Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений

Изобретение относится к области низкофоновых экспериментов по поиску редких событий, например взаимодействий темной материи с обычным веществом, и может быть использовано для экспериментов по исследованию взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией 1-100 МэВс веществом. Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений включает создание электрического поля в жидком ксеноне, подтягивание электронов ионизации к поверхности раздела жидкость - насыщенный пар, вытягивание (эмиссию) электронов ионизации в газовую фазу и последующую их регистрацию в газовой фазе, при этом в жидком ксеноне растворяют электроотрицательное вещество, обладающее высоким коэффициентом захвата для электронов ионизации, термализованных под поверхностью раздела жидкого и газообразного ксенона, и обладающее одновременно низким коэффициентом захвата для дрейфующих в жидком ксеноне электронов ионизации. Технический результат - существенное уменьшение фона от задержанных подповерхностных электронов, уменьшение энергетического порога регистрации и повышение чувствительности. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области низкофоновых экспериментов по поиску редких событий, например взаимодействий темной материи с обычным веществом, и может быть использовано для экспериментов по исследованию взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией 1-100 МэВс веществом.

Известен способ регистрации [1] редких событий в эмиссионном детекторе, когда в результате взаимодействия исследуемого излучения с жидком ксеноном создается ионизация (электроны+ионы), под действием внешнего электрического поля электроны дрейфуют в жидком ксеноне к поверхности раздела фаз, вытягиваются в газовую фазу и регистрируются при помощи фотоэлектронных умножителей по интенсивному свечению (электролюминесценции) в электрическом поле.

В наиболее близком к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату способе регистрации, реализованном в [2] фиг.1, электроны ионизации дрейфуют в жидком ксеноне с энергией около 1 эВ, подходят к поверхности раздела фаз, эмитируют в газовую фазу и регистрируются затем при помощи фотоэлектронных умножителей по интенсивному свечению (электролюминесценции) в электрическом поле. При этом в известном способе часть электронов ионизации не способна сходу преодолеть поверхность раздела жидкость - газовая фаза, поэтому они остаются под поверхностью, где в упругих соударениях с атомами ксенона сбрасывают свою энергию до величины около 0,02 эВ и далее с течением времени случайным образом эмитируют в газовую фазу. В близком к предлагаемому способе регистрации [2] частота эмиссии в газ подповерхностных электронов составляет около 100 Гц, что связано с ионизацией жидкого ксенона фоновыми гамма-квантами от радиоактивных загрязнений материала корпуса детектора и космическими мюонами.

Известный способ не позволяет регистрировать редкие события при ионизации с малой передачей энергии, когда результатом является образование в жидком ксеноне и эмиссия в газ одного электрона ионизации. Такие события неотличимы от эмиссии одиночных термализованных электронов от фона, задержавшихся под поверхностью жидкого ксенона.

Техническим результатом предложенного способа является существенное уменьшение фона от задержанных подповерхностных электронов, случайным образом эмитирующих в газовую фазу, и, как следствие, уменьшение энергетического порога регистрации способа и повышение чувствительности способа, что делает возможным исследование таких редких процессов с малой передачей энергии, как когерентное рассеяние нейтрино на ядрах - фундаментальный физический процесс, предсказанный в рамках стандартной модели электрослабых взаимодействий, но до сих пор не наблюдавшийся на практике.

Для получения технического результата в жидком ксеноне растворяют вещество, обладающее высоким сечением захвата для электронов с энергией около 0,02 эВ с целью их быстрого захвата и превращения в ионы. Высокое сечение захвата должно обеспечить малое время жизни подповерхностных термализованных электронов. При этом для обеспечения малых потерь электронов в процессе дрейфа к поверхности жидкого ксенона сечение захвата для электронов, обладающих энергиями около 1 эВ, должно быть у выбранного вещества низким.

В качестве такого вещества предложено использовать элегаз (SF6) и хлор (Сl). В Таблице 1 представлены литературные данные по сечениям захвата для двух значений энергии электронов - 0,02 и 1 эВ, оценки концентрации указанных веществ, необходимые для обеспечения длины дрейфа электронов до захвата в жидком ксеноне 10 метров и полученные оценки характерных времен жизни подповерхностных термализованных электронов.

Расчеты были проведены с использованием известных из теории низкоионизированной плазмы формул:

λ = 1 σ N ' , где λ - длина пробега электронов до захвата, см;

σ - сечение захвата электронов примесью, см2;

N - концентрация примеси, см-3;

τ = 1 N σ υ ' где τ - время жизни электрона до захвата, с;

σ - сечение захвата электронов примесью, см2;

N - концентрация примеси, см-3;

υ - тепловая скорость электрона, при энергии 1 эВ - это 6×107 см/с, при энергии 0,02 эВ - это 9×105 см/сек

На фиг.1 изображена схема работы эмиссионного детектора.

Способ осуществляется следующим образом.

В жидком ксеноне растворяют SF6 (Сl) с концентрацией 1015 1/см3 (2,5×1015 1/см3), создают дрейфовое электрическое поле напряженностью около 1 кВ/см. В результате исследуемого взаимодействия, например упругого рассеяния нейтрино на ядре ксенона, происходит ионизация жидкого ксенона с образованием пар (электрон+ион). В приложенном электрическом поле электроны "разогреваются" до энергии около 1 эВ и дрейфуют к поверхности раздела фаз. Длина дрейфа электронов до захвата, составляющая 10 м (см. Табл.1) при указанных концентрациях выбранных газов, практически не ухудшает амплитудные характеристики метода регистрации для характерных используемых размеров дрейфового зазора детектора ~ 10 м. В приложенном электрическом поле электроны проходят (эмитируют) сквозь поверхность раздела фаз и выходят в газовую фазу, где регистрируются с помощью фотоэлектронных умножителей по свечению (электролюминесценции). Часть электронов, не способная эмитировать в газовую фазу, остается под поверхностью жидкого ксенона и в упругих соударениях быстро сбрасывает свою энергию до величины около 0,02 эВ, приходя в тепловое равновесие с окружающими атомами ксенона. При указанных концентрациях растворенных газов характерное время жизни до захвата таких электронов на молекулы растворенного SF6 (Сl) составляет 5×10-7 (1,3×10-6)с.

Техническая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в сильном подавлении фона от эмиссии подповерхностных электронов из-за их быстрого захвата в жидком ксеноне на молекулы введенных примесей SF6 (Сl). Техническая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в уменьшении энергетического порога регистрации способа и повышении чувствительности способа. Становится возможным исследовать редкие события при ионизации с такой передачей энергии, когда результатом является образование в жидком ксеноне и эмиссия в газ одного электрона ионизации. Такие события в прототипе не отличимы от эмиссии одиночных термализованных электронов от фона задержавшихся под поверхностью жидкого ксенона. Это делает возможным исследование таких редких процессов с малой передачей энергии, как когерентное рассеяние нейтрино на тяжелых ядрах - неисследованный до настоящего времени фундаментальный физический процесс, предсказанный в рамках стандартной модели.

Источники информации

1.2. М. Hornetal. Nuclear recoil scintillation and ionization yields in liquid xenon from ZEPLIN-III data. Phys. Lett. В 705 (2011) 471-476; arXiv: 106.0694 [physics.ins-det].

2. D. Yu. Akimov, I.S. Aleksandrov, V.A. Belov, A.I. Bolozdynya et al. Measurement of Single-Electron Noise in a Liquid Xenon Emission Detector. Instruments and Experimental Techniques 55(2012)423-28.

3. Hayes T.R., Wetzel R.C. and Freund R.S. "Absolute Electron - impact-ionization Cross sectionmeasuremensotf the Halogen Atoms", Phys. Rev. 35(2), 578-584, 1987.

4. Kouichi Ono, MutumiTuda, Hiroki Ootera, and Tatsuo Oomori, "Electron cyclotron resonance plasma etching ofSiwith C12: plasma chemistry and mechanisms", Pure&Appl. Chem., Vol.66, No. 6, pp.1327-1334, 1994.

Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений, включающий создание электрического поля в жидком ксеноне, подтягивание электронов ионизации к поверхности раздела жидкость - насыщенный пар, вытягивание (эмиссию) электронов ионизации в газовую фазу и последующую их регистрацию в газовой фазе, отличающийся тем, что в жидком ксеноне растворяют электроотрицательное вещество, обладающее высоким коэффициентом захвата для электронов ионизации, термализованных под поверхностью раздела жидкого и газообразного ксенона и обладающее одновременно низким коэффициентом захвата для дрейфующих в жидком ксеноне электронов ионизации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и системам для формирования изображения. Пациенту в покое инъецируют первый изотопный радиоактивный индикатор.

Изобретение относится к газовым ионизационным многопроволочным координатным детекторам, в частности к дрейфовым камерам с тонкостенными дрейфовыми трубками (строу), предназначенным для работы в вакууме, и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для регистрации и определения координат заряженных частиц, проходящих через объем камеры.

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для регистрации ядерных излучений, например, для регистрации спектров быстрых нейтронов в экспериментальных исследованиях и на объектах ядерной энергетики.

Использование: для регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Сущность изобретения заключается в том, что автономный приемник для регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения включает металлический корпус, прозрачную диэлектрическую подложку, фоточувствительный слой из АФН-пленки и металлические контакты, при этом между прозрачной диэлектрической подложкой и металлическим корпусом помещено отражающее покрытие, приемник снабжен полусферической зеркальной крышкой, имеющей окно, прозрачное для рентгеновского и ультрафиолетового излучения.

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано в широком спектре приложений регистрации мощных проникающих излучений, в частности в активных зонах атомных электростанций.

Изобретение может быть использовано при изготовлении систем визуализации в компьютерных томографах. Сцинтилляционный материал содержит модифицированный оксисульфид гадолиния (GOS), в котором приблизительно от 25% до 75% гадолиния (Gd) замещено лантаном (La) или приблизительно не более 50% гадолиния (Gd) замещено лютецием (Lu).

Изобретение относится к средствам спектрометрических измерений и может быть использовано в атомной энергетике для измерения активности радионуклидов в высокоактивных газообразных средах.

Предложено устройство для определения максимальной энергии электронов. Устройство содержит фильтр из электропроводящего материала с малым атомным весом и известной зависимостью пробега электронов от их энергии и детектор для регистрации электронов.

Изобретение относится к радиационному приборостроению и экспериментальной ядерной физике. Сущность изобретения заключается в том, что излучение регистрируют в N>2 смежных каналах, расположенных так, чтобы включать в себя реперный пик, определяют средние значения частот следования импульсов FN во всех каналах, сравнивают между собой полученные в двух заранее выбранных двух ближайших к вершине реперного пика смежных каналах значения FN и по результатам сравнения формируют основной управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, при этом значения границ смежных каналов выбирают пропорциональными членам возрастающей геометрической прогрессии со знаменателем Q, вычисляют нормированные значения средних частот следования импульсов во всех каналах FN(норм)=FN/QN-1, определяют канал, в котором значение FN(норм) максимально, и, если этот канал не окажется одним из заранее выбранных двух ближайших к вершине реперного пика смежных каналов, вырабатывают предварительно установленный для каждого прочего канала дополнительный сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта.
Изобретение относится к технике регистрации ионизирующего излучения, в частности к детекторам рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к области метрологического обеспечения измерений доз гамма-излучения с помощью дозиметров, в которых используются газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера. Сущность изобретения состоит в том, что способ градуировки дозиметров гамма-излучения, в которых используются газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера, заключающийся в установлении соотношения между показанием градуируемого дозиметра и измеренной дозой с помощью образцового средства измерений, при этом дозиметры облучают в модельном поле гамма-нейтронного излучения, подобном по энергетическому спектру нейтронов и отношению дозы нейтронов к дозе гамма-излучения радиационному полю, для измерений доз в котором предназначены градуируемые дозиметры. Технический результат - повышение точности измерения дозы гамма-излучения в смешанных гамма-нейтронных полях. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к системам радиационного контроля. Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля доз радиации, получаемых на разных предприятиях. Система содержит: блок передачи данных, выполненный с возможностью связи с каждым контроллером объектов, устройство управления результирующими данными, выполненное с возможностью сбора данных о дозах радиации сотрудников, работающих с радиацией и которые входят и выходят из зон контроля радиации предприятий, работающих с радиацией. Устройство управления результатом/данными выполнено с возможностью управления собранными данными о дозах радиации для каждого сотрудника, работающего с радиацией. Устройство управления основной таблицей сотрудников, выполненное с возможностью управления регистрационными данными сотрудников, работающих с радиацией, для каждого предприятия, работающего с радиацией, в единой основной таблице сотрудников. Когда сотрудника, работающего с радиацией, регистрируют для нескольких предприятий, работающих с радиацией, устройство управления основной таблицей сотрудников группирует регистрационные данные для предприятий, работающих с радиацией, на основе даты первичной регистрации, которая является одной из дат регистрации для предприятий, работающих с радиацией. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической онкологии и радионуклидной диагностике, и может использоваться при биопсии сигнальных лимфоузлов (СЛУ) у больных раком молочной железы. Способ проводят с помощью оптической навигационной системы с внутриопухолевым введением меченого коллоидного радиофармпрепарата (РФП), для чего через 3-5 мин после введения РФП производят динамическое сцинтиграфическое исследование подмышечных, парастернальных, над- и подключичных лимфоузлов со стороны локализации опухоли молочной железы. Причем повторяют его в течение 20-30 мин с интервалом 5-10 мин. Выявляют момент появления первого лимфоузла, накапливающего РФП, и рассматривают его в качестве СЛУ. В момент появления сцинтиграфического изображения СЛУ на кожные покровы больной накладывают 4-5 маркеров меток, которые используют при регистрации навигационной системы и располагают: первый маркер - в районе головки плечевой кости, второй - по lin. ах. anterior так, чтобы он не мешал при выполнении биопсии, но при этом был доступен для регистрации перед началом операции, третий - у основания рукоятки грудины, четвертый - на 3-5 см ниже третьего. В случае фиксации пятого маркера его положение жестко не регламентируют. Одновременно устанавливают топографию СЛУ с помощью ОФЭКТ-КТ - эмиссионной компьютерной томографии с последующей рентгеновской компьютерной томографией. При невозможности экспорта объемных зон интереса на ОФЭКТ-КТ изображениях устанавливают топографию СЛУ по отношению к прилегающим анатомическим структурам и полученную информацию переносят в оптическую навигационную систему для идентификации и точного нахождения СЛУ при выполнении биопсии. Способ позволяет идентифицировать истинный СЛУ, определить его точную топографию и с помощью оптической навигационной системы произвести его удаление, избежав неоправданного удаления лимфоузлов второго и третьего порядка. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области медицинских исследований с использованием рентгеновского излучения. Способ изготовления матрицы фоточувствительных элементов плоскопанельного детектора рентгеновского изображения, где каждый фоточувствительный элемент, включающий фотоприемную часть и подложку, размещают на общей подложке с обеспечением плоскостности фоточувствительной поверхности матрицы и фиксируют посредством клея, предварительно нанесенного на указанную подложку, при этом перед размещением фоточувствительных элементов на общей подложке в ней выполняют технологические отверстия, упорядоченно расположенные, по меньшей мере, на части площади общей подложки, соответствующей площади подложки каждого фоточувствительного элемента; устанавливают подложку на эталонной плоскости, имеющей средства прижима и обеспечивающей компенсацию неплоскостности общей подложки путем создания усилия прижима, при этом, по крайней мере, часть средств прижима выполнена в виде упорядоченной совокупности выступов, соотнесенных с упомянутыми технологическими отверстиями, и выполненных с возможностью приложения через них в осевом направлении силы прижима; размещают выступы в указанных технологических отверстиях, причем высота указанных выступов выполнена с возможностью обеспечения плоскостности фоточувствительной поверхности матрицы; затем на них устанавливают и временно фиксируют фоточувствительные элементы, опускают плоскость с установленными на указанных выступах фоточувствительными элементами до их контакта с клеем и выдерживают до полного отверждения клея. Технический результат - повышение степени плоскостности фоточувствительной поверхности. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к проблеме радиационного анализа материалов, конкретно к способам численной оценки плотности и эффективного атомного номера твердых и жидких многокомпонентных материалов. Способ двухэнергетической оценки средней плотности и эффективного атомного номера многокомпонентных материалов позволяет определять данные параметры в материалах, состоящих из любого количества компонентов, без априорной информации об их характеристиках. Предложенный в изобретении безкалибровочный способ позволяет получить несмещенные оценки плотности и эффективного атомного номера многокомпонентной структуры (без ограничения на количество компонентов) в отсутствии априорной информации о плотности и эффективном номере входящих в нее компонентов. 12 ил.

Изобретение относится к системе интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса, содержащей линейный ускоритель электронов, генерирующий импульсы с чередованием низкой и высокой энергии с минимальным интервалом t между двумя соседними импульсами, и детекторный узел для сбора данных сканирования, включающий в себя детекторные модули, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля. В соответствии с изобретением промежуток времени t1, в течение которого происходит сбор фотонов детекторного модуля от одного импульса излучения, не превышает интервал t между импульсами, равный или превышающий время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов. Также предложен способ интроскопического сканирования, осуществляемый в вышеуказанной системе. Изобретение позволяет устранить явление алиасинга при сохранении достаточно высокой скорости сканирования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к детекторному узлу для сбора данных сканирования в системе интроскопии. Детекторный узел для сбора данных сканирования в системе интроскопии содержит источник ионизирующего излучения, имеющий корпус детекторного узла, в котором размещены чувствительные элементы, выполненные с возможностью приема ионизирующего излучения и его преобразования в электрический сигнал, связанные с платами аналогово-цифровых преобразователей, при этом корпус детекторного узла выполнен в форме дуги окружности с центром в точке генерации излучения источника ионизирующего излучения, причем чувствительные элементы расположены на одинаковом расстоянии от точки генерации излучения источника ионизирующего излучения и ориентированы перпендикулярно лучам, исходящим из источника ионизирующего излучения. Технический результат - повышение качества радиоскопического изображения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к спектрометрам для обнаружения радионуклидов ксенона. Спектрометр для определения объемной активности радионуклидов ксенона, в котором измеряемая проба представляет собой смесь газов, содержит детектирующую часть, которая выполнена с возможностью детектирования бета-излучения и гамма-излучения и которая содержит измерительную камеру, блок детектирования бета-излучения и блок детектирования гамма-излучения, при этом блок детектирования бета-излучения содержит по меньшей мере два детектора бета-излучения, а блок детектирования гамма-излучения содержит по меньшей мере один детектор гамма-излучения. Технический результат - повышение эффективности детектирования, уменьшение времени детектирования. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике измерения ионизирующих излучений и предназначено для определения радионуклидного состава и активности упакованных в контейнеры РАО. Способ определения абсолютной удельной активности содержимого контейнера и парциальных удельных активностей отдельных радионуклидов заключается в использовании результатов измерений аппаратурного гамма-спектра излучения, выходящего за пределы контейнера, при этом для вычисления указанных характеристик РАО используется метод последовательного вычитания из измеренного суммарного спектра восстановленных вычислительным путем спектров отдельных радионуклидов, идентифицированных по выделенным фотопикам максимальных энергий, содержащихся в измеренном суммарном спектре, и заранее рассчитанным модельным «эталонным» спектрам каждого радионуклида, которые могут содержаться в РАО, а далее, используя восстановленные модельные спектры каждого идентифицированного радионуклида, синтезируется суммарный модельный спектр всей смеси, и по соотношению между числом зарегистрированных гамма-квантов в этом спектре и числом импульсов в измеренном спектре находится абсолютное значение суммарной удельной активности РАО в контейнере и абсолютные значения парциальных удельных активностей каждого идентифицированного радионуклида. Технический результат - определение абсолютной удельной активности смеси радиоактивных нуклидов и абсолютных парциальных удельных активностей отдельных радионуклидов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике для диагностики импульсных источников релятивистских электронных потоков в сильном магнитном поле путем измерения поперечных скоростей релятивистских электронов. Измеритель содержит установленные в вакуумной камере перед источником электронов корпус измерителя с входным отверстием-диафрагмой, соленоид, размещенный вне корпуса измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля с направлением силовых линий вдоль продольной оси корпуса измерителя, а также регистратор распределения электронов по расстоянию от продольной оси корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой, при этом корпус измерителя выполнен из металла с высокой проводимостью в форме усеченного конуса, обращенного меньшим по диаметру основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов в магнитном поле соленоида, сам соленоид размещают на расстоянии от источника электронов, обеспечивающем однородность магнитного поля от источника электронов до корпуса измерителя, и выполняют с возможностью формирования импульсного магнитного поля с длительностью, исключающей проникновение поля через стенки корпуса измерителя. Технический результат - повышение точности измерения. 4 ил.

Изобретение относится к области низкофоновых экспериментов по поиску редких событий, например взаимодействий темной материи с обычным веществом, и может быть использовано для экспериментов по исследованию взаимодействия нейтрино с энергией 1-100 МэВс веществом. Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений включает создание электрического поля в жидком ксеноне, подтягивание электронов ионизации к поверхности раздела жидкость - насыщенный пар, вытягивание электронов ионизации в газовую фазу и последующую их регистрацию в газовой фазе, при этом в жидком ксеноне растворяют электроотрицательное вещество, обладающее высоким коэффициентом захвата для электронов ионизации, термализованных под поверхностью раздела жидкого и газообразного ксенона, и обладающее одновременно низким коэффициентом захвата для дрейфующих в жидком ксеноне электронов ионизации. Технический результат - существенное уменьшение фона от задержанных подповерхностных электронов, уменьшение энергетического порога регистрации и повышение чувствительности. 1 ил., 1 табл.

Наверх