Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор



Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор
Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор
Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор

 


Владельцы патента RU 2577088:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ-ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ" (RU)

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения. Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор представляет собой рабочий объем с зеркально или диффузно отражающими стенками, внутри которого плотно к стенкам размещен полистирольный сцинтиллятор в виде пластины с канавками на фронтальной поверхности или отверстиями в пластине, через которые проходят спектросмещающие волокна, один или оба торца которых пристыкованы к фоточувствительным поверхностям фотоприемников, расположенных внутри или вне рабочего объема, при этом сцинтиллятор и спектросмещающие волокна, размещенные в рабочем объеме детектора, содержат соответственно сцинтилляционные и спектросмещающие добавки, высвечивающие в области длин волн более 550 нм. Технический результат - упрощение технологии изготовления сцинтилляционных детекторов при одновременном улучшении их характеристик. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения, в частности к сцинтилляционным детекторам на основе пластмассовых сцинтилляторов, в которых для вывода излучения применяются спектросмещающие волокна, и может быть использовано при создании экономичных крупногабаритных детекторов частиц для исследований по физике высоких энергий, ядерной физике, радиационной медицине и в различных технических приложениях.

Известны конструкции сцинтилляционных детекторов на основе пластмассовых сцинтилляторов с выводом излучения с помощью спектросмещающих волокон, например R. Wojcik et al. Nucl. Instr. and Meth. A 342 (1994) 416-435. Такие детекторы обычно представляют собой сцинтилляционные пластины различной формы с канавками для размещения спектросмещающих (WLS) волокон. Для увеличения оптического сигнала в волокнах последние обычно вклеиваются в канавки оптическими клеями.

Основными недостатками таких детекторов являются следующие:

1. Низкая радиационная стойкость таких детекторов, связанная с тем, что обычно используемые пластмассовые сцинтилляторы на основе полистирола или поливинилтолуола и спектросмещающие волокна на основе полистирола имеют спектры излучения соответственно с максимумами в интервалах 420-430 нм и 480-500 нм, в области которых наблюдается сильная зависимость длины затухания сцинтилляционного света от дозы радиационного излучения (Бреховских В.В., Гладышев В.А., Васильченко В.Г. и др. // ПТЭ. 1992. №2. С.95.).

2. Обычная практика использования для регистрации переизлученного WLS волокнами сцинтилляционного излучения фотоумножителями (ФЭУ) в случаях работы детекторов в сильных, в диапазоне единиц тесла, магнитных полях требует использования вместе с WLS волокнами еще и транспортных оптических волокон для вывода света из области магнитного поля, что усложняет конструкцию детекторов и уменьшает сигналы ФЭУ из-за поглощения света в волокнах.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является техническое решение, использованное компанией КУРАРЕЙ, Япония. Увеличение радиационной стойкости сцинтилляторов (сцинтилляционных волокон) было достигнуто благодаря смещению максимума спектра излучения сцинтилляторов в более длинноволновую область спектра (Kuraray official site, 2013. Plastic scintillating Fibers). Смещение максимумов спектров излучения сцинтилляционных волокон за счет использования соответствующих сцинтилляционных добавок от 437 нм к 530 нм позволило существенно увеличить их радиационную стойкость.

Техническим результатом заявляемого изобретения является существенное упрощение технологии изготовления сцинтилляционных детекторов при одновременном улучшении их характеристик.

Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор предназначен для работы в интенсивных радиационных и магнитных полях. Детектор состоит из сцинтилляционной пластины с канавками для размещения WLS волокон, один или оба торца которых пристыкованы к рабочей фоточувствительной поверхности кремниевых ФЭУ. В качестве сцинтиллятора может быть использован также требуемой формы объем, заполненный сцинтилляционными гранулами, через который проходят WLS волокна. Важным моментом является то обстоятельства, что кремниевые ФЭУ совершенно нечувствительны к магнитным полям, что позволяет отказаться от транспортных оптических волокон для вывода фотоприемников из области магнитных полей и, таким образом, упростить конструкцию детектора.

В качестве иллюстрации конструкции детектора на Фиг.1 показаны две проекции части детектора на основе сцинтилляционной пластины с одним рядом спектросмещающих волокон. На фронтальной поверхности сцинтилляционной пластины (4), помещенной в форму со стенками (1), покрытыми отражающим слоем (2), имеются канавки (3) для размещения спектросмещающих волокон (5). Спектросмещающие волокна проходят через канавки (3) и один торец каждого волокна пристыковывается к фоточувствительной поверхности кремниевых ФЭУ (7). Противоположные торцы волокон покрыты зеркально отражающим слоем (6). Расстояние между волокнами и толщина пластины в несколько раз меньше длины затухания сцинтилляционного излучения в пластине (4) в отсутствии канавок на сцинтилляторе.

Заявляемый детектор работает следующим образом: заряженная частица, проходя через толщину сцинтилляционной пластины, возбуждает сцинтилляционное излучение, которое распространяется по рабочему объему пластины и поглощается спектросмещающими волокнами. Поглощенное излучение переизлучается волокнами в более длинноволновом диапазоне и транспортируется ими к кремниевым фотоумножителям, вызывая сигнал на их выходах. Увеличение радиационной стойкости детектора достигается за счет смещения спектров излучения сцинтиллятора и WLS волокон в длинноволновую область, а абсолютная магнитостойкость - за счет нечувствительности кремниевых фотоумножителей к магнитным полям.

На фиг.2 и фиг.3 соответственно представлены зависимости выхода света из полистирольных сцинтилляторов различного типа от полученной дозы ионизирующего излучения (γ-кванты от радиоактивных источников 137Cs) и спектры оптического поглощения до и после облучения (Бреховских В.В., Гладышев В.А., Васильченко В.Г. и др. // ПТЭ. 1992. №2. С.95).

На фиг.2 представлены зависимости выхода света I от полученной дозы для различных полистирольных сцинтилляторов:

1, 1′ - соответственно наилучшего и наихудшего образцов литьевых сцинтилляторов,

2, 2′ - соответственно наилучшего и наихудшего образцов блочного полистирольного сцинтиллятора,

3 - блочный полистирольный сцинтиллятор с 3% PPO.

Сравнение зависимостей, приведенных на фиг.2а и фиг.2б, показывает, что спектры пропускания и световыходы сцинтилляторов, изготовленных методом литья под давлением (полистирольные гранулы ПСМ-115) гораздо менее подвержены влиянию облучению, чем сцинтилляторы, изготовленные методом блочной полимеризации. Причины этого, к сожалению, точно не известны, но могут быть связаны с существенно большим содержанием остаточного мономера в блочных сцинтилляторах.

На фиг.3 представлены прозрачности сцинтилляционных пластин до и после облучения:

а - блочный полистирольный сцинтиллятор (1 - до облучения, 2 - после 107 рад, 3 - после 7 дней восстановления, 4 - после 40 дней восстановления) и спектр люминесценции POPOP (5);

б - литьевой сцинтиллятор (1 - до облучения, 2 - после 107 рад, 3 - после 20 дней восстановления) и спектр люминесценции POPOP (4);

в - чистого литьевого полистирола (1 - до облучения, 2 - после 107 рад, 3 - после 20 дней восстановления) и блочного полистирола (4 - до облучения, 5 - после 107 рад, 6 - после 20 дней восстановления).

Из зависимостей, приведенных на фиг.3, следует, что независимо от типа полистирольного сцинтиллятора смещение максимума спектра излучения в область более 550 нм увеличивает прозрачность (длину затухания излучения) облученного образца более чем на порядок величины при полученной дозе гамма излучения в 10 Мрад. Измерения, результаты которых приведены на фиг.2 и фиг.3, были проведены при длине образцов в 10 см, и, если для спектральной области 420-500 нм из приведенных данных следует, что радиационная стойкость литьевых сцинтилляторов не превышает 1,5 Мрад, то для спектральной области свыше 550 нм стойкость существенно превышает 10 Мрад, так как из приведенных зависимостей следует, что прозрачность литьевых сцинтилляторов практически не меняется. WLS волокна также производятся из полистирола, что значительно увеличивает радиационную стойкость волокон в указанной длинноволновой области спектра.

1. Сцинтилляционный детектор, представляющий собой рабочий объем с зеркально или диффузно отражающими стенками, внутри которого плотно к стенкам размещен полистирольный сцинтиллятор в виде пластины с канавками на фронтальной поверхности или рядом отверстий в пластине, через которые проходят спектросмещающие волокна, по крайней мере один конец которых пристыкован к фоточувствительным поверхностям фотоприемников, расположенных внутри или вне рабочего объема, отличающийся тем, что сцинтиллятор и спектросмещающие волокна, размещенные в рабочем объеме детектора, содержат соответственно сцинтилляционные или спектросмещающие добавки, высвечивающие в области длин волн более 550 нм.

2. Сцинтилляционный детектор по п. 1, отличающийся тем, что сцинтиллятор, размещенный внутри рабочего объема, состоит из сцинтилляционных гранул и проходящих между гранулами спектросмещающих волокон, причем и сцинтилляционные гранулы и спектросмещающие волокна содержат соответственно сцинтилляционные или спектросмещающие добавки, высвечивающие в области длин волн более 550 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов, применяемых в геофизической аппаратуре нейтрон-гамма и гамма-гамма каротажа.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Спектрометрический позиционно-чувствительный детектор содержит сцинтиллятор, состоящий из трех вложенных друг в друга наборов сцинтиллирующих элементов, расположенных параллельно оси устройства, внешний и средний наборы образованы сцинтиллирующими волокнами из материала, обеспечивающего регистрацию тепловых нейтронов, а сцинтиллирующие элементы внутреннего набора образуют цилиндр и выполнены в форме одинаковых по размеру угловых секторов и обеспечивают регистрацию гамма-излучения, количество угловых секторов составляет два и более, каждый угловой сектор снабжен спектросмещающим волокном, проходящим через центр углового сектора параллельно оси устройства, сцинтиллирующие элементы среднего набора помещены внутрь нейтронного замедлителя трубчатой формы, заполняющего пространство между внешним и внутренним наборами, на внешней поверхности нейтронного замедлителя расположен экран, поглощающий тепловые нейтроны, сцинтиллирующие элементы всех наборов и спектросмещающие волокна внутреннего набора снабжены светоотражающими оболочками, на поверхность сцинтиллирующих элементов нанесено светонепроницаемое покрытие, противоположные торцы каждого сцинтиллирующего элемента внешнего и среднего наборов, а также противоположные торцы каждого спектросмещающего волокна внутреннего набора соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих элементов.

Изобретение относится к пикселированному детектору. Пикселированное детекторное устройство содержит матрицу детекторов, имеющую множество детекторных пикселей; и матрицу кристаллов, имеющую множество сцинтилляторных кристаллов и расположенную в геометрическом соответствии с матрицей детекторов; при этом упомянутые детекторные пиксели и упомянутые сцинтилляторные кристаллы сдвинуты в по меньшей мере одном измерении по отношению друг к другу на, по существу, половину размера сцинтилляторных кристаллов.

Способ по изобретению заключается в создании прочных тонких, механических поддерживающих структур для электромагнитного калориметра. Такими структурами являются ячеистые структуры из пропитанной эпоксидным связующим ткани из углеродного волокна. Техническим результатом, достигаемым при использовании способа по изобретению, является возможность изготовления механической структуры из углеродного волокна с высокой прочностью и точностью по толщине тонких стенок 20 мкм и плоскостности.

Изобретение относится к детектирующему устройству для фотонов или ионизирующих частиц. Детектирующее устройство для фотонов или ионизирующих частиц содержит детектирующую систему с несколькими детектирующими блоками, каждый из которых включает сцинтиллятор, соединенный со считывающей поверхностью считывателя электрического заряда, при этом сцинтиллятор выполнен с возможностью генерации ячейковых зарядов на считывающей поверхности при улавливании фотонов или ионизирующих частиц; коллиматор, присоединенный к сцинтиллятору напротив считывателя электрического заряда, выполненный с возможностью пропускания фотонов или ионизирующих частиц, имеющих направление движения, совпадающее с продольной осью коллиматора, и остановки фотонов или ионизирующих частиц (Р'), имеющих направление движения, отличающееся от направления продольной оси коллиматора; и несколько детектирующих систем, равномерно отстоящих друг от друга вокруг центральной оси детектирующей сборки, при этом детектирующее устройство сформировано в виде стопки из нескольких детектирующих сборок, каждая из которых повернута на угол вокруг центральной оси детектирующей сборки относительно соседней детектирующей сборки или соседних детектирующих сборок.

Изобретение может быть использовано в детекторах ионизирующего излучения в виде электромагнитных волн низких энергий, гамма-, рентгеновского излучения, космических лучей и частиц.

Изобретение относится к детекторам рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что детектор (1) рентгеновского излучения содержит: устройство (3) обнаружения света для обнаружения света (R), падающего на его поверхность (12) обнаружения; сцинтилляционный слой (5) для преобразования падающих рентгеновских лучей (Х) в свет; отражательный слой (9) для отражения света (В), формируемого в пределах сцинтилляционного слоя, по направлению к устройству обнаружения света; светоизлучающий слой (7), заключенный между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем, причем расстояние (d) между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем меньше 50 мкм, и при этом светоизлучающий слой содержит ОСИД (8).

Изобретение относится к системам формирования изображения на основе излученной энергии. Система детектирования для детектирования электромагнитного излучения содержит корпус двухэкранного детектора, имеющий три смежные боковые стенки, которые образуют область передней стороны, область второй стороны и область третьей стороны, стенки трех сторон соединены одна с другой под углом, так что заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы, и каждая боковая стенка имеет внутреннюю поверхность; подложку, расположенную на каждой из упомянутых внутренних поверхностей первой и второй боковых стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет, образуя тем самым экраны детектора; и фотодетектор, расположенный в непосредственной близости к третьей боковой стороне, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область.

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционных монокристаллов и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов детекторов гамма- и рентгеновского излучения Сцинтилляционные монокристаллы La(1-m-n)HfnCemBr(3+n), где m - мольная доля замещения La церием (0,0005≤m≤0,3), n - мольная доля замещения La гафнием (0≤n≤0,015), получают из смеси бромидов металлов.

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при создании аппаратуры радиационного контроля для определения спектрометрических, радиометрических и дозиметрических параметров загрязненной среды при одновременной регистрации альфа-, бета- и гамма-излучений.

Изобретение может быть использовано в медицине и технике при изготовлении рентгеновских устройств с энергией излучения более 20 кэВ для диагностики и дефектоскопии. Рентгенолюминофор имеет химическую формулу (Gd1-x-yTbxHfy)2O2-z(ΣHal)zS, где ΣHal=F1- и Cll-, F1- и Br1- или F1- и J1-, 0,01<х≤0,2; 0,001<у<0,1; 0,001<z≤0,1. Пикселированный экран имеет многоэлементное покрытие из элементов квадратной формы со стороной не более 55 мкм и высотой не более 30 мкм на основе указанного рентгенолюминофора. В качестве разделительного слоя экран содержит сетку из оксида гадолиния со свободным сечением свыше 60%, которая соприкасается с многоэлементным покрытием. Указанные элементы сформированы на зеркальном покрытии несущей пластины из поликарбоната толщиной 1,5 мм. На поверхности пикселированного слоя в оптическом контакте с каждым его элементом закреплена матрица кремниевых фотодиодов. Рентгенолюминофор негигроскопичен, устойчив к воздействию атмосферы, имеет высокую спектральную яркость и переменную длительность послесвечения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге в качестве носимого средства поиска источника гамма-излучения. Устройство для определения направления на источник гамма-излучения по двум координатам в телесном угле 2π стерадиан содержит видеокамеру, корпус, защитный экран, детекторную сборку из четырех сцинтилляционных счетчиков, преобразователь высоковольтный, контроллер, дисплей, модуль согласования и блок аккумуляторный. Выходы четырехканального преобразователя высоковольтного, обеспечивающего электропитание сцинтилляционных счетчиков, подключены к четырем входам детекторной сборки. Четыре выхода детекторной сборки подключены к аналоговым входам четырехканального контроллера. Четыре аналоговых выхода контроллера подключены к входам преобразователя высоковольтного для установки его выходных напряжений. Выход контроллера подключен к входу модуля согласования для передачи накопленной счетчиками информации. Модуль согласования подключен к входу дисплея и выходу видеокамеры и управляет их работой. Питание устройства осуществляется от блока аккумуляторного, выходы которого подключены к входу модуля согласования и входу преобразователя высоковольтного. Все компоненты устройства размещены в одном корпусе. Технический результат - увеличение диапазона измерения направления на источник излучения по двум координатам до телесного угла 2π стерадиан (вся передняя полусфера) и уменьшение веса устройства. 5 ил.

Изобретение относится к детектору излучения для детектирования фотонов высокой энергии. Детектор излучения для детектирования излучения высокой энергии содержит: сцинтилляторную группу с двумя сцинтилляторными элементами для преобразования первичных фотонов падающего излучения во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания, причем верхний из сцинтилляторных элементов расположен наверху, а нижний из сцинтилляторных элементов расположен внизу детектора излучения; два органических фотодетектора для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения без перекрытия и могут быть считаны по отдельности, при этом упомянутые фотодетекторы расположены под верхним сцинтилляторным элементом и над нижним сцинтилляторным элементом соответственно. Технический результат - повышение пространственного разрешения детектора излучения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх