падения ионизирующего излучения на боковую грань радиатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3