БЛОК СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА Российский патент 2000 года по МПК G01T1/204 

Изобретение предназначено для измерения сверхслабых световых потоков, возникающих в жидких средах в результате химических и физических процессов, и может быть использовано в жидкостных сцинтилляционных счетчиках.

Известны устройства для измерения сверхслабых световых потоков, используемые в жидкостных сцинтилляционных счетчиках, общая схема которых приведена, например, в книге: Ванг Ч., Уиллис Д. Радиоиндикаторный метод в биологии, - М. : Атомиздат, 1969 г. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в указанном источнике, состоящее из темновой камеры, размещенной в ней измерительной кюветы цилиндрической формы, изготовленной из прозрачного материала и двух фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), расположенных с двух диаметрально противоположных боковых сторон кюветы и соединенных с блоком питания и блоком регистрации, включающим в себя схему совпадений.

Недостатком указанного устройства-прототипа является то, что при такой форме кюветы и таком взаимном расположении измерительной кюветы и ФЭУ, вследствие изотропности излучения, значительная часть испускаемых сцинтиллятором квантов не достигает фотокатодов ФЭУ. Кроме того, происходит значительное снижение эффективности регистрации свечения жидкости за счет возрастания эффекта самопоглощения излучения с ростом оптической плотности жидкости. Расположение фотоэлектронных умножителей непосредственно перед измерительной кюветой затрудняет использование для них системы охлаждения, позволяющей снизить темновой ток.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение чувствительности и эффективности счета блока сцинтилляционного детектора.

Для достижения технического результата в предлагаемом устройстве, содержащем темновую камеру с термостатируемой кюветой, имеющей светоотражательные стенки, выполненной в виде поверхности второго порядка и снабженной приводом для обеспечения ее вращения во время измерения, используют два фотоэлектронных умножителя, размещенных в изолированных охлаждаемых отсеках и работающих в режиме совпадения, а поверхность над измерительной кюветой оптически соединена с входными окнами фотокатодов ФЭУ посредством световодов, отдельные волокна которых равномерно распределены в плоскости, перпендикулярной оси вращения кюветы.

Существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения, отсутствующими в известных технических решениях, отвечающими критерию новизны и обеспечивающими достижение положительного эффекта, являются следующие:
1. Поверхность над измерительной кюветой оптически соединена световодами с входными окнами фотокатодов двух ФЭУ.

2. Входные сечения отдельных волокон каждого из световодов равномерно распределены в плоскости, перпендикулярной оси вращения измерительной кюветы, и полностью перекрывают сечение ее выходного отверстия.

3. Кювета снабжена приводом для обеспечения ее вращения во время измерения.

4. Стенки измерительной кюветы образуют поверхность второго порядка.

5. Измерительная кювета имеет светоотражательные внутренние стенки.

Применение световодов для оптического соединения поверхности над измерительной кюветой с ФЭУ позволяет использовать одновременно два ФЭУ, работающих в режиме совпадения, и поместить ФЭУ в изолированные охлаждаемые отсеки. Охлаждение ФЭУ приводит к значительному снижению темнового тока, а использование схемы совпадений позволяет избирательно регистрировать полезный сигнал, что существенно повышает чувствительность детектора.

Равномерное распределение отдельных волокон каждого из световодов в плоскости, перпендикулярной оси вращения измерительной кюветы, обеспечивает равновероятность попадания квантов излучения на фотокатоды обоих ФЭУ, что является необходимым условием для эффективной работы устройства со схемой совпадений.

При вращении кюветы вокруг оси симметрии с угловой скоростью ω

где R - радиус сечения кюветы;
H - высота кюветы;
g - ускорение силы тяжести,
свободная поверхность исследуемой жидкости принимает форму, идентичную форме внутренней поверхности кюветы, таким образом, толщина слоя жидкости, прилегающего к стенкам кюветы, будет одинаковой практически по всей поверхности кюветы. Равномерно распределенная по стенкам кюветы исследуемая жидкость испускает излучение, которое попадает на входные сечения световодов, расположенные перпендикулярно оси симметрии кюветы и максимально приближенные к ее краям. Диаметр сечения общего пучка световодов равен диаметру сечения кюветы (а после их разделения на два равных пучка диаметр каждого равен диаметру входного окна ФЭУ), что исключает рассеяние излучения во внешнюю среду.

Использование вращающейся измерительной кюветы, имеющей форму параболоида вращения и внутренние светоотражающие стенки, позволяет повысить эффективность регистрации светового излучения и чувствительность блока сцинтилляционного детектора по сравнению с указанным прототипом путем уменьшения самопоглощения излучения за счет сокращения средней длины прохождения излучения через жидкость (при равном объеме), что в свою очередь обусловлено уменьшением слоя жидкости, прилегающего к стенкам кюветы, и отражением излучения как от светоотражающих внутренних стенок кюветы, так и от поверхности жидкости.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. В темновой камере 1 расположена измерительная кювета 2. Кювета выполнена в форме параболоида вращения, имеет на внешних стенках лопасти 3 и установлена с возможностью ее вращения вокруг оси. На приведенной блок-схеме изображен пневматический привод для вращения кюветы, состоящий из компрессора регулируемой производительности 4, соединенного с воздухонагревателем 5, работа которого контролируется термодатчиком 6. Кроме пневматического привода может быть использован любой другой, позволяющий производить термостатирование кюветы. В непосредственной близости к верхнему краю измерительной кюветы расположены световоды, образующие в пределах темновой камеры общий пучок 7 (распределение отдельных волокон световодов в плоскости, перпендикулярной оси вращения кюветы, показано на сечении А-А) и разделяющиеся на два пучка 8 при выходе из нее. Световоды соединены с входными окнами фотокатодов ФЭУ 9, помещенных в изолированные охлаждаемые отсеки и соединенных с блоком питания 10 и блоком регистрации и обработки электрического сигнала 11, включающим в себя схему совпадений.

Устройство работает следующим образом. Исследуемая проба вносится в неподвижную измерительную кювету 2. При включении компрессора 4 в выпускном воздухопроводе создается избыточное давление воздуха, который нагревается до требуемой температуры, проходя через воздухонагреватель 5. Достижение нужной температуры воздуха контролируется термодатчиком 6. Поток нагретого воздуха приводит во вращение измерительную кювету 2 с лопастями 3. Скорость вращения кюветы ω определяется величиной избыточного давления воздуха и задается соотношением (1), при этом исследуемая жидкость принимает форму внутренней поверхности измерительной кюветы, равномерно распределяясь по стенкам. Таким образом создаются оптимальные условия для термостатирования жидкости и эффективной регистрации светового потока, излучаемого исследуемой жидкостью. Через световоды 7, 8 кванты излучения попадают на фотокатоды ФЭУ 9, преобразуются в электрический сигнал, обрабатываемый блоком 11. Использование схемы совпадений позволяет регистрировать только те импульсы, которые генерируются одновременно на обоих ФЭУ, что позволяет избирательно регистрировать полезный сигнал, и тем самым увеличить чувствительность детектора. При этом равномерное распределение отдельных волокон световодов в плоскости, перпендикулярной оси вращения измерительной кюветы, обеспечивает равновероятность попадания квантов излучения на оба ФЭУ.

Изобретение предназначено для измерения сверхслабых световых потоков и может быть использовано в жидкостных сцинтилляционных счетчиках. В блоке сцинтилляционного детектора поверхность над измерительной кюветой оптически соединена световодами с двумя фотоэлектронными умножителями, причем волокна световодов распределены своими сечениями равномерно в плоскости, перпендикулярной оси вращения кюветы, и полностью заполняют ее выходное отверстие. Технический результат: повышение чувствительности блока сцинтилляционного детектора. 1 ил.

Блок сцинтилляционного детектора жидкостного сцинтилляционного счетчика, содержащий темновую камеру с измерительной кюветой, два фотоэлектронных умножителя, работающих в режиме совпадения, отличающийся тем, что кювета, выполненная термостатируемой, в виде поверхности второго порядка, имеющая светоотражательные внутренние стенки, снабжена приводом для обеспечения ее вращения во время измерения, а поверхность над измерительной кюветой оптически соединена световодами с двумя фотоэлектронными умножителями, причем волокна световодов распределены своими сечениями равномерно в плоскости, перпендикулярной оси вращения кюветы, и полностью заполняют ее выходное отверстие.