Способ определения направления прилета частиц ионизирующего излучения и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам т (21) 5006832/25 (22) 04.07.9i (46) 35.И93 Бюл. %43-42 (76) Радаев Николай Николаевич (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ

ПРИЛЕТА ЧАСТИЦ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в ядерном приборостроении.

Цепь — повышение точности и бытродействия.

Сущность изобретения: в качестве блока детектирования используют два двумерных координатночувствительных детектора (ДКЧЩ, помещенных в герметичный вакуумированный корпус, производят сканирование блока детектирования совместно с экраном, при попадании частицы на оба детектора (i9) RU (11) 2003135 С1 (51) G01T1 29 производят измерение координат Х и Y точек пе1 1 ресечения каждой частицы первого и второго по направлению ее распространения детектеров и вычисление азимута и угла места направления прилета по формулам Х arccos Y / d u

2 2

awrccosP.-Х )/d = arccos P=arccos(Y -Y )/d / d, г г где d () (Y ) . i — расстояние меж2 1 2 «1 ду детекторами Устройство, реализующее указанный способ содержит блок вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующее устройство, выходы которого соединены с управляющими входами приводов, а входы — с выходами детекторов, соединенными также с входами блока вычисления азимута и угла места 1 зпф-лы, 1 ил.

2003135

Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для регистрации пространственно-углового распределения ионизирующего излучения (ИИ) и определения направления на источник излученич, Известен способ регистрации пространственно-углового распределения излучений, основанный на использовании известной угловой зависимости эффективности регистрации детектирующего элемента и его сканирования до достижения максимума скорости счета I 1).

Наиболее близким техническим решением v, предлагаемому является способ определе1Ièë Içïðàâëåèèë прилета частиц, заклю внощийся н коллимировании потока частиц окном в экране и его сканировании до достижения максимума скорости счета детектора излучения (21. Устройство для реализации данного способа содер>кит сферический экран с щелью и детектор излучения, размещенный в центре сферического экрана. Сканирование осуществляется с помощью шарнирного механизма, имеющего две опорные ос», по полажени о которых в момент достижения максимума скорости счета определяют направление прилета, Недостатками известных способов являются низкие точность и быстродействие.

Задачей изобретения является повышение точности и быстродействия, В результате осущестнления изобретения повышаются точность определения направления и быстродействие за счет вычисления направления прилета частиц ИИ по измеренным координатам точек их входа и выхода из блока детектирования (БД) с экраном, Для решения указанной задачи в способе определения направления прилета частиц ИИ с помощыа блока детектирования путем сканирования экрана используют в качестве блока детектирования два двумерных координатно-чувствительных детектора; помещенных в вакуум, блок детектирования сканиру1от совместно с экраном, при попадании чзстицы на оба детектора измеряют координаты х1, у1 и х, у ее точек пересечения первого и второго по направлению распространения детекторов, вычисляют азимут и угол места направления прилета по формулам а = (arccos х — >:1 )/d и/3 = { arccos ур — у )/d, где о =- 1{ха х1) +{у2 у1) +

I - расстояние между детекторами.

В устройство для определения направления прилета частиц ИИ, содержащее блок детектирования с экраном. жестко закрепленным в двухстепенном подвесе, имеющем две взаимно перпендикулярные оси вращения с приводами, введены блок вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующее устройство, блок детектирования, содержащий два размещенных в герметичном вакуумированном корпусе параллельно друг другу двумерных координатно-чувствительных детектора; один из которых размещен вплотную к экрану, выполненному в виде теневой защиты с размерами, исключающими возможность пересечения частицей обоих детекторов пр» противоположных ориентациях блока детектирования относительно направления прилета частиц, выходы детекторов электрически соединены с входами блока вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующего устройства, выходы которого соединены с управляющими входами приводов, двухстепенной поднес выполнен в виде карданова подвеса с внешней и внутренней рамками, внутри последней жестко закреплен блок детектирования с экраном, На чертеже приведена функциональнокинематическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство для определения направления прилета частиц ИИ содержит блок детектирования (БД) 1, экран 2, карданов поднес с внешней 3 и внутренней 4 рамками, оси вращения которых взаимно перпендикулярны, приводы 5 и б, блок 7 вычисления азимута и угла места, усилительно-преобразующее устройство 8.

БД 1 состоит из герметичного вакуумиронанного корпуса 9 и двух двумерных координатно-чувствительных детекторов (ДКЧД) 10 и 11, чувствительные поверхности которых параллельны друг другу, БД 1 размещен нплотну о к экрану 2 и жестко закреплен вместе с экраном но внутренней рамке

4 карданова подвеса, оси вращения которога соединены с приводами 5 и 6, Расстояние 1 между ДКЧД выбирают из условия обеспечения необходимых точности и быстродействия, Для повышения точности I увеличивают, а для повышения быстродействия — уменьшают. При заданной точности расстояние между ДКЧД выбирают из условия I > 2 AS/h, р, где М вЂ” координатное разрешение детектора; Л р — допустимая погрешность определения направления. Выходы ДКЧД 10 и 11 соединены с входами блока 7 нычисления азимута

2003135 и угла места, а также усилительно-преобразующего устройства 8, выходы которого соединены с управляющими входами приводов 5 и 6 по азимуту и по углу места соответственно, 5

Устройство работает следующим образом.

С помощью привода 5 БД 1 совместно с экраном 2 сканируют по азимуту от 0 до 2л с шагом Ар -2 агс tg b/l, где b — размер 10 кристалла ДКЧД. Если за интервал времени

Т, устанавливаемый в зависимости от ожидаемой плотности потока частиц ИИ, пересечения обоих ДКЧД частицами ИИ не произошло, что определяется по отсутст- 15 вию сигнала на выходе хотя 5!

ДКЧД, то усилительно-преобразующее устройство 8 вырабатывает управляющий сигнал на привод 5, поворачивающий внутреннюю рамку 4 карданова подвеса на 20 угол Лp по азимуту.

По завершении сканирования БД с экраном по азимуту от 0 до 2п БД с экраном с помощью привода 6 поворачивают на угол

Ар по углу места. Процесс сканирования 25 продолжается до пересечения частицей обоих ДКЧД 10 и 11. В этом случае инфоомация об измеренных ими координатах точек пересечения х1, у1 и х2, у2 поступает в. блок 7 для вычисления азимута и угла места 30 направления прилета. В дальнейшем по множеству направлений прилета частиц ИИ определяется их пространственно-угловое распределение, а путем усреднения — направление прилета. 35

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существу1ощими следующие преимущества.

1, Повышение точности определения направления прилета частиц ИИ за счет ис- 40 пользования не частоты их регистрации или интенсивности отклика, а измеренных с высокой точностью пространственных коордйнат двух точек, причем за счет увеличения расстояния между ДКЧД и создания между 45 ними BIK I43 л1ожет быть достиг11уT

2. Благодаря увеличению относительной площади коллимирующего окна повышается быстродействие, а связанное с этим уменьшение размеров экрана позволяет снизить его массу.

Сравним точность определения направления прилета протона с энергией 400 МэВ при использовании в качестве материала экрана свинца. Длина релаксации протона в этом случае составляет 0,132 м.

Угловое разрешение для прототипа определяется по формуле Лi/Ъ = агс tg Ь/R, где Ь â€”; R — радиус сферического экрана. При R = 0,132 м и Ь = 5 10 м получим Aрп =3,8 102 рад

Для предлагаемого устройства Л у =

=2 are tg Л S/I, где Л S — координатное разрешение ДК !Д, При ЛЯ = 7 мкм и =

— R получим Aрг = 1,06 10 рад, т.е. точ-4 ность определения направления повышается в 360 раз.

Сравним быстродействие предлагаемого устройства и прототипа, используя в качестве показателя математическое ожидание числа шагов сканирования M(K).

Предположим, что ориентация устройства перед началом работы относительно направления прилета распределена по равномерному закону. Тогда максимальное число шагов сканирования, необходимое для рпределения направле11ия, у прототипа равно макс = 2 JT / Apn + к / Ь(ъ, а их математическое ожидание- Ajk)=3X /2 Л1/ „=124, Пусть ДКЧД имеет размер кристалла

70 х 70 мм . Тогда в заявляемом техниче2 ском решении К„а = 2(л / AQ ), М(К) =2

=(л /2 агс tg b/t) = 10. Таким образом, быстродействие повышается в 12 раз. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1241872, кл. 6 01 Т 1/29, 1984, Заявка Японии (Ф 60 — 59548, кл. 6 0 Т 1/16, 1985.

Составитель Н.Радаев

Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор Л.Волкова

Заказ 3233

Тираж Подписное . НПО " Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

7 2003!

Формула изобретения

1. Способ определения направления прилета частиц ионизирующего излучения с помощью блока детектирования путем . сканирования экрана. отличающийся тем. что в качестве блока детектирования используют два двумерных координатно-чувствительных детектора, помещенных в вакуум, блок детектирования сканируют совместно с экраном, при попадании час- 10 тицы на оба детектора измеряют координаты Х1, У1 и Х2, У2 точек пересечения ею первого и второго по направлению распространения детекторов и вычисляют азимут и угол места направления прилета по фор- 15 мулам

Х2 Х1 а = агссоз

О

И

P = arccos— т2 т1 о

20 где где б= (Х2-Х1) +(Y2- Y1) + ! - расстояние между детекторами, 2. Устройство для определения направления прилета частиц ионизирующего иэ- 25 лучения, содержащее блок детектирования с экРаном, жестко закрепленным в двустепенном подвесе, имеющем две взаимно перпендикулярные оси вращения с приводами, отличающееся тем, что в него введены блок вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующее устройство, блок детектирования содержит два размещенных в герметичном вакуумированном корпусе параллельно друг другу двумерных координатно - чувствительных детектора. один из которых размещен вплотную к экрану, выполненному в виде теневой защиты, а другой расположен от него на рас2Ьs стоянии > —, где h s - координатное — р разрешение детектора, à Ь р - требуемая точность определения направления, выходы детекторов электрически соединены с входами блока вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующего устройства, выходы которого соединены с управляющими входами приводов, двустепенной подвес выполнен в виде карданова подвеса с внешней и внутренней рамками, внутри последней жестко закреплены блок детектирования с экраном.