Газоразрядный электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения

 

Использование: приборы рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализа. Сущность изобретения: блок детектирования выполнен герметичным, газонаполненный и вакуумированный объемы в корпусе разделены изогнутым входным окном, окруженным вакуумированной частью корпуса, электроды зоны электролюминесценции .размещены в пространстве, охватываемом выходным окном и фотокатодом преобразователя , а анод фотоэлектронного преобразователя подключен к предусилителю с низким уровнем шумов, 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Н 01 J 47/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,.:::.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876107/25 (22) 23.10,90 (46) 15.12,92. Бюл. N. 46 (75) Д.А. Гоганов (56) Каталог Thorn EMl. Photomultlpllers, 1986, с,52.

Гоганов Д.А. и др. Конструкция и характер исти ки газового электрол юминесцентного детектора мягкого рентгеновского излучения ПТЗ, N 4, 1978, с,72 — 75, Авторское свидетельство СССР

N 533164, кл. Н 01 J 47!00, 1975. — Гоганов Д.А, и др, Отпаянный газовый электролюминесцентный детектор рентгеновского излучения с фокусирующей системой, ПТЭ, М 2, 1984, с.206 — 208.

Изобретение относится к конструкции газоразрядных детекторов ионизирующего излучения, использующих явление электролюминесценции газа под воздействием. ионизирующего излучения с последующим преобразованием в фотоэлектроны. Такие блоки детектирования предназначены, в частности, для рентгеноспектральной и рент-. геноструктурной аппаратуры, которая находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является расширение условий применения газоразрядных электролюминесцентных блоков детектирования ионизирующего излучения с одновременным улучшением их энергетического разрешения.

На чертеже показан предлагаемый блок детектирования. (54) ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ЗЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ БЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57} Использование . приборы рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализа, Сущность изобретения; блок детектирования выполнен герметичным, газонаполненный и вакуумированный объемы в корпусе разделены изогнутым входным окном, окруженным вакуумированной частью корпуса, электроды зоны электролюминесценции размещены в пространстве, охватываемом выходным окном и фотокатодом преобразователя, а анод фотоэлектронного преобразователя подключен к предусилителю с низким уровнем шумов, 2 з.п.ф-лы, 1 ил, Корпус 1 предлагаемого блока детектирования состоит из двух частей, жестко и герметично соединенных одна с другой на фланце 2. Внутренний объем корпуса разделен прозрачным для светового излучения. изогнутым выходным окном 3 на газонаполненную и вакуумированную части. В газонаполненной части корпуса выполнено прозрачное для ионизирующего излучения входное окно4. Вакуумированная часть корпуса 1 изогнута и охватывает выходное окно

3. Корпус снабжен штенгелем 5 для вакуумирования и штенгелем 6 для откачки и наполнения рабочим газом соответствующих его частей.

S газонаполненной части корпуса в пространстве, охватываемом выходным окном

3, размещены сетчатые электродь 7 и 8 эоны электролюминесценции, которые подклю1695834 чены к источнику высокого напряжения с помощью электрически изолированных от корпуса проводников 9 и 10, Фокусирующие электроды 11 также расположены в газонаполненной части корпуса в пространстве между входным окном 4 и зоной электролюминесценции и подключены к источнику напряжения с помощью проводника 12, электрически изолированного от корпуса. В вакуумированной части корпуса размещены фотокатод 13 и анод 14 фотоэлектронного преобразователя. Анод 14 подключен к предусилителю с низким уровнем шумов.

Фотокатод 13 нанесен на внутренн|ою поверхность вакуумированной части корпуса, а анод 14 выполнен в виде стержня, электрически изолированного от корпуса, Блок детектирования работает следующим образом.

При прохождении через окно 4 ионизирующего, например, рентгеновского излучения, его кванты поглощаются в газонаполненном обьеме корпуса 1 между окном 4 и сетчатым электродом 7, В результате поглощения в газовом обьеме появляется облако первичных электронов, которые в электрическом поле 200-400 В/см устремляются к электроду 7, Одновременно на облако электронов действует боковая сила фокусирующих электродов 11, собирающая электроны облака к оси корпуса. Таким образом, довольно широкий пучок рентгеновского излучения (диаметром 20 мм) образует вблизи электрода 7 облако электронов, сконцентрированное вдоль оси корпуса..Это облако под действием значительно более сильного поля между электродами 7 и 8 (4 кВ/см) проникает в межэлектродное пространство, возбуждая в процессе движения между электродами 7 и 8 атомы газа и вызывая его свечение, причем размеры области свечения газа адекватны размерам облака электронов между электродами 7 и 8. Таким образом, в зоне электролюминесценции возникает светящаяся область, расположенная практически в центре изогнутого выходного окна 3, Форма поверхности окна 3 выбирается в зависимости от решаемых задач, технологической целесообразности и себестоимости.

Наиболее интенсивное свечение при ксеноновом газовом наполнении корпуса 1 происходит в ультрафиолетовой (УФ) области длин волн. Кванты УФ радиально проходят через окно 3 и выбивают из фотокатода

13 фотоэлектроны, которые собираются на аноде 14, Собранный на аноде 14 заряд поступает на предусилитель с низким уровнем шумов, а после него на типичную электронную систему обработки сигнала, используемую. например, в газовых пропорциональныхых счетчиках.

В газовом обьеме корпуса 1 с ксеноновым выполнением под воздействием квантов рентгеновского излучения линии МпКд заряд первичного электронного блока близок к 280 электронам, Каждый из этих электронов в зоне электролюминесценции породит 450 квантов УФ-излучения. Считая, что 707 из них пройдут через окно 3 и попадут на фотокатод 13, чувствительность которого к этим квантам близка к 107,, получим, что общее количество заряда. собранного на аноде 14. будет 8600 электронов. Такое количество заряда можно без труда зарегистрировать с помощью малошумящего предусилителя (среднеквадратичный уровень флуктуационного шума на входе 100 электронов).

Блок детектирования обеспечивает возможность реализации вариантов с различной геометрией сбора световых квантов: полусферической (угол сбора 0 2 л или

0,5) или сферической (И 4 г или 1). Блоки детектирования со сферической геометрией конструктивно и технологически сложнее и соответственно дороже, Кроме того, они предназначены в основном для работы со слабым ионизирующим излучением или используются в аппаратах, обладающих небольшой светосилой. Поэтому наиболее широкое применение найдут блоки детектирования с полусферической геометрией

35 сбора световых квантов. В этом случае разрешение предлагаемого блока детектирования МпКд составит R 70, при йэр - 5,2 на линии МпКа в Хе наполнении, Q 0,5, 40 квантовой чувствительности фотокатода

0,1, уровне флуктуации шума предусилителя n = 100 электронов и емкости фотопреобразователя <1 пФ. Чувствительность предлагаемого блока детектирования может быть повышена путем подбора материала фотокатода, материала выходного окна и газового наполнения, Выбор варианта места нанесения слоя фотокатода 13 зависит как от подбора материалов выходного окна

3 и фотокатода 13. так и от комструкции анализатора, в котором блок детектирования используется.

Блок детектирования может работать как в проточном режиме ЭД, так и в отпаянном. Предлагаемые варианты выполнения блоков детектирования позволяют изготавливать отпаянные моноблоки, масса и габариты которых почти в два раза меньше, чем у прототипа. Кроме того, такой моноблок обладает гораздо более высокой вибраци1695834 онной устойчивостью по сравнению с прототипом. В нем практически отсутствуют

"уходы" амплитуды, присущие Ф3У,а также он не требует длительного времени вхождения в режим стабильной работы.

Свойства блока детектирования позволяют существенно расширить условия его применения. Его можно эффективно использовать не только в лабораторных условиях научно-исследовательских институтов, о и в портативных переносных приборах но и ем для экспресс-анализа. При этом по свое у энергетическому разрешению предлагаемыи и блок детектирования приближается к

"теплым" ППЛ, например, на основе Hg а, а по светосиле существенно превосходит их, Цель изобретения достигается и в том случае, если в газонаполненном объеме блока детектирования не будут размещены фокусирующие электроды, как это показано в приведенном выше примере. Отсутствие фокусирующих электродов упрощает консткцию и удешевляет блок детектирования. рук

При этом уменьшается возможность ре исг трации с повышенным энергетическим разрешением слабых потоков ионизирующего излучения. Однако параметры такого блока . детектирования высоки и он способен решать достаточно широкий круг задач в приборах различного уровня.

Формула изобретения

1,Газоразрядный электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения, содержащий газонаполненный

5 объем с прозрачным для ионизирующего излучения входным окном, зоной электолюминесценции, сформированной двумя электродами, прозрачным для светового излучения выходным окном, и вакуумирован10 ный объем, заключающий фотоэлектронный преобразователь, жестко соединенные друг

cдругом, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью расширения условий применения с улучшением энергетического разрешения, 15 корпус блока детектирования выполнен герметичным, газонаполненный и вакуумированный объемы в корпусе разделены изогнутым выходным окном, окруженным вакуумированной частью корпуса, электроды

20 зоны электролюминесценции размещены в пространстве, охватываемом выходным окном и фотокатодом преобразователя, а анод фотоэлектронного преобразователя подключен к предусилителю с низким уровнем

25 шумов.

2. Блок детектирования по п.1,о т л и ч аю шийся тем, что фотокатод нанесен на внутреннюю поверхность вакуумированной части корпуса.

30 3,Блок детектирования по п,1.о т л и ч аю шийся тем, что фотокатод нанесен на вакуумированную поверхность выходного окна.