Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона



Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона
Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона
Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона

 


Владельцы патента RU 2585964:

Яковлев Михаил Викторович (RU)

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения. Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения, при наличии сопутствующего гамма-фона, содержит два сцинтилляционных кристалла, выполненные из водородосодержащего материала толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, расположенные в корпусе последовательно по направлению облучения, разделенные между собой слоем металла толщиной, значительно меньшей величины пробега протонов отдачи, и два фотоэлектронных умножителя, связанные оптически со сцинтилляционными кристаллами и подключенные через схему вычитания к электроизмерительному прибору, а кристаллы, разделяющие их слои металла, фотокатоды фотоэлектронных умножителей и корпус устройства изготовлены из материалов с близкими эффективными атомными номерами, при этом содержит третий сцинтилляционный кристалл, который выполнен из материала, не содержащего водород, расположен за вторым кристаллом, имеет равную с ним толщину и отделен от него слоем металла толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, а фотоэлектронные умножители имеют оптическую связь со вторым и третьим сцинтилляционными кристаллами. Технический результат - повышение чувствительности устройства для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения.

Известен детектор радиоактивных излучений, который основан на принципе переноса заряда вторичных высокоэнергетических электронов (Г.Ф. Иоилев, В.А. Сафонов - Детекторы с диэлектрическим рассеивателем - Приборы и техника эксперимента, т. 14, вып. 5, с. 210, 1969; Иванов В.И., Кулаков Г.В., Трухин Г.Е. - Детектор прямой зарядки гамма-излучения. - Вопросы дозиметрии и защиты от излучений, 1971, вып. 12, с. 187-191). Например, таковым является предназначенный для регистрации гамма-излучения детектор с диэлектрическим рассеивателем (ДДР) [Г.Ф. Иоилев, В.А. Сафонов - Детекторы с диэлектрическим рассеивателем - Приборы и техника эксперимента, т. 14, вып. 5, с. 210, 1969]. Перенос заряда в ДДР осуществляется вторичными высокоэнергетическими электронами, которые образуются за счет комптоновского и фотоэффектов при взаимодействии гамма-излучения в материалах конструкции детектора. ДДР состоит из корпуса и сигнального электрода, которые разделены двумя одинаковыми диэлектрическими слоями. Высокое временное разрешение детектора достигается за счет пренебрежимо малого времени, необходимого для образования вторичных электронов (менее 10-10 с).

Известно защищенное авторским свидетельством изобретение-аналог 713293 A1, G01T 3/00, 1978 год «Детектор мононаправленного нейтронного излучения» (М.В. Яковлев, И.С. Терешкин, Г.В. Кулаков, Н.А. Комаров), которое основано на измерении радиационного стороннего тока протонов, образующихся в результате упругого рассеяния нейтронов на ядрах атомов водорода в облучаемом материале - рассеивателе (протоны отдачи). Как показано на фиг. 1, прибор состоит из металлического корпуса (1), внутри которого расположен рассеиватель (2), выполненный из водородосодержащего материала, например полиэтилена. За рассеивателем расположен коллектор заряда (3), который выполнен в виде металлической пластины и имеет толщину, достаточную для полного поглощения протонов отдачи. Далее между коллектором и корпусом расположена электроизолирующая пластина (4) из материала, не содержащего водород. Коллектор подключен к электроизмерительному прибору. Толщина полиэтиленовой пластины - рассеивателя, d, выбирается много меньше пробега нейтронов, но значительно больше пробега вторичных протонов отдачи в данном материале. Корпус и коллектор выполнены из алюминия, причем толщина корпуса выбирается так, чтобы при наличии сопутствующего гамма-фона не нарушались условия гамма-электронного равновесия внутри детектора. Указанный тип детекторов известен в литературе как детектор с водородосодержащим рассеивателем - ДВР (см. Фиг. 1).

При облучении нейтронами со стороны рассеивателя сигнал коллектора ДВР обусловлен сбором заряда протонов отдачи, q1, а также токами смещения от объемных зарядов, q2, q3, которые образуются внутри рассеивателя. Вблизи границы раздела с металлическим корпусом за счет оттока протонов отдачи образуется область отрицательного объемного заряда, q2, которая имеет ширину, dp, равную максимальному пробегу протонов отдачи. Положительный объемный заряд, q3, образуется за счет ослабления потока нейтронов и имеет сравнительно малую величину, поэтому отрицательный объемный заряд по абсолютной величине приблизительно равен заряду протонов отдачи, инжектируемых в коллектор. Однако в силу выбранной геометрии детектора емкостная связь отрицательного заряда с коллектором значительно меньше, чем с корпусом, поэтому вклад отрицательного заряда в результирующий положительный сигнал детектора оказывается незначительным.

При облучении нейтронами с противоположной стороны сигнал детектора определяется отрицательным объемным зарядом, который находится в области рассеивателя, граничащей с коллектором.

Линейность показаний детектора соблюдается до тех пор, пока объемный заряд, накапливаемый в рассеивателе, не будет оказывать влияния на прохождение вторичных высокоэнергетических протонов отдачи. Это условие реализуется в широком диапазоне флюенсов воздействующего нейтронного излучения. Временное разрешение детектора определяется его собственной емкостью и параметрами регистрирующего тракта и может быть доведено до единиц наносекунд. Детектор обладает пониженной чувствительностью к сопутствующему гамма-излучению при работе в полях смешанного гамма-нейтронного излучения, поскольку внутри детектора в первом приближении выполняются условия гамма-электронного равновесия.

Известно защищенное авторским свидетельством изобретение-прототип 950051 A1, G01T 3/06, 1981 год «Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения» (М.В. Яковлев, И.С. Терешкин, Б.А. Шилобреев), содержащее два сцинтилляционных кристалла, которые имеют оптическую связь с фотокатодами фотоэлектронных фотоумножителей (ФЭУ). Фотоумножители подключены к электроизмерительному прибору через схему вычитания. Сцинтилляционные кристаллы расположены последовательно по направлению облучения и разделены слоем металла толщиной, значительно меньшей длины пробега вторичных протонов отдачи. Сцинтилляционные кристаллы выполнены из водородсодержащего материала и имеют толщину, равную пробегу наиболее высокоэнергетических протонов отдачи. Все элементы устройства, включая корпус, сцинтилляционные кристаллы, разделяющий их слой металла и фотокатоды ФЭУ, изготовлены из материалов с близкими эффективными атомными номерами.

По сравнению с детекторами, основанными на принципе переноса заряда, повышение точности измерения в устройстве-прототипе достигается за счет расширения динамического диапазона усилительного тракта регистрирующей аппаратуры, включая возможности фотоэлектронного умножителя и блока электронных усилителей. Выбранная геометрия сцинтилляционных кристаллов и их подключение через схему вычитания обеспечивают компенсацию сигналов от сопутствующего гамма-фона. Так происходит потому, что для материалов с близкими эффективными атомными номерами внутри детектора реализуются условия, близкие к условиям гамма-электронного равновесия, и сигналы в сцинтилляционных кристаллах от сопутствующего гамма-фона приблизительно равны между собой.

Показания устройства-прототипа определяются разностью сигналов, обусловленных действием протонов отдачи в первом и втором сцинтилляционных кристаллах. В первом кристалле поток протонов отдачи возрастает от нуля до максимального значения. Во втором кристалле поток протонов отдачи имеет максимальную величину по всей толщине кристалла. К недостаткам устройства-прототипа относится недостаточно большое отличие сигналов в первом и втором кристаллах (~ в 1.5 раза), что обуславливает недостаточно высокую чувствительность устройства-прототипа к действию нейтронного излучения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности устройства для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона.

Указанная цель достигается в заявляемом устройстве, которое представлено на Фиг. 2.

Устройство содержит два сцинтилляционных кристалла (2) и (4), которые выполнены из материала, содержащего водород, и имеют толщину, равную длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи. Кристаллы расположены в корпусе (1) последовательно по направлению облучения и разделены слоем металла (3), который имеет толщину, значительно меньшую пробега протонов отдачи. В состав устройства входят два фотоэлектронных умножителя (8) и (9), которые связаны оптически со сцинтилляционными кристаллами и подключены через схему вычитания к электроизмерительному прибору. Сцинтилляционные кристаллы, разделяющий их слой металла, фотокатоды фотоэлектронных умножителей и корпус устройства изготовлены из материалов с близкими эффективными атомными номерами.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит третий сцинтилляционный кристалл (6), который выполнен из материала, не содержащего водород, расположен за вторым кристаллом, имеет равную с ним толщину и отделен от него слоем металла (5) толщиной, равной пробегу наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, образующихся в сцинтилляционном кристалле (4). При этом фотоэлектронный умножитель (8) имеет оптическую связь (7) с третьим сцинтилляционным кристаллом, а фотоэлектронный умножитель (9) имеет оптическую связь (10) со вторым и сцинтилляционным кристаллом.

Перенос протонов отдачи извне в третий сцинтилляционный кристалл отсутствует, поскольку все протоны отдачи поглощаются в слое металла (5). Третий сцинтилляционный кристалл не содержит водород, и собственные протоны отдачи в нем не образуются. Поэтому сигнал, регистрируемый в третьем кристалле, определяется только сопутствующим гамма-фоном и равен соответствующему сигналу от гамма-фона во втором кристалле (эквивалентные атомные номера второго и третьего кристаллов близки друг другу). Первый водородосодержащий кристалл в заявляемом устройстве играет ту же роль, что и в устройстве-прототипе, а именно, в нем происходит нарастание тока протонов отдачи до максимального значения на границе со вторым кристаллом.

При вычитании сигналов фотоэлектронных умножителей, фотокатоды которых контактируют со вторым и третьим кристаллами, сигналы за счет сопутствующего гамма-фона в заявляемом устройстве взаимно компенсируются, а полезный сигнал от протонов отдачи будет превышать величину сигнала, регистрируемого в устройстве-прототипе. Таким образом, достигается повышение чувствительности заявляемого устройства к действию мононаправленного нейтронного излучения при его пониженной чувствительности к сопутствующему гамма-фону.

Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона, содержащее два сцинтилляционных кристалла, выполненные из водородосодержащего материала толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, расположенные в корпусе последовательно по направлению облучения, разделенные между собой слоем металла толщиной, значительно меньшей величины пробега протонов отдачи, и два фотоэлектронных умножителя, связанные оптически со сцинтилляционными кристаллами и подключенные через схему вычитания к электроизмерительному прибору, а кристаллы, разделяющие их слои металла, фотокатоды фотоэлектронных умножителей и корпус устройства изготовлены из материалов с близкими эффективными атомными номерами, отличающееся тем, что содержит третий сцинтилляционный кристалл, который выполнен из материала, не содержащего водород, расположен за вторым кристаллом, имеет равную с ним толщину и отделен от него слоем металла толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, а фотоэлектронные умножители имеют оптическую связь со вторым и третьим сцинтилляционными кристаллами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Сцинтилляционный детектор содержит сборку сцинтиллирующих волокон для регистрации гамма-излучения, тепловых и быстрых нейтронов в форме кольца, а также два фотоприемника, расположенные на противоположных торцах сборки сцинтиллирующих волокон в оптическом контакте с ними, при этом сборка сцинтиллирующих волокон выполнена в виде одного или нескольких лежащих друг на друге кольцевых слоев с общей осью, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, расположены по окружности, сцинтиллирующие волокна для регистрации разных видов излучений располагаются в разных кольцевых слоях, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены оптически с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов. Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор содержит множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, при этом сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон 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 волокон.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит фотоприемник и пластины из прозрачного водородосодержащего пластика, которые чередуются со слоями материала, содержащего сцинтиллятор и конвертор тепловых нейтронов, при этом дополнительно содержит спектросмещающее волокно, намотанное в один слой на торцевую поверхность пластин, концы которого оптически соединены с фотоприемником.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит корпус, в котором размещены композиционный сцинтиллятор, спектросмещающие волокна, спектр поглощения которых находится в области спектра высвечивания композиционного сцинтиллятора и, по крайней мере, один фотоприемник, с которым оптически соединены торцы спектросмещающих волокон, при этом композиционный сцинтиллятор выполнен в виде отдельных гранул, которые расположены, по крайней мере, в один слой вокруг спектросмещающих волокон.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений, в частности нейтронов. Сцинтилляционное стекло получают из композиции SiO2, Li2CO3, MgO, Al2O3, AlF3, CeO2, а для подавления окисления ионов церия в стекло вводят добавку металлического кремния (Si) в количестве 0,001-10 мас.%.

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).

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.

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.

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.
Наверх