Детектор излучения

 

Использование: детектор излучения для элементарных частиц. Сущность изобретения: детектор излучения содержит входной экран с фотокатодом, электронно-оптическую систему и выходной экран, который служит входом в детектор фотоэлектронов. За счет, формы поверхности фотокатода и геометрии и распределения потенциалов электродов электронно-оптической системы трубка усиления рентгеновских изображений оптимизирована для уменьшения разброса времени пролета фотоэлектронов от поверхности фотокатода до детектора фотоэлектронов. Детектор фотоэлектронов, на котором в этом случае не нужно формировать изображение, имеет, например, сравнительно малую входную поверхность .и расположен в точке пересечения фотоэлектронов или вблизи нее. 5 э.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (яуз Н 01 J 31/50

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4830392/21 (22) 02.07.90 (46) 23.08,93. Бюл. N 31 (31) 8901711 (32) 05,07.89 (33) NL (71) H.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (Й1 ) (72) Герардус Ван Аллер (NL) (73) Н.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (М ) (56) Патент США ¹ 4213055, кл. G 01 Т 1!00, опубл. 1980.

Патент Франции N 2572583, . кл. Н 01 J 31/50, опубл. 1986. (54) ДЕТЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Использованйе: детектор излучения для элементарных частиц. Сущность изобретеИзобретение относится к детектору излучения, в частности для элементарных частиц, содержащему входной экран для преоб разования подлежащего измерению излучения в фотоэлектроны, и электроннооптическую систему для ускорения фотоэлектронов к выходному экрану.

Детектор излучения этого рода известен из патента США 4.213,055, В немдетектор излучения в виде усилительной трубки для рентгеновских изображений содержит входной экран, снабженный металлический кронштейном и имеющий люминесцентный материал и фотокатод. В трубке этого рода несущий иэображение поток фотоэлектронов отображается на выходном экране, покрытом слоем . люминофора для преобразования фотоэлектронов в свет.

5U, 1836750 АЗ ния: детектор излучения содержит входной экран с фотокатодом, электронно-оптическую систему и выходной экран. который служит входом в детектор фотоэлектронов.

3а счет. формы поверхности фотокатода и геометрии и распределения потенциалов электродов электронно-оптической системы трубка усиления рентгеновских изображений оптимизирована для уменьшения разброса времени пролета фотоэлектронов от поверхности фотокатода до детектора фотоэлектронов. Детектор фотоэлектронов, на котором в этом случае не нужно формировать изображение. имеет, например, сравнительно малую входную поверхность ,и расположен в точке пересечения фотоэлектронов или вблизи нее. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электронно-оптическая система в трубке этого рода выполнена с возможностью формирования оптимального иэображения несущего изображение потока фотоэлектронов на выходном экране.

Для обнаружения излучения, например, вызываемого мюонами, нейтрино и т.n., не важно, что изображение формируется посредством фотоэлектронов. Однако очень важно, чтобы можно было обнаруживать отдельные кванты излучения. Требование, которое накладывается на.детектор в этом отношении, заключается в том. чтобы время пролета фотоэлектронов должно быть в высшей степени одинаковым для всей поверхности входного экрана. Целью изобретения, среди прочего, является выполнение этого требования: чтобы достичь этого, детектор

1836750 излучения по изобретению отличается тем, что кривизна поверхности фотокатода и/или геометрия электронно-оптической системы оптимизированы так, чтобы достичь практически одинаковой напряженности поля по поверхности фотокатода.

Так как в детекторе по изобретению, основанном на трубке усиления изображения, качество иэображения может быть снижено для достижения однородности напряженности поля за счет приспособленной геометрии экрана и:электродов, раз. 6poc времени пролета фотоэлектронов, нормально измеряемый примерно 10 наносекундами, снижается до примерно 1 наносекунды, По первому способу достижения этой цели, рассчитывают оптимальную конфигурацию электродов и распределение потенциалов для максимально однородной напряженности поля по всему фотокатоду в модели, основанной на реалистично приспособленной форме входного экрана, который в .данном случае предпочтительно осаждается прямо на стеклянное входное окно. По еще одному способу, основанному на реальной электронно-оптической системе, например, для желательной основной формы и приемлемых потенциалов, рассчитывают кривизну входного экрана. для которой напряженность поля по экрану опять-таки оптимально одинакова. Равномерность может быть далее повышена методом итерации между результатами по обоим способам, Для уменьшения влияния начальной скорости фотоэлектронов и разброса углов их выхода, напряженность поля на фотокатоде должна быть сравнительно высокой.

Это также может быть реализовано посредством выбора формы и потенциалов электронно-оптической системы, В предпочтительном исполнении разброс скорости выхода фотоэлектронов уменьшен за счет оборудования входного экрана фильтром выбора длины волны. С одной стороны длины волн могут таким образом быть выбраны из спектра излучения, подлежащего детектированию (обнаружению), тогда как, с другой стороны, можно уменьшить разброс начальной энергии освобожденных фотоэлектронов.

Для уменьшения фонового излучения от радиоактивного затухания в материалах конструкции детектора, например, в стекле детекторной трубки, дальнейшее предпочтительное исполнение изготовлено максимально возможным образом из металла, входное окно и выходное окно состоят соответственно из низкоториевого и низкоуранового стекла, Для уменьшения суммарного времени пролета между моментом выхода фотоэлектронов и обнаружением электронного импульса, полученного таким образом, исполнение входного экрана используется малоинерционный люминофор тира р47.

Следует отметить, что патент США

10 4.564.753 описывает детектор излучения, служащий для реализации большой апертуры обнаружения и малого времени обнаружения. Однородность времени пролета там является требованием второго порядка важ15 ности.

На чертеже показан детектор излучения.

Детектор излучения по изобретению, имеет цилиндрическую стенку 2, причем. стенка выполнейа из металла и содержит коническую часть Hareg 4, входной фланец

6 и конец 8. На входной стороне находится

55 входное окно 10, предпочтительно из стекла или другого материала, прозрачного для излучения, подлежащего обнаружению, или к излучению, возникающему под действием указанного излучения в преобразовательном слое, который предусмотрен на внешней стороне входного окна, и который не показан. На внутренней стороне входного окна размещен преобразовательный слой

12 и фотокатод 14. Как уже было сказано, преобразовательный слой 12 может альтернативно размещаться и снаружи, с другой стороны окна 10. На выходной стороне детектор закрыт детекторным элементом 16, например, фотоумножителем с фотокатодом 18, расположенным на окне 20, на передней стороне которого находится слой люминофора 22. Детекторный элемент, однако, альтернативно может быть образован матрицей фотодетекторов, или одним фотодетектором, или матрицей детекторов электронов, или одним детектором электронов, так как формирование изображения не является целью, входная плоскость детекторного элемента может располагаться в области перекрещивания 24 пучка фотоэлектронов 26. Чтобы избежать геометрических разностей во времени пролета в случае сравнительно большого входного сечения детекторного элемента. может быть выгодным выполнить это входное сечение практически сферическим, причем центр кривизны должен совпадать с перекрещиванием 24. В случае прямого детектора электронов, может быть выгодным сначала замедлить,фотоэлектроны, например, посредством добавочного электрода, так что детектор электронов может былть чувствительным к

1836750 сравнительно медленным электронам. Замедление фотоэлектронов дает большее время пролета, но не обязательно приводит к большему разбросу времен пролета. если конфигурация электродов выбрана пра- 5 вильно, и в то же время можно поддерживать достаточно высокую напряженность поля на поверхности фотокатода.

Слой люминофора 22 предпочтительно состоит из люминофора с малым временем 10 послесвечения, как люминесцентный материал, содержащий иттрий, раскрытый в патенте США 4.564.753, так что можно иметь высокую частоту счета для квантов излучения, подлежащих обнаружению. 15

Формула изобретения

1. Детектор излучения, содержащий входной экран. снабженный фотокатодом для преобразования излучения, подлежа- 20 щего измерению, в фотоэлектроны, выходной экран и электронно-оптическую систему для ускорения фотоэлектронов к выходному экрану, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обнару- 25 жения за счет уменьшения разницы времени пролета фотоэлектронов по всей поверхности фотокатода до выходного экрана. кривизна поверхности .фотокатора и геометрия электронно-оптической системы 30 оптимизированы для достижения практически однородной напряженности поля по поверхности фотокатода.

2. Детектор по и, 1. отличающийся тем, что геометрия электродов и распределение потенциалов оптимизированы для установления сравнительно высокой напряженности поля по всей поверхности фотокатода.

З.Детектор пои. 1 или 2, отл ич а ю щи и с я тем, что входной экран содержит люминесцентный слой, расположенный на внутренней или наружной стороне входного окна ц служащий для преобразования излучения, подлежащего обнаружению, в излучение, к которому чувствителен фотокатод.

4. Детектор по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ ий с я тем. что входной экран содержит фильтр, чувствительный к длине волны фотонов, выработанных в люминесцентном слое и идущих к фотокатоду, 5. Детектор по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что для обнаружения электронов входная поверхность детектора фотоэлектронов расположена в или рядом с точкой пересечения фотоэлектронов.

6, Детектор по пп, 1 — 5, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что детектор фотоэлектронов выполнен в виде одиночного полупроводникового детектора.