Герметичный алмазный детектор для спектрометрии нейтронов, в том числе в водном фантоме

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к герметичному детектору для спектроскопии нейтронов в водном фантоме. Чувствительным элементом является алмазный детектор. Алмазный детектор состоит из внешнего цилиндрического корпуса. В корпусе размещаются капсула с собственно алмазным детектором, внутренняя и внешняя шайбы с уплотнителями, торцевая гайка и сигнальный кабель. Детектор выполнен с возможностью обеспечения электрогерметичности алмазного детектора при одновременном обеспечении общей герметичности детектора с соблюдением условий спектрометрии нейтронов и возможностью замены алмазного детектора. Внутренняя и внешняя шайбы выполнены с фасками, куда устанавливается один уплотнитель. Внутренняя шайба выполнена с конусом. На конус надвигается внешняя изоляция сигнального кабеля и устанавливается второй уплотнитель. Конструкция уплотняется торцевой гайкой. Обеспечивается электрогерметичность алмазного детектора при одновременном обеспечении общей герметичности узла детектора с соблюдением условий спектрометрии нейтронов и возможностью замены собственно детектора. 1 ил.

 

Изобретение относится к области оснащения радиотерапевтических установок, в частности, терапевтических установок на базе нейтронных генераторов.

Известен герметизированный детектор в виде небольшой герметичной трубки с перегретыми каплями жидкости, рассеянными по всему полимеру. Когда нейтроны ударяют каплю, испускаются 2⁰ср, которые испаряют каплю, образуя пузырь. Доза нейтронов определяется путем подсчета пузырьков и применения калибровочного коэффициента. В этом случае невозможно проведение прямых, спектрометрических измерений.

(ICRS-13 & RPSD-2016. 13th International Conference on Radiation Shielding & 19th Topical Meeting of the Radiation Protection & Shielding Division of the American Nuclear Society - 2016 3rd Plenary invited talk: «Secondary Neutrons from Proton Radiation Therapy», Dr. Rebecca M. Howell, University of Texas, USA).

(US 393 894 B2 "Fast neutron spectroscopy with tensioned metastable fluid detectors")

Наиболее близким к заявляемому техническим решением являются камеры типа IC 30 с производства Wellhofer Dosimetry. Камеры имеют активный объем 0,3 см³, и являются водонепроницаемыми. Одна из камер из MgB с Ar наиболее близка по назначению и имеет внутреннее покрытие 92%-ного ¹⁰В.

(Simulation of neutron production at a medical linear accelerator. Institute of Experimental PhysicsUniversity of Hamburg, Julian Becker, Hamburg 6.7.2007, стр. 55).

Целью настоящего изобретения является обеспечение электрогерметичности алмазного детектора при одновременном обеспечении общей герметичности узла детектора с соблюдением условий спектрометрии нейтронов и возможностью замены собственно детектора.

Поставленная цель достигается тем, что конструкция корпуса алмазного детектора изготавливается из слабо активируемых материалов и герметизируется как со стороны установки алмазного детектора, так и в месте ввода сигнального кабеля с использованием элемента выбранного сигнального кабеля.

Корпус детектора выполнен в виде цилиндра, где размещается капсула с алмазным детектором, шайба сопряжения капсулы алмазного детектора с сигнальным кабелем и узел герметизации всего детектора из трех деталей.

Существенно новым является использование для герметизации изнутри по периметру внешнего корпуса двух шайб со встречно снятыми фасками, в стык которых помещается уплотнительное кольцо. При этом внутренняя шайба выполнена с конусом, на который надвигается внешний изолятор сигнального кабеля с собственным уплотнителем. Вся конструкция затягивается внешней торцевой гайкой, что обеспечивает раздавливание обоих уплотнителей и надежно герметизирует всю конструкцию, сохраняя ее электрогерметичность. В конструкции детектора используется только нержавеющая сталь, медь и керамика. Уплотнители - резиновые кольца. При такой конструкции детектора становится возможным:

1. получить полностью электрогерметичный алмазный детектор;

2. обеспечить герметичность конструкции детектора для проведения измерений жидких средах;

3. использование указанных материалов обеспечивает возможность спектрометрии нейтронов без влияния активационных частиц.

Заявленное изобретение проиллюстрировано чертежом, где на Фиг. 1 изображен герметичный алмазный детектор в разрезе;

Детектор состоит из:

1. алмазный чувствительный элемент;

2. внешний цилиндрический корпус (сталь нержавеющая);

3. внешняя торцевая гайка (сталь нержавеющая);

4. внутренняя шайба с конусом (сталь нержавеющая);

5. внешняя шайба (сталь нержавеющая);

6. шайба сопряжения капсулы алмазного детектора с сигнальным кабелем (медь);

7. корпус капсулы (медь);

8. крышка капсулы (медь);

9. столик (медь);

10. гайка (медь);

11. изоляторы (керамика);

12. диафрагма (медь).

Порядок сборки детектора осуществляется следующим образом в соответствии с фиг. 1:

Шаг 1: Столик 9 устанавливается в изоляторы 11, гайка 10 накручивается на столик 9 для прижима изоляторов.

Шаг 2: В корпус капсулы 7 устанавливается диафрагма 12 на диафрагму кладется алмазный чувствительный элемент, собранная на предыдущем шаге конструкция из столика изолятора и гайки устанавливается на алмаз после чего закручивается крышкой капсулы 8.

Шаг 3: К столику 9 припаивается центральная жила кабеля. Оплетка кабеля припаивается к шайбе 6 далее вся конструкция помещается в корпус 2, фиксируется шайбой 5, между шайбой 5 и 4 зажимается внешний изолятор сигнального кабеля, далее конструкция закручивается торцевой гайкой 3, таким образом осуществляется герметизация всего детектора.

По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция позволяет проводить прямые спектрометрические измерения нейтронов в различных средах, в том числе в водном фантоме и является при этом разборной.

Реализация данной конструкции представлена на фиг. 2, где 1 - герметичный алмазный детектор, 2 - разъем для подключения.

Детектор (реализация согласно фиг. 1) тестировался под облучением нейтронного генератора ИНГ-07Т2 в составе предусилителя Canberra и АЦП Ortec, фиксировался спектр отклика герметичного алмазного детектора на облучение 14 МэВ нейтронами. Далее детектор был полностью погружен на дно емкости с водой на 22 часа, после чего повторно тестировался под облучением нейтронного генератора ИНГ-07Т2. На фиг. 3 показаны спектры отклика реализованной конструкции герметичного алмазного детектора до погружения в воду и сразу же после выдерживания в воде в течение 22 часов.

После 22-х часов нахождения в воде спектральный отклик алмазного детектора под облучением от нейтронного генератора практически не изменился, то есть детектор сохранил свои спектрометрические свойства. Небольшой пик в районе 700 канала, появившийся после выдерживания в воде, соответствует примерно 4,7 МэВ, что является 1/3 от энергии 14 МэВ нейтронов, и обусловлен протонами отдачи воды, появившейся позади чувствительной пластины.

Герметичный детектор для спектроскопии нейтронов в водном фантоме, в котором в качестве чувствительного элемента используется алмазный детектор, состоящий из внешнего цилиндрического корпуса, в котором размещаются капсула с собственно алмазным детектором, внутренняя, внешняя шайбы с уплотнителями, торцевая гайка и сигнальный кабель, отличающийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения электрогерметичности алмазного детектора при одновременном обеспечении общей герметичности детектора с соблюдением условий спектрометрии нейтронов и возможностью замены алмазного детектора, внутренняя и внешняя шайбы выполнены с фасками, куда устанавливается один уплотнитель, при этом внутренняя шайба выполнена с конусом, на который надвигается внешняя изоляция сигнального кабеля и устанавливается второй уплотнитель, а вся конструкция уплотняется торцевой гайкой.