Комбинированный детектор ионизирующих излучений

 

Изобретение относится к приборам для регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для рентгеновской томографии. Целью изобретения является достижение заданного хода жесткости детектора в энергетическом диапазоне 0,01 - 1 МэВ и повышение его чувствительности. Поставленная цель достигается использованием в комбинированном детекторе в качестве первого сцинтиллятора полупроводникового сцинтиллятора ZnSe(Te) или CdS(Te), а в качестве второго сцинтиллятора оксидного сцинтиллятора BGO или CWO, причем спектр возбуждения люминисценции первого сцинтиллятора имеет максимум в области спектра излучения второго сцинтиллятора. Данное изобретение позволяет получить детектор с заданным ходом жесткости и повышенной в 2 - 3 раза, по сравнению с исходными материалами, чувствительностью. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для компьютерной рентгеновской томографии, рентгенографии, радиометрии, дозиметрии. Целью данного изобретения является достижение заданного хода жесткости детектора в широком энергетическом диапазоне (0,01-1) МэВ и повышение чувствительности. Отличие предлагаемого решения перед известным заключается в том, что в комбинированном детекторе используют полупроводниковый сцинтиллятор (ZnSe(Te), CdS(Te) в сочетании с оксидным сцинтиллятором (BGO, CWO), причем спектр возбуждения люминесценции первого сцинтиллятора имеет максимум в области спектра излучения второго. Благодаря соотношению плотности, коэффициента преломления, спектров люминесценции и фотовозбуждения для первого и второго сцинтилляторов комбинированного детектора повышается в 2-3 раза его чувствительность и обеспечивается требуемый ход жесткости в широком (0,01-1 мМэВ) энергетическом диапазоне. На фиг. 1 представлен предлагаемый детектор; на фиг. 2 - спектры излучения сцинтилляторов; на фиг. 3, 4, 5 - примеры материалов сцинтилляторов в зависимости от необходимого хода жесткости. Детектор состоит из первого сцинтиллятора 1, второго сцинтиллятора 2, фотоприемника 3, соединенных между собой оптическим контактом (иммерсионная жидкость, оптический клей). Первый сцинтиллятор 1 выполнен из материала с относительно низкой плотностью, атомным номером, высоким коэффициентом преломления. В качестве первого сцинтиллятора могут быть использованы кристаллы соединений A^IIB^VI или A^IIIB^V. Второй сцинтиллятор 2 выполнен из материала с относительно высокой плотностью, атомным номером, низким коэффициентом преломления. В качестве второго сцинтиллятора 2 могут быть использованы оксидные сцинтилляторы типа CWO, BGO. Фотоны оптического излучения через оптический контакт попадают на фотоприемник 3. В качестве фотоприемника может использоваться фотодиод, ФЭУ или гетероструктура, нанесенная на поверхность сцинтиллятора. Фотоны электромагнитного излучения попадают на первый сцинтиллятор и частично (около 50% ) поглощаются в нем. Фотоны оптического излучения первого сцинтиллятора проникают через прозрачный в указанном оптическом диапазоне второй сцинтиллятор и попадают на фотоприемник. Оставшаяся непоглощенной в первом сцинтилляторе часть фотонов электромагнитного излучения почти полностью (80-100% ) поглощается во втором сцинтилляторе. Половина фотонов оптического излучения второго сцинтиллятора попадает на фотоприемник, а другая часть - в первый сцинтиллятор, возбуждая в нем фотоны оптического излучения с меньшей энергией. Особенностью процесса является высокий коэффициент преобразования (0,8-0,9) светового потока первого сцинтиллятора во втором и практическое отсутствие потерь в оптическом тракте. Повышение эффективности детектора составляет 50-70% . Были изготовлены и опробованы комбинированные детекторы с различными вариациями кристаллов: ZnSe(Te) - в качестве первого сцинтиллятора, CWO - в качестве второго; CdS(Te) - в качестве первого сцинтиллятора, BGO - в качестве второго; CdS(Te) - в качестве первого сцинтиллятора, CWO - в качестве второго. Наблюдается повышение рентгеночувствительности детекторов, обусловленное увеличением светового сигнала, поступающего на фотодиод за счет высокого коэффициента преобразования (0,8-0,9) светового потока первого сцинтиллятора во втором и практическое отсутствие потерь в оптическом тракте. Второй сцинтиллятор является прозрачным для фотонов излучения первого сцинтиллятора, что иллюстрируется фиг. 2, на которой представлены спектры излучения сцинтилляторов: кривая 4 - CsJ(Te), кривая 5 - CWO, кривая 6 - BGO, кривая 7 - ZnSe(Te), кривая 8 - CdS(Te), и кривые пропускания; кривая 9 - CsI(Te), кривая 10 - BGO, кривая 11 - CWO, кривая 12 - ZnSe(Te). Использование различных пар сцинтилляторов позволило получить детекторы со сдвинутым положением максимума хода жесткости. На фиг. 3 приведен пример комбинированного детектора на основе CdS(Te)-CWO с максимумом в области 100-120 КэВ. Фиг. 4 иллюстрирует возможность получения хода с жесткостью, при котором наблюдается максимум в области 250 КэВ с последующим плато в широком диапазоне энергий 0,3-1 МэВ (для комбинированных детекторов на основе селенида цинка, активированного теллуром, с фильтром). Одной из прикладных задач является получение детектора с ходом жесткости, аналогичным имеющемуся для рентгеновской пленки. На фиг. 5 представлен график зависимости рентгеночувствительности пленки РГ-5 (кривая 13), имеющей три характерных области. Первая - крутое нарастание рентгеночувствительности пленки (область 0-50 КэВ), вторая - резкий спад (55-100 КэВ) и третья - плавный спад до 240 КэВ. На кривой 14 (фиг. 5) показана зависимость рентгеночувствительности комбинированного детектора, составленного из двух сцинтилляторов с существенно отличающимися атомными номерами и плотностью. В качестве первого сцинтиллятора, расположенного во входной плоскости детектора использован сцинтиллятор из селенида цинка ( ρ = 5,42 г/см³, Z = 32,3), в качестве второго сцинтиллятора, расположенного в выходной плоскости детектора, использован вольфрамат кадмия ( ρ = 7,9 г/см³, Z = 61,2). Анализ хода кривых 13 и 14 показывает, что различия между двумя кривыми составляют 4,5% в диапазоне энергий 17,7-150 КэВ, 7-10% при энергии 200-240 КэВ, максимальное различие наблюдается в области К-скачка поглощения вольфрама при энергии 69,525 КэВ и составляет около 11% . Таким образом, удалось получить комбинированный детектор с ходом жесткости, аналогичным имеющемуся для рентгеновской пленки. Кристаллы селенида цинка обладают очень высокой оптической плотностью, малым (23^о) углом полного внутреннего отражения, и поэтому световой поток на выходе не превышает 30% общего светового потока. Использование оптически согласующегося сцинтиллятора из материала с меньшим коэффициентом преломления позволяет увеличить световой поток выходной плоскости до значения близкого к 100% . Таким образом, изобретение позволяет получить детектор с заданным ходом жесткости и повышенной в 2-3 раза по сравнению с исходными материалами чувствительностью, что не достигается известными техническими решениями. (56) Заявка Франции N 2393324, кл. G 01 T 1/20, 1978. Патент ЕПВ N 0212836, кл. G 01 T 1/20, 1985.

Формула изобретения

1. КОМБИНИРОВАННЫЙ ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащий два сцинтиллятора, причем во входной плоскости детектора размещен первый сцинтиллятор с малым атомным номером и высоким световыходом, а в выходной плоскости детектора размещен второй сцинтиллятор с большим атомным номером и низким световыходом, отличающийся тем, что, с целью достижения заданного хода жесткости детектора в энергетическом диапазоне (0,01 - 1) МэВ и повышения чувствительности, в качестве первого сцинтиллятора использован полупроводниковый сцинтиллятор типа A^II - B^VI, а в качестве второго - оксидный сцинтиллятор, причем спектр возбуждения люминесценции первого сцинтиллятора имеет максимум в области спектра излучения второго сцинтиллятора. 2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковых сцинтилляторов использованы кристаллы ZnSe(Te), СdS(Te), а в качестве оксидных - кристаллы сцинтилляторов Bi₄Ce₃O₁₂, CdWO₄, ZnWO₄, Cd₂SiO₅.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---