Сцинтилляционный детектор



Сцинтилляционный детектор
Сцинтилляционный детектор
Сцинтилляционный детектор
Сцинтилляционный детектор
Сцинтилляционный детектор

 


Владельцы патента RU 2408905:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения и идентификации опасных материалов как активными, так и пассивными методами на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, пунктах таможенного досмотра, публичных местах и т.д. Технический результат - формирование универсальных детекторов с преобразователями излучения любого типа с эффективной площадью или объемом, определяемыми только затуханием света в светопереизлучающих элементах, уменьшение количества фотоприемников по сравнению с количеством преобразователей излучений, считывание сцинтилляционного сигнала с преобразователей, окруженных со всех сторон другими преобразователями. Технический результат достигается тем, что преобразователи излучения расположены в точках пересечения двух- или трехмерной координатной сетки. Преобразователи излучения соединены с соседними линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на них с оптическим контактом. 5 ил.

 

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения и идентификации опасных материалов как активными, так и пассивными методами на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, пунктах таможенного досмотра, публичных местах и т.д.

Известен ряд сцинтилляционных детекторов.

Детектор, содержащий соприкасающиеся сцинтилляторы, фотоприемное устройство и блок электронной обработки сигналов. Грани сцинтиллятора обеспечивают оптический контакт. Патент Российской Федерации №2259573, МПК7 G01T 1/00, 2005 г.

Сцинтилляционный детектор, содержащий два соприкасающихся сцинтиллятора, фотоприемное устройство и блок электронной обработки сигналов. Каждый из сцинтилляторов выполнен в виде шара и покрыт светоотражающим покрытием. Сцинтилляторы размещены в корпусе, покрытом внутри светопоглощающим покрытием. Патент Российской Федерации №2303278, МПК7 G01T 1/00, 2007 г.

Сцинтилляционный детектор, содержащий пластиковый сцинтиллятор в форме призмы или цилиндра для регистрации быстрых нейтронов, выполненный с одним каналом и размещенным в нем волоконным сцинтилляционным световодом, светоотражающее зеркало, фотодиодное фотоприемное устройство и блок электронной обработки сигналов. Патент Российской Федерации №2303798, МПК7 G01T 1/00, 2007 г.

Световолоконный сцинтилляционный детектор, содержащий сборку сцинтилляционных волокон, предназначенных для регистрации гамма-излучения, и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом. Сборка сцинтилляционных волокон содержит волокна для регистрации тепловых нейтронов и волокна для регистрации быстрых нейтронов и помещена в оболочку с внутренним светоотражающим покрытием, фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников. Патент Российской Федерации №2323453, МПК7 G01T 3/20, 2008 г.

Устройство для считывания сцинтилляционного сигнала, содержащее светосборник в виде пластины из прозрачного материала, по крайней мере, одно светопереизлучающее волокно, два фотодиода и электронную плату с двумя усилителями-дискриминаторами и схемой совпадений. Светосборник покрыт светоотражающим, установленным с зазором, а затем светозащитным материалами. Патент Российской Федерации на полезную модель №77053, G01T 1/20, 2008 г.

Сцинтилляционный детектор со сцинтилляторами различного типа и фотоприемниками. Сцинтиллятор содержит не менее двух составных элементов различного типа, установленных последовательно, на одном из торцов составного сцинтиллятора установлено такое же количество фотоприемников со спектральными чувствительностями или светофильтрами, согласованными с соответствующим типом составного элемента сцинтиллятора. Патент Российской Федерации №2371739, МПК7 G01T 1/20, 2009.

Координатно-чувствительный детектор, содержащий блок сцинтиллирующих оптических элементов со светопереизлучающими волокнами, на торцах которых расположены фотодиоды, фотодиоды снабжены выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек, отличающийся тем, что блок выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующей пластины, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд светопереизлучающих волокон, фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. Патент Российской Федерации №2351954, G01T 3/06, 2009.

Известен двухкоординатный детектор, преобразователь излучения в котором выполнен в виде сцинтиллирующей пластины с закрепленными на ней на разных плоскостях рядами светопереизлучающих волокон, расположенных перпендикулярно друг другу, а фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. Патент Российской Федерации №2353952, G01T 3/06, 2009. Прототип.

Все перечисленные аналоги и прототип имеют общий недостаток: регистрируют ограниченное число видов излучения, требуют большого количества фотоприемников, количество которых пропорционально площади или объему детектора, чувствительность устройств зависит от их положения относительно источника, местонахождение которого в общем случае неизвестно, что требует дополнительных измерений для его нахождения, не имеют возможности целенаправленно изменять спектр излучения или преобразовывать его в другой вид излучения с целью получения дополнительной информации об излучении или для повышения эффективности его регистрации.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является формирование универсальных сцинтилляционных детекторов, содержащих преобразователи излучения любого типа, возможность создания детекторов, эффективная площадь или объем которых определяются только затуханием света в светопереизлучающих элементах, уменьшение количества элементов фотоприемников или самих фотоприемников по сравнению с количеством преобразователей излучений, исключение влияния пространственного положения источника излучения по отношению к устройству на работоспособность и чувствительность устройства, возможность введения в устройство дополнительных материалов для целенаправленного изменения характеристик излучения, возможность считывания сцинтилляционного сигнала с преобразователей, окруженных со всех сторон другими преобразователями.

Технический результат достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, содержащем N преобразователей излучения с закрепленными на них рядами светопереизлучающих волокон и фотоприемники, преобразователи излучения расположены в точках пересечения двух- или трехмерной координатной сетки, каждый преобразователь излучения последовательно соединен с соседними, по крайней мере, по двум направлениям координатной сетки линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на каждом преобразователе излучения с оптическим контактом, причем преобразователи излучения и линейные светопереизлучающие элементы покрыты светоотражающим и светозащитным материалами.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-5.

На фиг.1 изображено устройство сцинтилляционного детектора с N преобразователями излучения, размещенными в одной плоскости, где 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, расположенные в параллельных плоскостях по разные стороны от преобразователей излучения 1, 3 - фотодетекторы, 4 - преобразователь, положение которого определено при срабатывании фотодетекторов 3.

На фиг.2 изображено устройство сцинтилляционного детектора с N преобразователями излучения, размещенными с одной стороны преобразователей излучения, где 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, размещенные с одной стороны от преобразователей излучения 1.

На фиг.3 изображено устройство сцинтилляционного детектора с N преобразователями излучения, размещенными с одной стороны преобразователей излучения по их диагоналям, где 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, размещенные с одной стороны от преобразователей излучения 1. Преимущество диагонального расположения спектропереизлучающих элементов состоит в большей площади оптического контакта с преобразователем излучения и улучшении из-за этого светосбора примерно в 1,41 раза.

На фиг.4 изображено устройство считывания сцинтилляционного детектора с трехмерного набора N преобразователей излучения, где 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы.

На фиг.5 представлена схема сцинтилляционного детектора со считыванием сигнала с преобразователей излучения с помощью фотодетекторов, включенных в схему совпадений, где 1 - преобразователи излучения (вид со стороны источника), 2 - светопереизлучающие элементы, 3 - фотодетекторы, 5 - аналоговые усилители, 6 - дискриминаторы, 7 - схемы совпадений.

Рассмотрим работу устройства на примере фиг.1. Преобразователи излучения 1 выполнены в виде прямых параллелепипедов (в частности, кубиков) и не имеют оптического контакта между собой. Каждый преобразователь излучения 1 имеет контакт с двумя скрещивающимися во взаимно перпендикулярных направлениях светопереизлучающими элементами 2. При возникновении сцинтилляционной вспышки в преобразователе 4 (фиг.1) фотоны от этой вспышки попадают в два скрещивающихся светопереизлучающих элемента 2, где переизлучаются и распространяются по светопереизлучающим элементам 2 к их торцам за счет полного внутреннего отражения от покрытия из светоотражающего материала. Фотоны, пришедшие на торцы светопереизлучающих элементов 2, регистрируют фотодетекторами 3. Положение преобразователя излучения 4, в котором произошла сцинтилляционная вспышка, определяют по номерам фотодетекторов 3, на которых сигнал появился практически одновременно.

Преобразователи излучения 1 покрыты светоотражающим материалом для увеличения количества фотонов, попадающих в светопереизлучающие элементы 2, и светозащитным материалом, чтобы свет не попал в соседние преобразователи излучения 1 и соответствующие им светопереизлучающие элементы 2.

Преобразователи излучения 1 выполняют из различных материалов, что позволяет регистрировать любой вид излучения. Для регистрации рентгеновского и гамма-излучений в состав детектора вводят преобразователи излучения 1 из сцинтилляторов: NaI, CsI, BGO, BaF2 и другие. Для регистрации тепловых нейтронов вводят пластмассовый сцинтиллятор с добавками бора или слои сцинтиллятора на основе изотопа лития-6 (Li6FZnS) или бора-10. Для регистрации быстрых нейтронов и гамма-излучений вводят преобразователи на основе пластмассовых сцинтилляторов.

Тип преобразователей 1, их количество, размер, форма и расстояние между преобразователями определяют исходя из требований к системе регистрации. Ограничения на указанные параметры накладывают эффективность сбора света с преобразователя излучения на светопереизлучающий элемент и длину затухания света в светопереизлучающих элементах, которая достигает нескольких метров.

Светопереизлучающие элементы 2 выполняют из пластмассового сцинтиллятора со спектросмещающими добавками, покрывают оболочкой из прозрачного материала, обычно из полиметилметакрилата, с коэффициентом преломления, меньшим, чем пластмассовый сцинтиллятор, для увеличения количества фотонов, транспортируемых к фотодетекторам. Для уменьшения числа фотонов, которые могут попасть в соседние светопереизлучающие элементы 2, переизлучиться и попасть в соседние фотодетекторы 3, их экранируют друг от друга светонепроницаемым материалом.

В качестве фотодетекторов используют двухкоординатные ФЭУ или фотодиоды. В случае фотодиодов для уменьшения влияния их собственных шумов фотодиоды попарно включают по схеме совпадений. Для этого вместо одного светопереизлучающего элемента 2 в оптический контакт с преобразователем излучения 1 приводят два светопереизлучающих элемента 2, расположенных в одном направлении (фиг.5).

Оптический контакт светопереизлучающих элементов 2 и фотодетекторов выполнен либо непосредственно, либо с помощью промежуточного оптоволокна. Фотодетекторы и последующие электронные схемы располагают с одной стороны от устройства. Расстояние, на котором фотодетекторы и электронные схемы располагают от устройства, ограничено длиной затухания света в спектросмещающих элементах и оптоволокне и может достигать нескольких метров. Размещение преобразователей излучения 1 в узлах трехмерной координатной сетки и удаление фотодетекторов от преобразователей излучения делает устройство нечувствительным к положению устройства относительно источника излучения и обеспечивает возможность защиты электроники от воздействия излучений

Для уменьшения числа каналов регистрации, в том числе, количества фотодетекторов, преобразователи излучений 1 располагают на расстоянии друг от друга. При этом для получения дополнительной информации об излучении или повышения эффективности регистрации путем изменения спектра излучения или его преобразования в другой вид излучения промежутки между преобразователями заполняют одним или несколькими материалами. При регистрации быстрых нейтронов путем их замедления и регистрации замедлившихся нейтронов с помощью преобразователей излучения 1 из сцинтиллирующей пластмассы с добавками бора или содержащих слои сцинтиллятора на основе изотопа лития-6 (L6FZnS) или бора-10 промежутки заполняют водородосодержащим веществом, например полиэтиленом, который эффективно замедляет быстрые нейтроны. При регистрации гамма-излучения промежутки заполняют веществом с большим зарядом ядра, например свинцом, который преобразует гамма-излучение в более мягкое излучение и электроны, которые более эффективно регистрируются.

Сцинтилляционный детектор, содержащий N преобразователей излучения с закрепленными на них рядами светопереизлучающих волокон и фотоприемники, отличающийся тем, что преобразователи излучения расположены в точках пересечения двух- или трехмерной координатной сетки, каждый преобразователь излучения последовательно соединен с соседними, по крайней мере, по двум направлениям координатной сетки линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на каждом преобразователе излучения с оптическим контактом, причем преобразователи излучения и линейные светопереизлучающие элементы покрыты светоотражающим и светозащитным материалами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к фотоприемным устройствам для черенковских РИЧ-детекторов (RICH-Ring Imaging Cherenkov), регистрирующих кольцевое черенковское излучение, и может быть использовано в экспериментах в области физики элементарных частиц высоких энергий (ионов, каонов и протонов) для определения их зарядов и скоростей в широком диапазоне их импульсов и для их идентификации.

Изобретение относится к области детектирования ядерных излучений, в частности, быстрых нейтронов. .

Изобретение относится к регистрации рентгеновского и гамма-излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.

Изобретение относится к регистрации рентгеновского и гамма излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.

Детектор // 2377601
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений с помощью сцинтилляционных детекторов. .

Изобретение относится к области регистрации радиационных излучений сцинтилляционными детекторами. .

Годоскоп // 2371740
Изобретение относится к области обнаружения радиоактивных материалов и источников. .

Изобретение относится к области обнаружения радиоактивных материалов и источников с помощью радиационных детекторов с пластмассовым сцинтиллятором. .

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений, к области обнаружения источника ионизирующего излучения на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.д.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для регистрации излучений радиационными методами. .

Изобретение относится к детектору нейтронов для детектирования нейтронов в областях с существенным - или -излучением, содержащему чувствительный к нейтронам кристалл-сцинтиллятор (10), обеспечивающий сигнал захвата нейтрона, который сильнее сигнала захвата -излучения, с энергией 3 МэВ, полупроводниковый фотодетектор, оптически соединенный с кристаллом-сцинтиллятором, причем кристалл-сцинтиллятор и полупроводниковый фотодетектор (20) выбирают таким образом, чтобы время сбора полного заряда для сигналов сцинтиллятора в полупроводниковом фотодетекторе превышало время сбора полного заряда для сигналов, генерируемых непосредственно детектированием ионизирующего излучения в полупроводниковом фотодетекторе, детектор нейтронов также содержит устройство сэмплирования сигналов детектора, устройство (35) обработки цифровых сигналов, средство, которое отличает сигналы непосредственно из полупроводникового фотодетектора, индуцированные - или -излучением и по меньшей мере частично поглощаемые полупроводниковым фотодетектором, от сигналов света, поступающих в полупроводниковый фотодетектор, испускаемые кристаллом-сцинтиллятором после захвата по меньшей мере одного нейтрона, путем разделения по форме импульса, используя различие между временем сбора полного заряда для сигналов сцинтиллятора от времени сбора полного заряда для сигналов, генерируемых прямым детектированием ионизирующего излучения в полупроводниковом фотодетекторе, и средство, которое отличает индуцированные нейтронами сигналы от индуцированных -излучением сигналов в кристалле-сцинтилляторе путем разделения разных сигналов по высоте их импульса, используя различие между количеством фотонов, сгенерированных нейтроном и -излучением, в интересующей области

Годоскоп // 2416112
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения радиоактивных материалов и источников

Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам для регистрации ионизирующих излучений, обнаружения источников излучений, определения направления на них и их идентификации, для измерения спектра быстрых нейтронов

Изобретение относится к области детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа для использования в скважинном каротажном инструменте

Изобретение может быть использовано в медицинских томографах, при неразрушающем контроле в промышленности, для обеспечения безопасности при осмотре личного имущества, в физике высоких энергий. Сцинтиллятор для детектирования нейтронов содержит кристалл фторида металла из ряда, включающего LiCaAlF6, LiSrAlF6, LiYF4, служащий в качестве матрицы, в котором содержание атомов 6Li в единице объема (атом/нм3) от 1,1 до 20. Кристалл имеет эффективный атомный номер от 10 до 40 и содержит, по меньшей мере, один вид лантаноида, выбранного из группы, состоящей из церия, празеодима и европия. Нейтронный детектор содержит указанный сцинтиллятор и фотодетектор. Для получения кристалла фторида металла расплавляют смесь, составленную из фторида лития, фторида указанного металла, имеющего валентность 2 или выше, и фторида лантаноида, и выращивают монокристалл из расплава. Сцинтиллятор по изобретению имеет высокую чувствительность к нейтронному излучению и пониженный фоновый шум, связанный с γ-лучами. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно тепловых нейтронов, содержащему гамма-лучевой сцинтиллятор, упомянутый сцинтиллятор содержит неорганический материал с длиной ослабления Lg менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-излучения для энергичных гамма-лучей в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем гамма-лучевой сцинтиллятор дополнительно содержит компоненты, для которых умножение сечения захвата нейтрона на концентрацию дает длину поглощения Ln для тепловых нейтронов, которая больше 0,5 см, но меньше пятикратной длины ослабления Lg, предпочтительно, меньше двукратной длины ослабления Lg для гамма-лучей с энергией 5 МэВ в сцинтилляторе, причем нейтронпоглощающие компоненты гамма-лучевого сцинтиллятора высвобождают энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтрона, в основном посредством гамма-излучения, причем гамма-лучевой сцинтиллятор имеет диаметр или длину края по меньшей мере 50% Lg, предпочтительно, по меньшей мере Lg, для поглощения существенной части энергии гамма-лучей, выделяемой после захвата нейтрона в сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит детектор света, оптически соединенный с гамма-лучевым сцинтиллятором для детектирования количества света в гамма-лучевом сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная гамма-энергия Esum выше 2,614 МэВ. Технический результат - повышение точности детектирования нейтронов. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно, тепловых нейтронов, содержащему по меньшей мере одну первую секцию (102) с высокой способностью к поглощению нейтронов и по меньшей мере одну вторую секцию (101) с низкой способностью к поглощению нейтронов, причем вторая секция содержит гамма-лучевой сцинтиллятор, материал гамма-лучевого сцинтиллятора содержит неорганический материал с длиной ослабления менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-лучей для энергичных гамма-лучей во второй секции, где материал первой секции выбран из группы материалов, высвобождающих энергию, сообщаемую первой секции за счет захвата нейтрона, в основном, посредством гамма-излучения, и где вторая секция окружает первую секцию таким образом, что существенный участок первой секции покрыт второй секцией, устройство дополнительно содержит детектор света (103) 1, оптически соединенный со второй секцией для детектирования количества света во второй секции, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем это приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением второй секции, где оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная энергия гамма-кванта E (sum) выше 2,614 МэВ. Технический результат - повышение точности детектирования нейтронов. 6 н. и 39 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к метрологии излучений, а именно к способу измерения интенсивности радиационного излучения, и может быть использовано в мониторных и радиографических сцинтилляционных детекторах рентгеновского и гамма-излучений, а также быстрых нейтронов. Техническим результатом изобретения является измерение вклада фонового излучения в сигнал детектора, повышение точности измерений, обеспечение измерений в сложных радиационных условиях, уменьшение ограничений на размеры детектирующего элемента. Технический результат достигается тем, что для измерения интенсивности излучения источника измеряют пространственное распределение полного сигнала Iполн(х) вдоль направления распространения первичного излучения, нормируют методом наименьших квадратов измеренное и теоретическое распределения до совпадения их значений на начальном участке, находят пространственное распределение фонового сигнала из условия: Iфон(х)=Iполн(х)-Iтеор(х), а пространственное распределение полезного сигнала находят как разность между распределениями полного и фонового сигналов, где: Iтеор(х)=А·ехр[-µ(E)·x] - теоретическое распределение полезного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения, Iполн(х) - пространственное распределение полного сигнала, µ(Е) - коэффициент линейного ослабления первичного излучения в веществе сцинтиллятора, x - направление первичного излучения, Е - энергия первичного излучения. 1 ил.

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). Часть гадолиния (Gd) дополнительно может быть замещена по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, состоящей из иттрия (Y) и лютеция (Lu). GOS дополнительно содержит цериий (Се) и/или празеодим (Pr) в качестве примеси. Керамический GOS является кристаллическим. Устройство визуализации содержит по меньшей мере, один радиационный источник и радиационный детектор, содержащий указанный сцинтилляционный материал, а также оптически связанный с ним фотодетектор. Между сцинтилляционным материалом и фотодетектором расположен спектральный фильтр для блокирования света с длиной волны, превышающей примерно 900 нм, или инфракрасный свет, испускаемый сцинтилляционным материалом. Изобретение позволяет уменьшить послесвечение сцинтилляционного материала. 6 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Наверх