Тонкий сцинтилляционный счётчик



Тонкий сцинтилляционный счётчик
Тонкий сцинтилляционный счётчик

 


Владельцы патента RU 2599286:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ (RU)
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ "РОСАТОМ" (RU)

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений. Тонкий сцинтилляционный счетчик для обнаружения бета загрязнений содержит протяженную сцинтилляционную пластину с пристыкованным к ее торцу фотоумножителем с протяженным фотокатодом, при этом фотоумножитель состоит из протяженной цилиндрической стеклянной колбы, фотокатода, сформированного на внутренней поверхности цилиндрической колбы, расположенных внутри колбы протяженной динодной системы, состоящей из ряда протяженных динодов, и анода, причем отношение длины фотокатода к ширине динодной системы превышает 10. Технический результат - повышение эффективности регистрации частиц. 2 з.п ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений. Кроме того, изобретение может найти применение в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, и в различных технических приложениях в тех случаях, когда одновременно требуется высокая скорость счета ионизирующих частиц, максимальный выход фотоэлектронов на единицу поглощенной в сцинтилляторе энергии ионизации при достаточно большой рабочей площади детекторов в несколько дм2.

Недостатками газоразрядных детекторов, используемых в настоящее время для контроля за источниками бета-загрязнений частей тела (рук и ступней), являются их недостаточно высокая чувствительность к бета-частицам и насыщение скорости счета при высокой радиационной активности загрязнений, а также ограниченный срок службы.

Требования к таким детекторам определены международным стандартом МЭК 61098 «Приборы контрольные стационарные для измерения поверхностного загрязнения персонала от альфа- и бета-излучателей»

Однако при реализации сцинтилляционных счетчиков, удовлетворяющих требованиям МЭК и превосходящих газоразрядные счетчики по указанным выше характеристикам, встречаются значительные трудности. Так, из требования на размеры площади рабочей области детектора для ступней ног не менее 300×200 мм2 следует, что при сочленении торца сцинтилляционной пластины с окном фотокатода любого промышленного малогабаритного фотоумножителя (ФЭУ) необходим световод с габаритными размерами в области сочленения, не превышающими размеры фотокатода. При этом площадь поперечного сечения световода по всей его длине должна быть не менее площади торца сцинтилляционной пластины. В противном случае неизбежны потери сцинтилляционного излучения при прохождении сцинтилляционного излучения через световод или в области его сочленения с окном фотокатода. Использование промышленных ФЭУ с размерами фотокатода, сравнимыми с габаритным размером сцинтилляционной пластины (200 мм), вряд ли стоит рассматривать из-за громоздкости подобной конструкции счетчика.

Известны два типа световодов (и, соответственно, счетчиков), удовлетворяющих указанным выше требованиям:

1. Световод, состоящий из ряда изогнутых полос высокопрозрачного органического стекла, торцы которых приклеиваются к торцу сцинтилляционной пластины, а противоположные торцы полос пристыковываются к окну фотокатода с оптическим контактом, образуя в поперечном сечении квадрат, прямоугольник или круг (приближенно). [Crabb D.G. et al, Nucl. Instr. and Meth., v. 45, (1966), 301]. При оптимальной ширине световодных полос, равной длине торца сцинтилляционной пластины, эффективность пропускания световода составляет около 0,5, что является существенным недостатком такого счетчика.

2. Световод типа "рыбий хвост", изготовляемый из органического стекла и представляющий собой призму, расширяющуюся от размеров толщины торца сцинтилляционной пластины до размеров окна фотокатода и сужающуюся от размеров длины торца пластины до размеров окна фотокатода [Crabb D.G. et al, Nucl. Instr. and Meth., v. 45, (1966), 301], причем получены в несколько раз худшие результаты по эффективности пропускания относительно полосковых световодов.

Наиболее высокие результаты по эффективности пропускания сцинтилляционного излучения получены для световодов, представляющих собой прямоугольные пластины из органического стекла шириной и толщиной, не меньшими, чем размеры торца сцинтилляционной пластины, или продолжение самой сцинтилляционной пластины вне рабочей области. Подобный счетчик, вернее, набор счетчиков, сцинтилляторы которых образуют плоскую поверхность необходимых размеров, является наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа. [G. Bitsadze et al, А 533 (2004), 353-360]. Следует отметить, что при размерах сцинтилляционной полосы 1×7×110 мм3 и даже при максимальной длине световода 170 мм (толщина световода 1 мм, ширина 7 мм) полученное количество фотоэлектронов на единицу поглощенной в сцинтилляторе энергии ионизации превысило 160 фотоэлектронов/МэВ. Такое удельное количество фотоэлектронов недостижимо, например, для компактных конструкций сцинтилляционных счетчиков с выводом излучения на основе спектросмещающих волокон, для которых характерной величиной является значение 30 фотоэлектронов/МэВ [Г.И. Бритвич и другие "Основные характеристики полистирольных сцинтилляторов производства ИФВЭ", Препринт ИФВЭ 2013-23].

Недостатками прототипа являются необходимость использования десятков фотоумножителей (фотодетекторов) и уменьшение геометрической эффективности регистрации частиц из-за конечных зазоров между отдельными сцинтилляторами и эффективности пропускания излучения из-за относительно малой (7 мм) ширины сцинтилляционных и световодных полос.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, является увеличение эффективности регистрации частиц, упрощение конструкции счетчиков с целью повышения надежности прибора, а также уменьшение габаритов сцинтилляционного счетчика. Конкретно решение заключается в замене ряда фотоумножителей, просматривающих сцинтилляционную пластину через световоды из органического стекла или через продолжения самих сцинтилляторов вне рабочей области, одним фотоумножителем с протяженным фотокатодом, просматривающим с использованием оптических контактов сцинтилляционную пластину через пластину-световод с толщиной и шириной, не меньшими, чем соответствующие размеры торца сцинтилляционной пластины или пристыкованным непосредственно к ее торцу.

Техническим результатом данного изобретения является увеличение эффективности регистрации частиц, упрощение конструкции счетчиков, что приводит к повышению надежности работы прибора. Другими техническими результатами, обеспечиваемыми изобретением, являются уменьшение габаритов и стоимости счетчиков.

Технический результат изобретения обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем протяженную сцинтилляционную пластину и просматривающие ее фотоприемники, в качестве фотоприемников используется один фотоумножитель с протяженным фотокатодом длиной не менее длины торца сцинтилляционной пластины, и просматривающий пластину с одного из ее торцов. В данном рассматриваемом случае используется специализированный фотоумножитель, имеющий протяженный фотокатод с размерами 20×200 мм2, сформированный в виде полосы на внутренней поверхности стеклянной цилиндрической колбы ФЭУ диаметром 40 мм и длиной 250 мм, протяженную умножительную динодную систему шириной не более 20 мм, состоящую из 10-11 динодов, расположенную вдоль фотокатода и один протяженный анод с длиной, равной длине фотокатода. Фотокатод фотоумножителя пристыковывается к торцу сцинтилляционной пластины на оптическом контакте.

При целенаправленном повышении выхода тонких сцинтилляторов и фотоумножителей и с высокими характеристиками детекторы контроля за бета-загрязнениями на их основе будут значительно превосходить газоразрядные счетчики, что делает целесообразным повсеместную замену газоразрядных детекторов тонкими сцинтилляционными счетчиками.

На фиг. 1 представлен схематический вид предлагаемого счетчика в двух проекциях. Заявляемый счетчик состоит из прямоугольной сцинтилляционной пластины 1, к торцу которой присоединен на оптическом контакте ФЭУ 2 с протяженным фотокатодом 3. Соединяющий элемент может представлять собой, например, гибкую пластину 5 из прозрачного кремний-органического материала толщиной 1-2 мм, сочленяющую окно фотокатода цилиндрической формы с плоской поверхностью торца сцинтилляционной пластины. Фотоны сцинтилляционного излучения от проходящих через вещество сцинтиллятора ионизирующих частиц попадают на фотокатод 3, усиливаются динодной системой 4 и вызывают сигнал на аноде 6 ФЭУ.

Дальнейшее увеличение количества фотоэлектронов/МэВ может быть получено за счет эффективных тонкопленочных плоских, цилиндрических или квазицилиндрических отражателей, направляющих выходящее через фронтальные грани сцинтилляционной пластины излучение в сторону протяженного фотокатода (Фиг. 2). Заявляемый счетчик состоит из прямоугольной сцинтилляционной пластины 1, к торцу которой присоединен на оптическом контакте ФЭУ 2 с протяженным фотокатодом 3. Соединяющий элемент может представлять собой, например, гибкую пластину 5 из прозрачного кремний-органического материала толщиной 1-2 мм, сочленяющую окно фотокатода цилиндрической формы с плоской поверхностью торца сцинтилляционной пластины. Фотоны сцинтилляционного излучения от проходящих через вещество сцинтиллятора ионизирующих частиц попадают на фотокатод 3, усиливаются динодной системой 4 и вызывают сигнал на аноде 6 ФЭУ.

Для увеличения количества фотоэлектронов/МэВ используются эффективные тонкопленочные плоские, цилиндрические или квазицилиндрические отражатели 7, направляющие выходящее через фронтальные грани сцинтилляционной пластины излучение в сторону протяженного фотокатода.

Проведенное изучение макета тонкого сцинтилляционного счетчика (Фиг. 1), собранного на основе разработанного в ФГБУ ГНЦ ИФВЭ специализированного ФЭУ и тонкого, толщиной в 1 мм, сцинтиллятора, показало заметное преимущество такого детектора перед газоразрядными детекторами по ключевым параметрам. Так, при удельном количестве фотоэлектронов, получаемым при регистрации макетом с размерами сцинтиллятора 200×300 мм2 минимально ионизирующих частиц, составило 110 фотоэлектронов/МэВ, а эффективность регистрации низкоэнергетических частиц оказалась вдвое выше, чем у обычно используемых газоразрядных детекторов при сравнимой скорости фоновых отсчетов.

1. Тонкий сцинтилляционный счетчик для обнаружения бета загрязнений, содержащий протяженную сцинтилляционную пластину с пристыкованным к ее торцу фотоумножителем с протяженным фотокатодом, отличающийся тем, что фотоумножитель состоит из протяженной цилиндрической стеклянной колбы, фотокатода, сформированного на внутренней поверхности цилиндрической колбы, расположенных внутри колбы протяженной динодной системы, состоящей из ряда протяженных динодов, и анода, причем отношение длины фотокатода к ширине динодной системы превышает 10.

2. Тонкий сцинтилляционный счетчик по п.1, отличающийся тем, что используются тонкопленочные плоские, цилиндрические или другой формы отражатели, направляющие выходящее через фронтальные грани сцинтилляционной пластины излучение в сторону протяженного фотокатода.

3. Тонкий сцинтилляционный счетчик по п.1, отличающийся тем, что сцинтилляционная пластина просматривается фотоумножителем через пластину-световод с толщиной и шириной, не меньшими, чем соответствующие размеры торца сцинтилляционной пластины или непосредственно через ее торец.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген.

Изобретение относится к устройству для обнаружения рентгеновского излучения. Аппарат для обнаружения излучения содержит принимающий излучение блок, включающий в себя: первый сцинтиллятор для генерации первого света сцинтилляции в зависимости от излучения, где первый свет сцинтилляции имеет первый характер поведения во времени, второй сцинтиллятор для генерации второго света сцинтилляции в зависимости от излучения, где второй свет сцинтилляции имеет второй характер поведения во времени, который отличается от первого характера поведения во времени, блок обнаружения света сцинтилляции для обнаружения первого света сцинтилляции и второго света сцинтилляции и для генерации общего сигнала обнаружения света, который указывает первый свет сцинтилляции и второй свет сцинтилляции, блок определения обнаруживаемых значений для определения первого обнаруживаемого значения и второго обнаруживаемого значения, причем блок определения обнаруживаемых значений выполнен с возможностью: определения первого обнаруживаемого значения посредством применения первого процесса определения к общему сигналу обнаружения света, причем первый процесс определения включает в себя частотную фильтрацию общего сигнала обнаружения света посредством использования первого частотного фильтра, тем самым генерируя первый фильтрованный общий сигнал обнаружения света, и определения первого обнаруживаемого значения в зависимости от первого фильтрованного общего сигнала обнаружения света, определения второго обнаруживаемого значения посредством применения второго процесса определения к общему сигналу обнаружения света, причем второй процесс определения отличается от первого процесса определения.

Изобретение относится к формированию спектрального изображения. Способ изготовления устройства формирования изображений содержит этапы, на которых осуществляют получение подложки фотодатчиков, имеющей две противоположные основные поверхности, при этом одна из двух противоположных основных поверхностей, которая перпендикулярна поступающему излучению, включает в себя множество рядов фотодатчиков из множества фоточувствительных элементов, причем электронные схемы обработки данных смонтированы на подложку фотодатчиков и полученная подложка фотодатчиков имеет толщину, равную или большую чем сто микрон; оптическое соединение матрицы сцинтилляторов с подложкой фотодатчиков, причем матрица сцинтилляторов включает в себя множество дополнительных рядов сцинтилляторов из множества дополнительных сцинтилляционных элементов, и каждый дополнительный ряд сцинтилляторов оптически соединен с одним из рядов фотодатчиков, и, по меньшей мере, один дополнительный сцинтилляционный элемент оптически соединен с одним из фоточувствительных элементов, при этом матрица сцинтилляторов включает в себя первую поверхность с углублением и вторую поверхность в углублении для электронных схем обработки данных и уменьшение толщины подложки фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором, производя уменьшенную по толщине подложку фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором и которая имеет толщину порядка менее ста микрон.

Изобретение относится к области детекторов заряженных частиц на основе твердотельных органических сцинтилляторов. Детектор заряженных частиц с тонким сцинтиллятором в виде пластины содержит полупроводниковый фотосенсор в качестве преобразователя инициированных заряженными частицами световых вспышек в электрические импульсы, при этом сколь угодно тонкая полностью отполированная пластина сцинтиллятора выполнена в виде равностороннего многоугольника с числом углов не менее четырех оптически и механически соединена с прозрачной для сцинтилляций полностью отполированной подложкой, имеющей форму и коэффициент преломления света такие же, как у сцинтиллятора, а суммарная толщина сэндвича, образованного из сцинтиллятора и подложки, равна поперечнику чувствительной поверхности полупроводникового фотосенсора, оптически и механически присоединенного к сэндвичу в одном из его углов, который выполнен сточенным и отполированным для получения контактной площадки с размерами чувствительной области полупроводникового фотосенсора, при этом все поверхности сэндвича, кроме тыльной и с прикрепленным полупроводниковым фотосенсором, покрыты зеркальным отражателем, а тыльная поверхность покрыта диффузным отражателем.

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.

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге в качестве носимого средства поиска источника гамма-излучения.

Изобретение может быть использовано в медицине и технике при изготовлении рентгеновских устройств с энергией излучения более 20 кэВ для диагностики и дефектоскопии.

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.

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.
Наверх