Экспресс-детектор

Экспресс-детектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 (CH)_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: 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 NaI-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 NaI-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, МПК: G01T 1/20, 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, возможность проведения экспресс-анализа.

Технический результат достигается тем, что детектор, содержащий датчик, включающий сцинтилляторы, выполненные в виде двух пластин с параллельными соприкасающимися гранями, из сцинтилляторов, чувствительных к разным видам излучения, и блок электронной обработки сигналов, содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, 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. Фотодиоды соединены со схемой совпадений. Детектор выполнен сдвоенным и симметричным относительно светопереизлучающего волокна. Детектор выполнен сдвоенным и симметричным относительно светоотражающей перегородки. Детектор выполнен в виде многослойного блока из разделенных светоотражающей перегородкой двух пластинчатых детекторов со светопереизлучающим волокном. Детектор выполнен в виде многослойного блока из сдвоенного и симметричного относительно переключающего волокна детекторов, разделенных светоотражающей перегородкой.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-фиг.6.

На фиг.1 представлен поперечный разрез детектора, где 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, или сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 3 - светопереизлучающее волокно.

На фиг.2 схематично представлен вид сверху на пакет пластин сцинтиллятора, где 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 3 - светопереизлучающее волокно, 4 - фотодиоды.

На фиг.3 представлен сдвоенный детектор ионизирующих излучений, симметричный относительно светопереизлучающего волокна, где 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, или сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 3 - светопереизлучающее волокно.

На фиг.4 представлен сдвоенный детектор ионизирующих излучений со светоразделяющей перегородкой, где 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, или сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 3 - светопереизлучающее волокно, 5 - светоразделяющая перегородка.

На фиг.5 представлен многослойный вариант сдвоенного детектора, разделенного светоразделяющей перегородкой.

На фиг.6 представлен многослойный вариант симметричного сдвоенного детектора, разделенного светоразделяющей перегородкой.

На фиг.7 представлен поперечный разрез детектора, где 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, 3 - светопереизлучающее волокно, 6 - сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов.

Детектор предназначен для одновременной регистрации двух видов ионизирующих излучений и содержит сцинтилляционные пластины 1, 2, предназначенные для регистрации того или иного вида излучения.

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

Одна или обе пластины 1, 2 содержат светопереизлучающее волокно 3, с одним или двумя фотодиодами 4 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 4 и некоторых фоновых излучений.

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

Материал сцинтилляционных пластин 1 и 2 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 предотвращения попадания в фотодиоды 4 внешнего света пластины 1 и 2 разделены светоразделяющей перегородкой 5. Фотоны сцинтилляционной вспышки, возникшие в сцинтилляционной пластине 1 или 2, распространяются по ее объему 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 4. 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.

1. Детектор, содержащий датчик, включающий сцинтилляторы, выполненные в виде двух пластин с параллельными соприкасающимися гранями, из сцинтилляторов чувствительных к разным видам излучения и блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что детектор содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, 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.

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

3. Детектор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен сдвоенным и симметричным относительно светопереизлучающего волокна.

4. Детектор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен сдвоенным и симметричным относительно светоотражающей перегородки.

5. Детектор по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительную пластину сцинтиллятора для регистрации тепловых нейтронов.

6. Детектор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде многослойного блока из разделенных светоотражающей перегородкой двух пластинчатых детекторов со светопереизлучающим волокном.

7. Детектор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде многослойного блока из сдвоенного и симметричного относительно переключающего волокна детекторов, разделенных светоотражающей перегородкой.