Сцинтилляционный детектор

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Технический результат - упрощение конструкции, повышение эффективности регистрации факта излучения, расширение диапазона регистрации. Технический результат достигается тем, что сцинтилляционный детектор содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, кристаллический сцинтиллятор для регистрации гамма-квантов, выполненный в виде пластины, по крайней мере, в одной из пластин сцинтилляторов расположено светопереизлучающее волокно в виде петли, концы которого выведены на одну из граней пластины, по крайней мере, один конец светопереизлучающего волокна соединен с фотодиодом, пакет трех пластин окружен оболочками из светоотражающего и светозащитного материала. Фотодиоды соединены со схемой совпадений. Детектор выполнен в виде многослойного блока, в котором каждый пакет пластин отделен от другого пакета светоотражающей перегородкой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений.

Известен детектор для регистрации ионизирующих излучений, нейтронов и гамма-квантов, содержащий датчик и блок электронной обработки информации, включающий схему временной селекции сцинтиимпульсов, отличающийся тем, что для регистрации быстрых и медленных нейтронов на фоне одновременно регистрируемого сопутствующего гамма-излучения датчик выполнен в виде трех параллельно-последовательно соединенных сцинтилляторов: внешнего нейтронного сцинтиллятора, выполненного из чувствительного к быстрым нейтронам водородсодержащего вещества на основе пластмассы (СН)_n или стильбена; сцинтиллятора Nal-Tl, чувствительного к гамма-излучению, размещенного в колодце внешнего сцинтиллятора; внутреннего стеклянного сцинтиллятора, чувствительного к тепловым нейтронам, и фотоэлектронного умножителя, помещенных в единый корпус, а блок электронной обработки сигналов дополнительно включает спектрометрический анализатор сцинтиимпульсов, поступающих в него от сцинтилляционного кристалла Nal-Tl. Толщина внешнего сцинтиллятора из водородосодержащего материала выбирается достаточной для того, чтобы проходящие через сцинтиллятор быстрые нейтроны замедлялись до тепловых энергий (Патент Российской Федерации №2143711, МПК: G01T 1/20, 27.12.1999 г.).

Однако известный детектор имеет целый ряд недостатков: эффективность фотосбора сигналов от быстрых нейтронов, возникающих в пластике (СН)_n, невысока из-за того, что сигналы, во-первых, поступают на фотоприемник (ФЭУ) только по периферийному кольцу, обеспечивая фотосъем сцинтилляций на уровне до 30-40% вследствие того, что кристалл Nal-Tl находится в непрозрачном корпусе и экранирует часть светового потока, возникающего в пластике, а во-вторых, вследствие того, что излучение быстрого пластикового сцинтиллятора не непосредственно попадает на ФЭУ, а поступает на него через стекло и частично поглощается в этом стекле, имеющем границу пропускания 350-380 нм, в итоге может быть потеряно до 32-43% полезной информации; пониженная стойкость к ударным нагрузкам, поскольку детектор содержит сцинтилляционный кристалл Nal-Tl, отличающийся высокой гигроскопичностью, что повышает требования к герметизации. Таким образом, известный детектор не может обеспечить эффективную регистрацию быстрых и тепловых нейтронов.

Известен сцинтилляционный детектор быстрых и тепловых нейтронов, содержащий датчик, включающий сцинтиллятор на основе органического водородсодержащего пластика, чувствительного к быстрым нейтронам, и стеклянный сцинтиллятор на основе ⁶Li-силикатного стекла, чувствительного к тепловым нейтронам, и фотоэлектронный умножитель, а также блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что сцинтилляторы выполнены в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, причем органический сцинтиллятор выполнен в виде клина, а стеклянный - в виде параллелепипеда, образуя единый сенсорный сцинтиблок, снабженный свинцовым коллиматором и размещенный вместе с последним в дополнительном полиэтиленовом пенале-накопителе тепловых нейтронов, а фотоэлектронный умножитель установлен с торца пластикового сцинтиллятора (Патент Российской Федерации №2259573, MПK: G01T 1/20, G01T 3/06, 2005 г. Прототип).

И аналог, и прототип громоздки, сложны в изготовлении, имеют низкую эффективность регистрации.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности регистрации факта излучения, расширение диапазона регистрации.

Технический результат достигается тем, что сцинтилляционный детектор, содержащий датчик, включающий сцинтилляторы, выполненные в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, сцинтиллятор, чувствительный к быстрым нейтронам, сцинтиллятор, чувствительный к тепловым нейтронам, и блок электронной обработки сигналов, содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, кристаллический сцинтиллятор для регистрации гамма-квантов, выполненный в виде пластины, по крайней мере, в одной из пластин сцинтилляторов расположено светопереизлучающее волокно в виде петли, концы которого выведены на одну из граней пластины, по крайней мере, один конец светопереизлучающего волокна соединен с фотодиодом, пакет трех пластин окружен оболочками из светоотражающего и светозащитного материала. Фотодиоды соединены со схемой совпадений. Детектор выполнен в виде многослойного блока, в котором каждый пакет платин отделен от другого пакета светоотражающей перегородкой.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

На фиг.1 схематично представлен разрез сцинтилляционного детектора, где: 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, 3 - светопереизлучающее волокно, 4 - сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 5 - светоотражающий материал, 6 - светозащитный материал.

На фиг.2 схематично представлен вид сверху на пакет пластин сцинтиллятора, где: 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 3 - светопереизлучающее волокно, 7 - фотодиоды.

На фиг.3 схематично представлен многослойный блок из пакетов пластин, где: 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, 3 - светопереизлучающее волокно, 4 - сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 5 - светоотражающий материал, 6 - светозащитный материал, 8 - светразделяющая перегородка.

Сцинтилляционный детектор предназначен для одновременной регистрации нескольких видов ионизирующих излучений и содержит сцинтилляционные пластины 1, 2, 4, предназначенные для регистрации того или иного вида излучения.

Для регистрации быстрых нейтронов 1 - например, пластины полистирола или поливинилтолуола. Для регистрации тепловых нейтронов 4 - пластины литиевого стекла или светосостава ⁶LiFZnS:Ag. Для регистрации гамма-квантов 2 - например, пластины германата висмута и др.

Одна или несколько пластин 1, 2, 4 содержат светопереизлучающее волокно 3 с одним или двумя фотодиодами 7 на концах светопереизлучающих волокон 3, электронную плату с усилителями-дискриминаторами и при использовании двух фотодиодов схемой совпадений (не показаны). Дискриминаторы и схема совпадений обеспечивают подавление собственных электронных шумов фотодиода 7 и некоторых фоновых излучений.

Размеры пластин 1, 2 и 4 определены энергией регистрируемого излучения. Длина составляет от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Толщина пластин составляет несколько сантиметров.

Материал сцинтилляционных пластин 1, 2 и 4 прозрачен для образованного в них под действием частиц излучения света, обладает высокой эффективностью регистрации при небольшой толщине.

Так, в случае светосостава ⁶LiFZnS:Ag достаточная эффективность обеспечена при толщине в несколько сотен микрометров. Диаметр светопереизлучающих волокон 3 составляет от одного до несколько миллиметров. Для улучшения светосбора пластины 1, 2 и 4 покрыты светоотражающим материалом 5, например, на основе окиси титана или отражающими пленками. Для предотвращения попадания в фотодиоды 7 внешнего света пластины 1, 2 и 4 покрыты снаружи светозащитным материалом 6, например черной бумагой.

Наличие между светоотражающим материалом 5 и пластиной 1, или 2, или 4 воздушного зазора улучшает светосбор. Фотоны сцинтилляционной вспышки, возникшие в сцинтилляционной пластине 1, 2 и 4, распространяются по ее объему, испытывают отражение от поверхности пластин 1, 2 и 4 и светоотражающего материала 5 и частично попадают в светопереизлучающее волокно 3, где с вероятностью около 80% переизлучаются. Возникшие в светопереизлучающем волокне 3 фотоны распространяются к его торцам и попадают на фотодиоды 7. Фотоны, попавшие в фотодиод 7, вызывают электрический сигнал.

Применение для считывания сцинтилляционного сигнала кремниевых фотоэлектронных умножителей (КФЭУ) позволяет отказаться от высоких питающих напряжений, обеспечивает более высокую эффективность регистрации за счет более высокой по сравнению с фотокатодами ФЭУ квантовой эффективности КФЭУ.

Прошедший через усилитель-дискриминатор сигнал поступает в амплитудно-цифровой преобразователь и далее через интерфейсную плату в персональный компьютер. Амплитудный анализ дает возможность идентифицировать тип регистрируемого излучения.

Для повышения эффективности регистрации излучения пакеты объединены в блок.

1. Сцинтилляционный детектор, содержащий датчик, включающий сцинтилляторы, выполненные в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, сцинтиллятор, чувствительный к быстрым нейтронам, сцинтиллятор, чувствительный к тепловым нейтронам, и блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что детектор содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, кристаллический сцинтиллятор для регистрации гамма квантов, выполненный в виде пластины, в одной из пластин сцинтилляторов расположено светопереизлучающее волокно в виде петли, концы которого выведены на одну из граней пластины, по крайней мере, один конец светопереизлучающего волокна соединен с фотодиодом, пакет трех пластин окружен оболочками из светоотражающего и светозащитного материала.

2. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что фотодиоды соединены со схемой совпадений.

3. Сцинтилляционный детектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что детектор выполнен в виде многослойного блока, в котором каждый пакет пластин отделен от другого пакета светоотражающей перегородкой.