Позиционно-чувствительный детектор ионизирующего излучения

 

Использование: в аппаратуре для регистрации изменения пространственного положения монохроматического рентгеновского излучения, в частности при измерении остаточных механических напряжений. Сущность изобретения: отличительная особенность позиционно-чувствительного детектора ионизирующего излучения - линейная зависимость амплитуды выходного сигнала от координаты. Эта зависимость достигается тем, что катод детектора имеет форму прямоугольного параллелепипеда с зазором в форме равнобочной трапеции в стороне, противоположной окну для пропускания излучения. В плоскости зазора симметрично расположен анод в форме равнобочной трапеции. Величины зазоров и углов между высотой равнобочной трапеции и боковыми сторонами определяются рабочей длиной детектора, величиной напряжения и разрешением. Линейность зависимости коэффициента газового усиления от координаты подтверждена экспериментально. По предварительным данным получено пространственное разрешение 42 мкм. 2 ил.

Изобретение относится к средствам регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано в аппаратуре, где необходимо регистрировать изменение пространственного положения монохроматического, например, рентгеновского излучения вдоль одного направления / в одной плоскости/. Оно может быть использовано в аппаратуре для рентгено-структурного анализа и, в частности, при измерении остаточных механических напряжений в конструкциях из металлов и сплавов.

Известен позиционно-чувствительный детектор ионизирующего излучения /1/, содержащий газонаполненный корпус с окном для пропускания излучения, катод в виде плоской микроканальной пластины /или плоского пропорционального счетчика, или плоского электронного умножителя с диодами в виде сеток/, отделенный от катода плоскопараллельным газовым промежутком плоский анод в форме полос и клиньев, причем как каждый клин так и каждая полоса анода отделены друг от друга небольшим зазором одинаковой ширины и находятся по отношению друг к другу практически под одним электрическим потенциалом.

В этом детекторе пространственное положение ионизирующего излучения вдоль одного выбранного направления определяется делением заряда собранного на всех клиньях или на всех полосах к сумме зарядов, собранных на всех клиньях и полосах.

Таким образом для определения пространственного положения ионизирующего излучения необходима электронная обработка сигналов. При этом наряду с шумами случайного распределения электронов по полосам и клиньям и обычными шумами предусилителей, здесь появляются дополнительные шумы. Все это ухудшает позиционное разрешение и ограничивает его на уровне 60-100 мкм.

Так же известен позиционно-чувствительный детектор ионизирующего излучения /2/, содержащий газонаполненный корпус с плоским окном-катодом для пропускания излучения и расположенным параллельно катоду плоским анодом, состоящим из узких и широких проводящих параллельных полос, разделенных небольшими зазорами одинаковой ширины, расположенных на плоской изоляционной подложке. На обратной стороне этой подложки расположен электрод из электропроводящего материала под определенным электрическим потенциалом. Его основное назначение снижение отрицательного влияния на параметры детектора положительных ионов.

Указанные полосы могут быть соединены либо в резистивные линии, либо в структуры в форме меандра, формирующие на этом же аноде линию задержки.

Определение пространственного положения ионизирующего излучения как в детекторах с резистивной линией, так и с линией задержки хорошо известно. Для этого необходимы несколько каналов усилителей и достаточно сложные системы электронной обработки сигналов. Кроме обычных шумов предусилителей им присущи и шумы электронных систем обработки, что ухудшает позиционное разрешение и ограничивает его на уровне 100-200 мкм /2/.

Наиболее близким предлагаемому техническому решению по совокупности общих существенных признаков является позиционно-чувствительный детектор /3/, содержащий газонаполненный корпус-катод, выполненный в виде цилиндра с окном для пропускания излучения, по оси которого расположена коническая анодная нить.

Образованная структура катод-анод обеспечивает изменение коэффициента газового усиления /КГУ/ вдоль анодной нити. Пространственное положение ионизирующего излучения в этом детекторе определяется по величине амплитуды сигнала с конической анодной нити.

Этот детектор не требует специальной электронной обработки сигнала для определения пространственного положения ионизирующего излучения, что существенно снижает вклад шумов в позиционное разрешение, а также увеличивает надежность в эксплуатации.

Основным недостатком такого позиционно-чувствительного детектора является большая погрешность при определении пространственного положения ионизирующего излучения вдоль анода /регистрируемой координаты/. Наличие такой погрешности определяется экспоненциальной зависимостью КГУ вдоль регистрируемой координаты.

Кроме того, этот тип детектора не обладает необходимой стабильностью и воспроизводимостью результатов измерений и может быть использован только для грубого определения изменения пространственного положения ионизирующего излучения.

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение линейности изменения КГУ вдоль регистрируемой координаты. Достижение этой цели улучшает величину позиционного разрешения, повышая точность определения пространственного положения ионизирующего излучения, так как в этом случае разрешение будет определяться по существу только шумами предусилителя.

Указанная задача достигается тем, что катод выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, на одной стороне которого расположено окно, а противоположная сторона разделена симметрично расположенным зазором в форме равнобочной трапеции, в котором в той же плоскости симметрично размещен анод, выполненный в виде равнобочной трапеции, причем величина зазором между катодом и анодом, а также значения углов между высотой и боковой трапеций, определены заданными значениями рабочей длины детектора, напряжения между катодом и анодом и величиной пространственного разрешения.

На фиг. 1 показан один из вариантов конструкции предлагаемого позиционно-чувствительного детектора ионизирующего излучения. На фиг.2 показана зависимость амплитуды сигнала вдоль анода.

Детектора содержит корпус 1 с окном 2 для пропускания излучения на одной стороне катода 3 и зазором 4 в форме равнобочной трапеции на противоположной стороне катода 3. В плоскости зазора 4 симметрично вдоль окна 2 размещен анод 5. Параллельно плоскости расположения анода 5 и вне структуры катод-анод расположен электрод 6 из электропроводящего материала.

Между катодом 3 и анодом 5 подключен источник высокостабильного напряжения, а анод 5 последовательно соединен с предусилителем /ЗЧУ/, линейным усилителем-формирователем и многоканальным амплитудным анализатором /на фиг. 1 не показаны/. Электрод 6 находится под определенным электрическим потенциалом.

Позиционно-чувствительный детектор ионизирующего излучения работает следующим образом. При величине напряжения между анодом 5 и катодом 3, достаточной для появления заметного сигнала с каждой облучаемой монохроматическим излучением точки анода 5 будет сниматься сигнал и регистрироваться многоканальнымм амплитудным анализатором в виде величины центра тяжести амплитуд сигналов, снятых за определенное время набора.

Экспериментальная проверка показала, что когда анод 5 имеет форму равнобочной трапеции, расположенной симметрично в зазоре 4 катода 3 также в форме равнобочной трапеции, то зависимость амплитуды импульса вдоль анода становится линейной.

Так как амплитуда сигнала прямо пропорциональна КГУ, то из линейности изменения амплитуды сигнала вдоль анода 5 следует и линейность изменения КГУ вдоль регистрируемой координаты.

В основном работы выполнялись с детектором, корпус которого был из керамики. Сторона катода 3 с окном 2 для пропускания излучения была образована впаянным плоским бериллиевым окном. Боковые стороны катода 3 - металлизированные внутренние поверхности керамического корпуса. Противоположная окну сторона катода 3 представляла собой металлизированную хромом стеклянную пластину, в которой методом фотолитографии были изготовлены симметрично расположенные зазор 4 в форме равнобочной трапеции и в этом зазоре в той плоскости симметрично расположенный анод 5 также в форме равнобочной трапеции. Элементы катода /бериллиевое окно, металлизация боковых внутренних сторон керамического корпуса 1, катодные части хрома на стеклянной пластине / соединялись электрически. На сторону стеклянной пластины, противоположную аноду, 5, наносился сплошной слой металла 6. Катод 3, анод 5 и электрод 6 электрически были соединены с вводами в керамическом корпусе 1.

Стеклянная пластина имела размеры 31330 мм. Угол между высотой трапеции и боковой стороной зазора 60 мин, а между высотой и боковой стороной анода 4 мин. Минимальная ширина анода 8 мкм. Минимальная ширина зазора 500мкм. Величина электрического сопротивления между катодом и анодом - 1013 Ом, а емкость 5 пФ, а между катодом и электродом на обратной стороне стеклянной пластины соответственно: 1012 Ом и 13 пФ.

В отпаянном детекторе со смесью Xe-CH4 /10%/ при напряжении катод-анод 1000 В, напряжении на электроде 6 минус 200 В с использованием 55F в качестве ионизирующего излучения активностью 20 микрокюри, времени набора 41 сек была получена разрешающая способность 42 мкм.

Корпус детектора может быть и металлическим. Структура катод-анод может быть изготовлена из супертонкого листового проката. Из него также может быть изготовлен и электрод 6.

Основные преимущества предложенного позиционно-чувствительного детектора ионизирующего излучения: потенциально высокое разрешение, простота в изготовлении и дешевизна в эксплуатации, высокая механическая прочность, возможность изготовления отпаянных приборов.

Формула изобретения

Позиционно-чувствительный детектор ионизирующего излучения, содержащий газонаполненный корпус с окном для пропускания излучения, структуру катод - анод, обеспечивающую изменение коэффициента газового усиления, отличающийся тем, что катод выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, на одной стороне которого расположено окно, а противоположная сторона имеет зазор в форме равнобочной трапеции, в котором в той же плоскости расположен анод также в форме равнобочной трапеции, причем зазоры и анод расположены симметрично относительно условной плоскости, проводящей нормально к плоскости анода и делящей его вдоль высоты анода посередине, а величины зазоров между катодом и анодом, а также значения углов между высотой и боковой стороной трапеции определены заданными значениями рабочей длины детектора, напряжения между катодом и анодом и величиной пространственного разрешения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к технике измерения параметров пучка заряженных частиц, и может быть использовано для измерения тока, положения и профиля пучка электронных и протонных ускорителей

Изобретение относится к способам регистрации ядерных излучений с помощью стримерных камер
Изобретение относится к методам регистрации ионизирующих излучений с помощью стримерных камер

Изобретение относится к регистрации пространственного направления рентгеновского излучения и может быть использовано в медицинской цифровой рентгенографии

Изобретение относится к газоразрядным трековым детекторам и может быть использовано в физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях

Изобретение относится к технике физического эксперимента с применением стримерной камеры и может быть использовано при исследовании процессов взаимодействия частиц и ядер с ядрами

Изобретение относится к области физики ядра и элементарных частиц

Изобретение относится к области регистрации рентгеновского излучения и может быть использовано для визуализации внутренней структуры объектов в медицинской диагностике, в системах досмотра, дефектоскопии и т.п. Многоканальная газовая ионизационная камера содержит заполненный газом корпус, прозрачный для рентгеновских лучей, по крайней мере, в месте их ввода, в котором размещен плоский конденсатор с расположенными параллельно пучку вводимого рентгеновского излучения сплошным анодом и катодом, разделенным на элементы, снабженные регистрирующей электроникой, которые образуют матрицу, имеющую не менее двух строк, столбцы матрицы ориентированы вдоль рентгеновских лучей, при этом в первой по ходу рентгеновских лучей строке матрицы регистрируются преимущественно кванты более низких энергий, а в каждой последующей - кванты все более высоких энергий. Технический результат - возможность при выполнении одной процедуры съемки одновременно получить несколько изображений объектов при разных эффективных энергиях излучения, что упрощает процесс досмотра людей и багажа. 2 ил.
Наверх