СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 1994 года по МПК G01T1/202 

Изобретение относится к сцинтилляционной технике и может быть использовано при создании конструкции детекторов ионизирующего излучения, выполненных на основе сцинтилляционных кристаллов.

Известен детектор, у которого кристалл упакован в герметичный цилиндрический металлический контейнер с нормальными к оси симметрии торцами, один из которых является входным окном детектора, а второй - выходным. Кристалл в таком устройстве со всех сторон, кроме плоскости выходного окна, окружен светоотражающей оболочкой из порошка. Располагается такая оболочка традиционно в зазоре между стенками контейнера и самим кристаллом. Интерес представляет узел выходного окна детектора. Основным элементом последнего является плоское круглое (в виде диска) оптическое стекло, приклеенное к торцу кристалла оптически прозрачным клеем. По диаметру стекло несколько превышает размер кристалла и имеет периферию, выполненную в виде переходящей в коническую цилиндрическую поверхность. К кристаллу стекло обращено своей цилиндрической частью и в этом месте имеет максимальную величину диаметра. Коническая часть своей меньшей вершиной ориентирована в противоположную от кристалла сторону. Цилиндрический участок стекла в основном выполняет центрирующие функции, а также гарантирует требуемый прочностной минимум для края стекла. Коническая поверхность стекла предназначена для закрепления его в контейнере путем завальцовки утонченных краев. Располагается стекло в контейнере с тепловым зазором, а заполнен этот зазор эластичным герметизирующим материалом, например клеем или каучукообразной массой.

Недостатком известной конструкции детектора является значительные световые потери в области сопряжения "стекло - контейнер", так как в этом месте никаких специальных светоотражающих элементов не предусмотрено.

Известно также устройство, в котором для герметизации выходного окна применен клей УП-5-233 ПЭН молочно-белого цвета с наполнителем из двуокиси титана. Такое техническое решение позволило уменьшить светопотери и увеличить световыход практически без усложнения ни самого изделия, ни технологии его изготовления.

Недостатком этого известного устройства, в силу не удовлетворительных светоотражающих свойств упомянутого клеящего состава, являются светопотери в области сопряжения "стекло - контейнер".

Целью изобретения является повышение световыхода детектора
Поставленная цель достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, содержащем контейнер и узел выходного окна со стеклом, сопрягающиеся со стеклом внутренние поверхности составляющих узла выходного окна, выполнены зеркальными, а зазор между ними заполнен оптически прозрачным материалом.

Потери сцинтилляцией в области выходного окна обусловлены тремя механизмами. Это френелевское отражение, полное внутреннее отражение и поглощение. Френелевское отражение уменьшается путем введения в узел выходного окна элемента оптической связи. Полное внутреннее отражение можно уменьшать, как это предложено в известном техническом решении, которое направлено на уменьшение поглощения света в узле вклейки выходного окна.

В собранном виде контейнер такого детектора в области сопряжения с выходным окном имеет внутреннюю коническую поверхность (в месте завальцовки), которая будучи отполированной до зеркального блеска и имея оптически прозрачный контакт с окном, возвращает попавший на нее свет обратно и тем самым препятствует его поглощению. Из кристалла отраженный контейнером свет снова возвращается на выход - фотокатод ФЭУ.

На чертеже изображено радиальное сечение периферийной части узла выходного окна сцинтилляционного детектора.

П р и м е р. Детектор предлагаемой конструкции содержит кристалл 1, помещенный в металлический контейнер 2 и отделенный от него светоотражающей оболочкой 3 из порошка, например окиси магния, и центрирующим элементом 4 из фторопласта, например качкующегося Ф-4, диффузно отражающим попадающий на него свет. Стекло 5 выходного окна такого детектора имеет с кристаллом 1 оптическую связь 6, например СКТН-МЕД. В контейнере 2 стекло 5 установлено с тепловым зазором, заполненным оптически прозрачным герметиком 7 (ВТ-25-200, УП-4-260). Закреплено стекло 5 в контейнере 2 путем завальцовки утонченного края 8. В этом месте контейнер 2 имеет внутреннюю коническую поверхность, ориентированную меньшим основанием в противоположную от кристалла 1 сторону. Вся внутренняя поверхность контейнера 2 в области его сопряжения с выходным окном 5 еще на стадии изготовления контейнера 2 отполирована до зеркального блеска, а поэтому обладает повышенной способностью отражать свет. Часть 9 теплового зазора между стеклом 5 и утонченным краем 8 контейнера 3, т.е. кольцевой участок возле границы с окружающей средой заполнен клеящим составом с белым наполнителем, например клей УП-5-233 ПЭН с наполнителем из двуокиси магния.

Поскольку заполнение 7 теплового зазора между стеклом 5 и контейнером 2 оптически прозрачное, то попадающий в него свет беспрепятственно достигает внутренних зеркальных поверхностей контейнера 2 и отражается от них. Тем самым уменьшается поглощение света в области сопряжения стекла 5 с контейнером 2. Молочно-белый участок 9 заполнителя упомянутого зазора располагается на границе с окружающей средой и препятствует бесполезному выходу света из изделия, минуя его выходное окно (стекло 5), или (что то же самое), минуя фотокатод ФЭУ.

Было изготовлено 9 контейнеров типа СДН.30.30,30, у трех из которых выходное окно было вклеено на ЭД-20, у трех - на УП-5-233 ПЭН, а у трех - в соответствии с предложенным техническим решением. В указанные контейнеры поочередно переупаковывались 3 сцинтиллятора NaI(Tl).

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Снижение поглощения света в области сопряжения стекла 5 с контейнером 2 увеличивает световыход на 10% и более по сравнению с известными технологиями изготовления детекторов.

Изобретение относится к сцинтилляционной технике и может быть использовано при создании конструкций детекторов ионизирующих излучений, выполненных на основе сцинтилляционных кристаллов. Сущность изобретения: детектор содержит сцинтиллятор, контейнер и узел выходного окна со стеклом. Сопрягающиеся со стеклом внутренние поверхности составляющих узла выходного окна выполнены зеркальными, а зазор между ними заполнен оптически прозрачным материалом. Снижение поглощения света в области сопряжения стекла с контейнером увеличивает световыход на 10% по сравнению с известными технологиями изготовления детекторов. 1 ил., 1 табл.

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий контейнер и узел выходного окна со стеклом, отличающийся тем, что, с целью повышения световыхода, внутренняя повырхность контейнера в области его сопряжения со стеклом выполнена зеркальной, а зазор между ними заполнен оптически прозрачным материалом.